[摘要]高速公路的互通立交，是高速公路線型控制的難點(diǎn)，本文結(jié)合工程實(shí)際情況，就如何控制互通立交部分的線型使其滿(mǎn)足設(shè)計(jì)意圖，進(jìn)行全面分析闡述。

[關(guān)鍵詞]高速公路 互通立交 線型控制

隨著我國(guó)高速公路建設(shè)的迅猛發(fā)展，對(duì)公路質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求，建設(shè)目標(biāo)向著優(yōu)質(zhì)、美觀、舒適方面發(fā)展。一條高標(biāo)準(zhǔn)的公路在線型上要求順適美觀與自然和諧，在視覺(jué)景觀上給人以美的享受。這就對(duì)公路建設(shè)者提出了更高的要求，下面就我在幾條高速公路建設(shè)中如何處理高速公路互通立交部分的線型，與大家一起進(jìn)行探討。

一、互通立交的地位

作為連接高等級(jí)公路與低等級(jí)公路紐帶的互通立交，是整條高速公路的一個(gè)縮影，是出入高速公路的門(mén)戶(hù)，是沿線城鎮(zhèn)的景觀標(biāo)志，互通立交部分的施工往往是整個(gè)工程的關(guān)鍵部分，它的施工質(zhì)量與外觀形象能充分體現(xiàn)一個(gè)施工單位的水平。高速公路互通立交部分與公路主線相比，在線型上是最復(fù)雜的部分，受構(gòu)造物之間空間關(guān)系條件的限制，一般采用小半徑曲線，其質(zhì)量與形象關(guān)系到整條高速公路。

二、互通立交的形式

互通立交的布置形式多樣性，與被交道路的等級(jí)高低以及交叉路口的多少存在直接關(guān)系。通常用于三岔路口、四岔路口的交叉形式一般有:(1)三岔路口:喇叭型、部分苜蓿葉型、T型、雙Y型;(2)四岔路口:全苜蓿葉型、部分苜蓿葉型、菱型、不定向型、全定向型;(3)另外還有多于四個(gè)路口相交的復(fù)雜路口，這種形式往往是上述交叉形式的組合。

廣西柳州—桂林高速公路11標(biāo)段永?；ネ⒔?、江西九江—景德鎮(zhèn)高速公路九標(biāo)段中館互通立交以及阿榮旗至深圳河南周口段扶溝至項(xiàng)城高速公路№:1標(biāo)段崔橋互通立交均采用單喇叭的形式布置。這種形式的互通立交在應(yīng)用中最廣泛，分布于主要道路沿線，為出入兩側(cè)地區(qū)或重要服務(wù)對(duì)象的進(jìn)出交通而設(shè)，屬服務(wù)性互通立交。

三、施工中存在的問(wèn)題

一般情況下，設(shè)計(jì)文件中所提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)非常有限，不能滿(mǎn)足施工要求。九江至景德鎮(zhèn)高速公路第九標(biāo)段，根據(jù)設(shè)計(jì)文件所提供的數(shù)據(jù)來(lái)分析。

B—B匝道由半徑為R1=49.548和R2=5988.75的兩段園曲線，以及中間的緩和曲線組成，緩和曲線的半徑由R2過(guò)渡到R1，半徑并非由R=∞逐漸過(guò)渡到R1，省略了緩和曲線起始部分即半徑由R=∞到R2之間的曲線。施工中若直接按表2提供的數(shù)據(jù)施工放樣，因點(diǎn)之間的距離較遠(yuǎn)，小半徑曲線曲率大，是無(wú)法有效控制B—B匝道的線型達(dá)到設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)平順的曲線施工后將變成一段段折線，與設(shè)計(jì)線型存在一定的偏差di。如中館互通立交B—B匝道半徑為R1=49.548的園曲線部分，按設(shè)計(jì)資料放樣BK0+057.00和相鄰點(diǎn)BK0+070.00，曲線長(zhǎng)度13米，兩點(diǎn)連線中點(diǎn)與曲線中點(diǎn)距離42.6cm ，此時(shí)d’數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出施工規(guī)范和圖紙要求;即使半徑為R2=5988.75的園曲線部分，按設(shè)計(jì)資料放樣BK0+143.58和相鄰點(diǎn)BK0+160.00，曲線長(zhǎng)度16.42米，兩點(diǎn)連線中點(diǎn)與曲線中點(diǎn)距離5.6mm 。d值的大小與放樣點(diǎn)之間的距離及曲線半徑的大小有關(guān)，d\"對(duì)于路基施工是滿(mǎn)足的，但對(duì)于互通立交部分的匝道橋已不能滿(mǎn)足規(guī)范要求，對(duì)于橋梁中線偏位規(guī)范要求非常嚴(yán)格，規(guī)定≤5mm。

為了施工后的線型與設(shè)計(jì)線型相符合，必須縮短放樣點(diǎn)的間距，使di縮短到足夠小的數(shù)值，這時(shí)用放樣點(diǎn)之間的連線(折線)來(lái)代替曲線才能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。對(duì)于R1=49.548的圓曲線部分，滿(mǎn)足精度要求的放樣點(diǎn)之間的間距:j=πR/90×COS-1((R-0.005)/R)=1.407m，施工時(shí)放樣點(diǎn)之間的間距取1.0米。

四、處理問(wèn)題的步驟

在實(shí)際應(yīng)用中，首先須將卵形曲線起始部分即半徑由R=∞到R2之間的曲線添加到緩和曲線上，使緩和曲線補(bǔ)充完整，再利用公式⑴計(jì)算緩和曲線上的各點(diǎn)在X—C(ZH)—Y坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。

公式⑴X=L-L5÷[40(RLS)2]+L9÷[3456(RLS)4]

Y=L3÷[6(RLS)] - L7÷[336(RLS)3]+L11÷[42240(RLS)5]

式中:L——緩和曲線上所求點(diǎn)到坐標(biāo)原點(diǎn)之間的曲線長(zhǎng)度;

R——緩和曲線終點(diǎn)的半徑，即相連的園曲線半徑R1;

Ls——緩和曲線長(zhǎng)度;

了解了正常緩和曲線與卵形緩和曲線在線型模型上的區(qū)別以及處理這種線型的思路，下面再簡(jiǎn)單介紹將卵形曲線補(bǔ)充完整的具體步驟:

由公式 A2/R1—A2/R2=L ⑵

得 A2=L R1 R2/( R2—R1)⑶

由公式 A2= LSR ⑷

(即公式:C= LSR，R為緩和曲線終點(diǎn)相連的園曲線半徑)

得 LS= A2 /R ⑸

求得Ls——完整緩和曲線長(zhǎng)度

由 β=180L2/(2πR LS)= 90L2/(πA2) (角度) ⑹

得 βO=90Ls2/(πA2)βO ——HY1點(diǎn)的切線角⑺

利用公式①求出坐標(biāo)(X1，Y1)

L’=Y1/tanβO⑻

點(diǎn)K到點(diǎn)HY1之間的距離: I=Y1/sinβO ⑼

中卵形曲線FM(即HY1-YH2)在X’—C(ZH)—Y’中的坐標(biāo)是:

X’=L-L5÷[40(RLS)2]+L9÷[3456(RLS)4]⑽

Y’=L3÷[6(RLS)] - L7÷[336(RLS)3]+L11÷[42240(RLS)5]⑾

兩個(gè)坐標(biāo)系中的卵形曲線與園曲線是按切線重合原理密切連接的完整線型， FK是緩和曲線和園曲線在F點(diǎn)的共切線，F(xiàn)點(diǎn)是共切點(diǎn)。

在設(shè)計(jì)文件中均提供點(diǎn)F(HY1)在大地坐標(biāo)系中的坐標(biāo)和切線方位角，如在中館互通立交B—B匝道HY1的坐標(biāo)X=3254135.484、Y=453794.026和切線方位角239053’46.9”。根據(jù)F點(diǎn)在X—O—Y中的坐標(biāo)(XF，YF)、在X’—C(ZH)—Y’中的坐標(biāo)(X’F，Y’F)、β、L’以及I(點(diǎn)K到點(diǎn)F之間的距離)求出求出C(ZH)點(diǎn)在X—O—Y中的坐標(biāo)(Xc，Yc)和X軸的方位角，a是X軸與X’的夾角，這樣已將卵形曲線YH2—HY1補(bǔ)充完整并與設(shè)計(jì)文件提供的坐標(biāo)系統(tǒng)建立聯(lián)系。另外根據(jù)曲線的特點(diǎn)，也可利用所給緩和曲線上任意點(diǎn)的坐標(biāo)和切線方位角以及該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的X—O—Y坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)的坐標(biāo)和切線角，推導(dǎo)出緩和曲線的要素，將緩和曲線補(bǔ)充完整。

借助C(ZH)點(diǎn)在X—O—Y坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(Xc，Yc)以及X軸與X’的夾角a，按坐標(biāo)平移、旋轉(zhuǎn)原理，把卵形曲線YH2—HY1在X’—C(ZH)—Y’中的坐標(biāo)(X’i，Y’i)轉(zhuǎn)化為X—O—Y坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，即

X i = Xc+X’ i×COSa-Y’ i×SIN a ⑿

Yi= Yc +X’ i×SINa+Y’ i×COS a⒀

式⑿和式⒀中，當(dāng)i=F時(shí)，此時(shí)的C點(diǎn)在X—O—Y坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(Xc，Yc)是:

Xc = X F-(X’ F×COSa-Y’F×SIN a)⒁

Yc = YF -(X’F×SINa+Y’F×COS a) ⒂

式中X’F、Y’F是F點(diǎn)在X—C(ZH)—Y坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，XF、YF是F點(diǎn)在X—O—Y坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，在設(shè)計(jì)文件中提供。Xc 、Yc是實(shí)現(xiàn)切線重合的重要保證，是卵形曲線數(shù)學(xué)模型的重要參數(shù)。

五、總結(jié)

對(duì)于高速公路互通立交區(qū)施工，首先要掌握其線型特點(diǎn)，對(duì)卵形曲線要有一個(gè)全面地認(rèn)識(shí);其次是利用上述方法將其補(bǔ)充完整，將卵形曲線轉(zhuǎn)化為一般的緩和曲線;最后根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)要求確定放樣點(diǎn)之間的間距，利用一般緩和曲線的處理方法，計(jì)算曲線上細(xì)部點(diǎn)的施工放樣數(shù)據(jù)，保證施工線型美觀順適滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。針對(duì)上述計(jì)算過(guò)程較復(fù)雜，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)充分利用計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)，編制程序計(jì)算會(huì)取得理想的效果。

參考文獻(xiàn):

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[2]張廷楷 司徒妙齡《高速公路線形設(shè)計(jì)》

[3]高建華 ， 王瑋 主編《公路線形設(shè)計(jì)》