李丹
(中國(guó)華西工程設(shè)計(jì)建設(shè)有限公司深圳分公司,廣東 深圳 518029)
淺談道路線形設(shè)計(jì)中卵形曲線的運(yùn)用
李丹
(中國(guó)華西工程設(shè)計(jì)建設(shè)有限公司深圳分公司,廣東 深圳 518029)
在道路路線線形設(shè)計(jì)中,復(fù)曲線的運(yùn)用多種多樣,但卵形復(fù)曲線的運(yùn)用較少,具體卵形復(fù)曲線的形式要視地形、地物條件,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求等多種條件來(lái)選擇。以吉惠路路線線形設(shè)計(jì)為例,分析受地形與地物條件限制時(shí),采用卵形復(fù)曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)的情況。
道路設(shè)計(jì);卵形曲線;回旋線;運(yùn)用
道路路線線形設(shè)計(jì)中,道路的整體線形取決于道路中心線的線形。道路中心線由直線、圓曲線和回旋線組合而成,且運(yùn)用較為廣泛。采用何種曲線形式,要視地形與地物條件、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求、曲線處導(dǎo)線布置方式、所選曲線半徑大小和個(gè)別地段特殊要求來(lái)選擇。例如,路線轉(zhuǎn)彎處內(nèi)側(cè)為高山、限制性用地或其他用地,外側(cè)為河流、特殊構(gòu)筑物等,這種地形就決定了曲線必須限定在某一范圍內(nèi),而這個(gè)曲線大小(以半徑大小決定)又必須符合道路相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。我國(guó)常用的道路中心線曲線種類包括單曲線和復(fù)曲線兩種類型。
單曲線是一個(gè)或多個(gè)交點(diǎn)處設(shè)一個(gè)半徑的曲線。單曲線包括簡(jiǎn)單型單曲線、基本型單曲線和凸形單曲線三種類型,并可根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)的地形條件及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求考慮是否設(shè)置回旋線。復(fù)曲線則是指兩個(gè)或多個(gè)不同半徑或曲線形式徑向連接的曲線形式,其類型含同向復(fù)曲線和反向復(fù)曲線兩類。其中:同向復(fù)曲線分簡(jiǎn)單型復(fù)曲線、基本型復(fù)曲線、卵形復(fù)曲線、復(fù)合型復(fù)曲線及C形復(fù)曲線五種;反向復(fù)曲線(S形復(fù)曲線)分簡(jiǎn)單S形復(fù)曲線和基本S形復(fù)曲線兩種。從以上分類得知,曲線的種類繁多,但實(shí)際路線設(shè)計(jì)時(shí),卵形復(fù)曲線及復(fù)合型復(fù)曲線運(yùn)用較少,除非受實(shí)地地形、地物和其他特殊條件限制的地方,應(yīng)結(jié)合路線相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求,采用卵形復(fù)曲線或復(fù)合型復(fù)曲線。本文以下部分主要圍繞卵形復(fù)曲線進(jìn)行展開(kāi)討論。
卵形曲線(見(jiàn)圖1)是指在兩個(gè)同向圓曲線徑向銜接或插入的直線長(zhǎng)度不足時(shí),用一條回旋線連接兩個(gè)圓曲線的組合曲線,其組合形式一般為直線+緩和曲線+圓曲線+緩和曲線+圓曲線+緩和曲線+直線的線形組合方式。
圖1 卵形曲線
從組合形式看,卵形曲線是由基本型單曲線(見(jiàn)圖2)衍生而成的,只是實(shí)際運(yùn)用中,基本型單曲線運(yùn)用較多,而卵形曲線受地形、地物和其他特殊條件限制,運(yùn)用頻率較少。同樣,C形曲線(見(jiàn)圖3)也是基本型單曲線衍生而成的。C形曲線定義為同向曲線的兩回旋線在曲率為零處徑向銜接的形式。C形曲線連接處的曲率為0,相當(dāng)于兩同向曲線中間直線長(zhǎng)度為0,對(duì)行車和線形都有一定的影響,所以C形曲線在路段上只有在特殊地形下方可使用。
和C形曲線相比,卵形曲線也是同向的、兩個(gè)不同半徑的圓曲線相連的一種形式,而卵形曲線的特點(diǎn)在于,在兩個(gè)不同曲率半徑(分別是R1、R2)的圓曲線之間,用一條回旋線A進(jìn)行過(guò)渡,而回旋線A的曲率半徑則是從R1過(guò)渡到R2,這樣,卵形曲線的兩圓曲線之間的過(guò)渡方式比C形曲線要好。在道路路線設(shè)計(jì)中,鑒于卵形曲線過(guò)渡方式好于C形曲線,行駛舒適度也優(yōu)于C形曲線,故實(shí)際設(shè)計(jì)中,在受地形、地物或其他特殊條件限制時(shí),同向曲線應(yīng)盡量避免C形曲線的出現(xiàn),盡量用卵形曲線來(lái)調(diào)整整體道路中心線的線形設(shè)計(jì)。
圖2 基本型單曲線
圖3 C形曲線
圖4 三心卵形曲線
圖5 四心卵形曲線
理想的卵形曲線上的回旋線參數(shù)A不應(yīng)小于該級(jí)道路關(guān)于回旋線最小參數(shù)的規(guī)定,宜在R2/2≤A≤R2界限之內(nèi);兩圓曲線半徑之比,宜在0.2≤R2/R1≤0.8界限之內(nèi);兩圓曲線的間距宜在0.003≤D/R2≤0.03界限之內(nèi)(R1為大圓半徑,R2為小圓半徑,A為回旋線參數(shù),D為兩圓曲線的內(nèi)移值之差)。
常用的卵形曲線也有多種形式,用一個(gè)回旋線連接兩個(gè)同向圓曲線的組合線形叫雙心卵形曲線。雙心卵形曲線其實(shí)就是最基本的卵形曲線(見(jiàn)圖1)。在雙心卵形曲線基礎(chǔ)上,再連接第三個(gè)同向圓曲線的組合線形,叫三心卵形曲線(見(jiàn)圖4)[1]。在三心卵形曲線的基礎(chǔ)上,再接第四個(gè)同向圓曲線的組合線形,叫四心卵形曲線(見(jiàn)圖5)。理想情況下,無(wú)論是多少個(gè)圓曲線用回旋線徑向連接,其回旋線參數(shù)及半徑大小均宜在道路相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范限制范圍內(nèi)。
深圳外環(huán)高速深圳段工程吉惠路連接線(以下簡(jiǎn)稱“吉惠路”),位于深圳市龍崗區(qū)六聯(lián)坪地街道。作為深圳外環(huán)高速公路(以下簡(jiǎn)稱“深外環(huán)”)坪地樞紐立交與地方道路的連接線,路線自西向東受現(xiàn)狀地形、地物、地質(zhì)、環(huán)境的變化影響較大,而沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度非常快,往往規(guī)劃跟不上經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。規(guī)劃吉惠路內(nèi)存在眾多民宅、廠房、高壓電力設(shè)備等工業(yè)與民用建筑物,路線走廊基本無(wú)大范圍調(diào)整可能,僅沿深外環(huán)南側(cè)布設(shè),且盡可能與深外環(huán)坪地立交主線平行??傮w線形較復(fù)雜,為連續(xù)卵形曲線組合及S形曲線組合(見(jiàn)圖6)。
圖6 吉惠路總體線形
道路設(shè)計(jì)起點(diǎn)至深惠公路交叉口路段,該段受地形、地物、環(huán)境影響較大,受限條件較多,設(shè)計(jì)時(shí)具體圓曲線半徑大小及回旋線長(zhǎng)度均受到很大的限制,導(dǎo)致線形復(fù)雜多變。
第一個(gè)受限因素為:現(xiàn)狀橫坪路朗山高架橋。吉惠路設(shè)計(jì)起點(diǎn)線形與現(xiàn)狀橫坪路順接后,實(shí)施起點(diǎn)與現(xiàn)狀橫坪路朗山高架橋東端橋頭相接,因橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,毫無(wú)破損,且橋梁改造會(huì)造成項(xiàng)目投資過(guò)大,此次不用進(jìn)行橋梁改造,保留使用,故設(shè)計(jì)時(shí)線位必須與高架橋線位吻合,以保證車輛行駛順暢。
第二個(gè)受限因素為:深外環(huán)。由于北側(cè)新建深外環(huán)線位占用部分現(xiàn)狀橫坪路,導(dǎo)致吉惠路銜接現(xiàn)狀橫坪路段道路線位必須南移,且保證與現(xiàn)狀車道數(shù)一致,才能保證現(xiàn)狀行車需求。
第三個(gè)受限因素為:深外環(huán)坪地立交L匝道。吉惠路線位繼續(xù)往東需與深外環(huán)坪地立交L匝道平交,加上朗山高架橋橋頭至L匝道段僅289 m,距離較短,參照《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D20—2006)[2],該路段設(shè)置曲線大小及回旋線長(zhǎng)度受到很大的限制。
第四個(gè)受限因素為:匯源公司用地。吉惠路線位繼續(xù)往東受北側(cè)深外環(huán)線位及南側(cè)的匯源公司用地影響,線位必需沿現(xiàn)狀橫坪路路中??紤]到深惠路交叉口處輔路需與深惠路平交,主線上跨深惠路,為盡量少占用或者不占用匯源公司用地,該段道路紅線寬度也受到極大限制。
第五個(gè)受限因素為:六聯(lián)路網(wǎng)規(guī)劃及國(guó)際低碳城規(guī)劃。從路網(wǎng)規(guī)劃角度考慮,深外環(huán)L匝道往東段吉惠路線形必須沿現(xiàn)狀橫坪路后才能繼續(xù)往東上跨深惠公路、惠鹽高速、深外環(huán)坪地樞紐立交A、B、C、D匝道及現(xiàn)狀石吉路,最終與現(xiàn)狀吉惠路平交,打通南北向及東西向的道路連接,以滿足吉惠路作為深外環(huán)坪地樞紐立交連接線的獨(dú)特功能。
受上述五大因素限制,結(jié)合《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D20—2006)[2],設(shè)計(jì)起點(diǎn)至深惠公路段必須設(shè)置連續(xù)4個(gè)同向圓曲線相接(見(jiàn)圖7),且組合為3個(gè)連續(xù)卵形曲線,即四心卵形曲線的形式才能滿足以上各種受限條件。
從圖7可知,吉惠路設(shè)計(jì)起點(diǎn)至深惠公路路段一共設(shè)置了3個(gè)卵形曲線徑向相接。吉惠路交點(diǎn) JD1、JD2處圓曲線半徑分別為 R1=950 m、R2=325 m,且R1和R2之間設(shè)置一回旋線徑向相接,回旋線參數(shù)A1=160 m,則R1—A1—R2組合為單個(gè)卵形曲線;交點(diǎn)JD3處圓曲線半徑為R3= 2 500 m,R3與R2之間設(shè)置回旋線A2=150 m,則R2—A2—R3組合為單個(gè)卵形曲線;交點(diǎn)JD4處圓曲線半徑為R4=400 m,R4與R3之間設(shè)置回旋線A3=160 m,則R3—A3—R4組合為單個(gè)卵形曲線。上述3個(gè)卵形曲線徑向相接組合為四心卵形曲線。這種連續(xù)多個(gè)卵形曲線徑向相接的線形組合頗為少見(jiàn),從行車的舒適度及交通安全方面分析,采用此種線形也較為不妥,同時(shí)也增加了施工的難度,尤其是對(duì)線形施工定位,形成一個(gè)重難點(diǎn),對(duì)施工要求會(huì)更高。但由于吉惠路較為特殊,設(shè)計(jì)時(shí)受限條件過(guò)多而不得不采用連續(xù)多個(gè)卵形曲線徑向相接的組合線形。再結(jié)合《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D20—2006)[2],該路段連續(xù)卵形曲線線形由于限制因素過(guò)多,無(wú)法設(shè)置形成理想條件下的卵形曲線,此條件下,可依據(jù)相關(guān)規(guī)范要求增設(shè)超高及加寬來(lái)緩解行車的舒適度及安全度,亦可增設(shè)相關(guān)的標(biāo)志標(biāo)牌來(lái)引導(dǎo)駕駛員,以保證行車安全。
實(shí)例表明,在道路路線線形設(shè)計(jì)中,當(dāng)受地形、地物、環(huán)境等多方因素影響時(shí),單一的線形無(wú)法適應(yīng)地形的變化,采用卵形復(fù)曲線,結(jié)合道路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行線形設(shè)計(jì),提高了選線的自由度,解決了個(gè)別特殊地段的路線線形,使得路線更好地適應(yīng)地形,更凸顯了卵形曲線的優(yōu)勢(shì)[3],從而使道路在投入運(yùn)營(yíng)中得到更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
[1]朱天璋.卵型曲線在高速公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].湖南交通科技,2002,28(1):4-5.
[2]JTG D20-2006,公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
[3]王大權(quán),張先清.淺談卵形曲線在受限地形中的應(yīng)用[J].低碳世界,2016(18)::256-257.
U412.34
B
1009-7716(2017)03-0036-03
10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.03.010
2017-01-16
李丹(1984-),女,廣東深圳人,工程師,從事城市道路設(shè)計(jì)工作.