公路工程线形设计

第五章线形设计

第一节平面线形设计一．平面线形设计要点：

（一）平面线形应直捷、流畅，与地形、地物相适应，与周围环境相协调

地势平坦开阔处，路线宜直捷；山岭重丘区应结合地形条件，以曲线为主；应避免强拉直线或人为设置些曲线。

（二）保持平面线形的均衡与连续

①、直线与平曲线的组合：避免长直线尽头接小半径平曲线，短直线接大半径的平曲线，平曲线间夹直线长度应满足要求；②平曲线与平曲线的组合：圆曲线半径及回旋线参数之比均宜小于2；③高低标准间要有过渡。

（三）注意与纵断面设计相协调

平纵组合应坚持平包竖的原则，与铁路、主要道路及河流交叉的地方往往平纵曲线重合的位置，平面设计时应为纵断面设计留好余地。

（四）平曲线应有足够的长度

①、基本型三段长度都不宜少于3s行程；凸型曲线也不宜短于6s行程；②转角α小于7°时的平曲线长度不小于表5-1的规定；小于2°时，按2°计。表5-1转角等于或小于7°时的平曲线长度

二.平面线形要素组合设计（一）、平面线形要素的组合类型

1、基本型若A1=A2≠0，叫对称基本型；若A1≠A2，叫非对称基本型；A1=A2=0，叫简单型。图5-1（a）简单型图5-1（b）对称基本型

1、基本型

适用场合：交点间距不受限。从线形的协调性出发，宜将回旋线、圆曲线、回旋线之长度比设计成1：1：1～1：2：1。当按1：1：1设计时，由平曲线长度L=αR+LsL=3Ls，则3Ls=αR+Ls

故:（rad）

1、基本型2、S型

两个反向圆曲线用两段回旋线连接的组合适用场合：交点间距受限（交点间距较小）。图5-2S型曲线<2Vα2α1JD1JD22、S型

（2）在S型曲线上，两个反向回旋线之间不设直线，是行驶力学上所希望的。不得已插入直线时，必须尽量地短，其短直线的长度或重合段的长度应符合下式：式中：l——反向回旋线间短直线或重合段的长度。

（1）S型相邻两个回旋线参数A1与A2宜相等。当采用不同的参数时，A1与A2之比应小于2.0，有条件时以小于1.5为宜。（3）S型两圆曲线半径之比不宜过大，宜为：

式中：R1——大圆半径（m）；

R2——小圆半径（m）。2、S型

用一个回旋线连接两个同向圆曲线的组合。中间的回旋线是曲率从1/R1到1/R2的一段不完整的回旋线。适用场合：交点间距受限（交点间距较小）。3、卵型图5-3卵型曲线

式中：A——回旋线参数；

R2——小圆半径（m）。（2）两圆曲线半径之比宜在下列界限之内：适用条件：（1）卵型上的回旋线参数A不应小于该级公路关于回旋线最小参数的规定，同时宜在下列界限之内：

3、卵型（3）两圆曲线的间距，宜在下列界限之内：

式中：D——两圆曲线最小间距（m）。

图5-4卵型曲线两圆曲线最小间距4、凸型

两个同向回旋线间不插入圆曲线而径相衔接的组合。凸型的回旋线的参数及其连接点的曲率半径，应分别符合容许最小回旋线参数和圆曲线一般最小半径的规定。连接点附近0.3V长度应保持相同的超高横坡度。因中间无圆曲线，对行车不利，只有在地形受限处采用。图5-5凸型曲线5、复合型

两个以上同向回旋线在曲率相等处相互连接的线形。两个回旋线参数之比宜小于1.5；除受地形和其它特殊限制外，一般很少使用，多用在互通式立交的匝道上。图5-6复合型曲线6、C型

同向曲线的两回旋线在曲率为零处径相衔接的线形。其连接处的曲率为0，相当于两基本型的同向曲线中间直线长度为0，对行车不利，只有在特殊地形条件下方可采用。适用场合：交点间距受限（交点间距较小）。图5-7C型曲线

7、回头曲线

山区道路为克服高差，在同一坡面上转角接近或大于180°，由主、辅曲线组合的线形。三、四级公路因无法自然展线，或因地形、地质条件不能自然展线时，可采用回头曲线；高差较大的山城也可采用。图5-8回头曲线（二）平面线形要素组合计算

1、基本型曲线设计与计算

（1）、对称基本型曲线设计与计算：（详见第2章第四节缓和曲线部分）（又称切曲差D）（此处单位为rad）（即内移值p）（切线增长值）缓和曲线上各点坐标计算圆曲线上各点坐标计算

按回旋线敷设缓和曲线

式中：(以ZH点或HZ点为坐标原点)为该点至HY或HY点的曲线长P点曲率圆的内移值：p=y+rcosβ-r圆心M点的坐标：

xm=x–rsinβym=r+pP点的弦长：

P点弦偏角：

pr(1-cosβ)（2）、非对称基本型曲线设计与计算：主点桩踏号的计歌算（同剖对称型每）：（3）、单黄圆曲线鸡设计与解计算：主点桩号伍的计算：（二）待平面线葵形要素释组合计仗算2、凸型着曲线设咬计与计速算对称凸旷型曲线召：可根据Lh，求R；或根纹据R，求Lh。用切线长夺控制时，蛾将：代入：得到：用外距为控制时允，由：得到：不对称凸究型曲线（通常纵选定一追端的缓仍和曲线芳长度和帮半径，该求另一践端缓和销曲线长戴度和半滥径）计算方路法同前魂。第二节裤纵断昼面线形设半计一、纵断欧面线形设贞计要点：（一）坡源极限值纵坡设患计应从献工程和禾环境、壮道路通吹行能力糠和车辆除的行驶萄速度、猫路面纵掀向排水妻、非机甲动车爬烟坡能力耻等几方蒜面综合柿考虑，即避免长涉陡坡或义过分追茎求平缓珠坡（0.3～0.5％）。（二）最该短坡长要象求坡长不继宜过短侦（≥9s行程），稻连续起伏子路段应避妈免锯齿形链的纵断面羞。（三）竖纤曲线半径助的选用竖曲线应缩慧选用较大患半径为宜趟。受限时歌可采用一驼般最小值地，特殊困坝难地段可强采用极限画值；坡差丘小时应尽细量选用大扇半径。有沃条件时，庸宜按P13捏9表5-4选用。视觉要求冷的最小竖条曲线半径苗值狸（表5-4）（四）右相邻竖潜曲线的虏衔接相邻两同杠向竖曲线壤间直线段膏不长时，济应避免断背曲线；相邻两歼反向竖香曲线间疫直线坡伯长至少大于3s行程，也可恳采用大谷半径直亡接相连缠。（五）怖各种地稍形条件僻下的纵德坡设计1．平原、酿微丘区：升保证最小填土柄高度和最氏小纵坡，最好作减包线设计克。2．山岭、善重丘区：棵按纵向填网挖平衡设控计，尽量占采用平缓耽些的纵坡优。垭口附派近因视距窄不太好，熄纵坡应尽怜量平缓些砍。二、纵断右面线形设刻计的一般啊原则：（1）应满足住纵坡及六竖曲线究的各项驼规定（世最大、何小纵坡兵，坡长举限制，挂最小坡捧长，竖毁曲线最闭小半径纳和最小翅长度）尊，以及高高程控舟制点和个构造物连设计的先要求；（2）短距离盏范围内诉凹凸起道伏不能涛太频繁完。（3）连续上边（或下华）坡路扬段，应业符合平反均纵坡牙的规定嘱，用运蚊行速度珠对通行稿能力和桶行车安肤全进行耕检验；（4）长下坡昂直坡段扇端部不应接滨小半径率凹曲线宇或平曲割线；相邻敲坡段坡魂差小时角应设较盐大半径否的竖曲帝线；避卸免使用办半径小盈、长度汤短的凸根曲线；（5）应充分考特虑排水要丽求。不用克平坡或很姻小的纵坡剑，同时不杀应片面追掘求大半径惕竖曲线。二、纵爬断面线适形设计菠的一般锐原则：（6）在回头曲辣线路段，数路线纵坡芝有特殊规娘定，应先颤定出回头赛曲线部分牧的纵坡，岂再从两端爬接坡。在发回头曲线背的主曲线内毙不宜设竖夹曲线；（7）应争取破纵向填插挖平衡么，尽量颠移挖作赴填，以芦节省土磁石方数夕量，降怨低工程座造价。（8）纵断面搅设计应缩慧根据设拥计速度餐，在适捎应地形宋和环境蚂的原则烂下，对检纵坡大越小、长臭短及前杆后坡段森协调的餐情况，部竖曲线况半径及涛其与平返面线形忆的组合切等进行恼综合考产虑，反研复调整怖，设计基出平顺偏、连续将的线形蚀来。三、纵断枯面线形设奋计中的高堪程控制条蛇件：（一）路蜂基对纵断挡面的控制:1、洪水位矛和地下孙水位对换路基填溜土高度妄的要求长；设计洪稻水位+0.5间m以上，冲路基临界托高度2、特殊地坑区和不揭良地质仙地区路殊基对纵针断面的锯控制:软土、泥烤沼地区宜县修路堤，深高度1.2～临界高刺；冰冻、值盐渍土静地区宜笨采用路僵堤；风沙地郊区以低亭路堤为陡主；雪灾地区松避免浅、营长路堑和扔低路堤。（二）桥浸涵、通道徐对纵断面显的控制:1、桥涵、通午道要求的业控制标高当桥下净仇空或路基蠢高程不够勒时，可采早用①提高将路基标高侨②减少鹅桥梁上部渴结构的建该筑高度③波加大桥跨浙降低壅水尊或改用多妖孔小跨径赏的桥涵降剖低结构高维度。2、桥上蜻及桥头按路线的沙纵坡要昆求:①大、中恐桥桥上附纵坡不吓宜大于4％，引巧道纵坡当应同桥犬上，其愈长度不小小于3s行程；②大、中标桥上不宜锤设竖曲线凉，桥头如江要设，其羞起止点应诱距桥头10m以外；③小桥涵锁纵坡同叫路线；煮避免“驼峰式”纵坡。（三）匹隧道对躬纵断面袭的控制:洞内、外荡路线纵坡圆及洞内通辞风、通行锹能力的要猛求（四）平乐面交叉对蒜纵断面的贯控制:应注意震交叉口凑处的纵简坡衔接胸。b）第三节宰平、纵皇线形组脱合设计一、视脆觉分析1．视觉脱分析的授概念与辽意义概念：从视觉爸心理出曲发，对匙道路的魔空间线锋形及其驴与周围窝自然景则观和沿钟线建筑瓣的协调骂等进行政研究分铅析，以袜保持视妇觉的连戴续性，乡丰使行车盈具有足挣够的舒宇适感和着安全感棚的综合写设计称脆为视觉分析。意义：汽车快散速行驶肆时，驾甜驶员是溪通过视救觉、运塘动感觉瞒和时间松变化感挤觉来判蜜断道路吓线形、腿周围景爷观、标隙志以及缘瑞其他信赖息的。邻通过视扫觉分析脚，掌握严驾驶员塞动视觉潜规律，用为设计兼安全、吓舒适的的道路提羞供依据蹲。2．驾驶很员动视耐觉的特孤点：(1)驾驶过疮程中，谁驾驶员鸟不易全宁面正确厌感觉车榴外的情朋况变化煤。察觉厕目标约辈需0.4至s，清晰衬辨认约公需1s时间；(2)驾驶过盈程中，砍驾驶员痰的空间城分辨能魄力降低值。车速次增加，血驾驶员存视力呈膏下降趋络势，视赔认距离凡和景物绣作用时聪间缩短政；(3)高速行驶纳时，对驾略驶员易形吨成“道路催眠”。车速肠增加，注视点动前移、拼集中，涛视角缩踪蝶小，形成“隧道视觉”，驾驶员遇只注视单捎调的暗色裹路面，易嗽形成“道路催烈眠”。(4)高速行派驶时，垂驾驶员衡更易出仙现错觉竟，导致活判断失搁误增加缓。3．视觉评妻价方法道路透视笋图：是按照连汽车在叠道路上妇的行驶渗位置，骗根据线病形的几舍何状况凳确定的祥视轴方绝向以及恨由车速骨确定的茫视轴长兰度，利狗用坐标遗透视的糖原理绘琴制的。透视图浩可以判叫断平面盗线形、谎纵断面侨线形以叉及道路叹和景观姿是否协鸽调，路舍旁障碍塌是否有题妨碍视首线的地土方等，免也可检缴查超高池过渡段投、构造蚁物等的燥设计效羡果。若诞存在上毒述缺陷捧，则可里随时修掉改，然钥后再绘谦出透视肚图分析监研究，更直至满绳意为止茄。适用条添件：（1）当设跪计速度淡大于或屿等于60km佩/h时，必坟须注重猾平、纵央的合理烛组合；读（2）当设光计速度链小于或馆等于40k哀m/h时，在号条件允卸许情况葱下力求浆做到各党种线于厘要素的过合理组贡合，并啊尽量避歼免和减动轻不利灾组合。设计原则胞：1．在视搜觉上能柏自然地怕引导驾锦驶员的冠视线，周并保持床视觉的环连续性为。2．保持赏线形技胀术指标汇在视觉醒上和心淡理上的车大小均孕衡。3．选择适班当的合成怕坡度，以泽利于路面封排水和行盈车安全。4．注意与渐道路周围历环境的配其合。二、组合脸设计原则三、组合嘱设计方法（一）平拨、纵线形易组合的形貌式：（一）平惩、纵线形扎组合的形启式：（二）虚平、纵锤线形组浇合的基弄本要求1.直线与纵敢断面的组榴合（1）平面南直线与章纵面直价线组合辱（纵坡跪不变的团直线）（2）平面遗直线与并竖曲线艰组合

断背曲线的改善

断背曲线

从美学观巧点，直线诞上一次变颤坡是很好央的平、纵调组合，凸踩型竖曲线蜂为好，凹堪型线次之针；直线中躺短距离箩内二次栏以上变荐坡会形赶成反复需凸凹的练“驼峰凯”和“拴凹陷”（3）直线与唇纵断面字应避免模的组合“暗凹猴”（3）直线与纵门断面应避葵免的组合“驼峰板”2.平曲线与雁纵断面的喝组合（1）平曲互线与纵气面直线台组合组合时写要注意与平曲线都半径与楼纵坡度闯协调，序要避免朗急弯与储陡坡相泉重合。（2）平曲旧线与竖催曲线的烤组合①平曲齐线与竖沈曲线应路相互重暖合，且单平曲线允应稍长椅于竖曲扎线。平竖曲膝线顶点重言合，且“平包竖”。竖曲线毒的起终偶点最好腾分别放甜在平曲悉线的两蹈个缓和挖曲线内眠，其中孝任一点讯都不要亭放在缓建和曲线糖以外的伞直线上男，也不乓要放在艘圆弧段板之内。若做不兽到平、壁竖曲线借较好的录组合（岛顶点的径重合）遍，则宁尿可把平丹竖曲线肉分开相倍当距离帐（不小星于3s行程）。若平、竖着曲线半径研都很大，蔑则平、竖中位置可不解受上述限搂制。平、竖短曲线重协合,如果平曲谁线的中点料与竖曲线播的顶（底机）点位置垂错开不超弊过平曲线改长度的四昆分之一时抓，仍然可缺以获得比史较满意的旧外观。①平曲线斗与竖曲闭线应相宗互重合南，且平誓曲线应量稍长于毫竖曲线险。①平曲线植与竖曲贫线应相镜互重合英，且平君曲线应暮稍长于乒竖曲线请。②平曲线饱与竖曲洞线大小石应保持箱均衡半径：竖所曲线半径我宜为平曲亦线半径的10～20倍；长度：床平曲线廉应稍长革于竖曲梯线：哭方式罩：“平包竖”平曲线和蓄竖曲线其躬中一方大紧而平缓，那么另一方就模不要形成广多而小。③选择适当麦的合成坡挥度合成坡度寺过大，对森行车不利佣，特别在钻冬季结冰异期更危险盾。合成坡建度过小，摧排水不利械。（三）平乔、纵线形衔设计中应庭避免的组视合①避免竖促曲线的雪顶、底遮部插入赛小半径絮的平曲蠢线；②避免布小半径感平曲线亿起讫点距设在或婶接近竖厌曲线的春顶部或朵底部；③避免俱使竖曲符线的顶凉底部与完反向平似曲线的肢拐点重束合。④避免攻小半径谈竖曲线瓜不宜与惧缓和曲潮线相重窑叠。⑤避免在期长直线上旬设置陡坡铺或长度短青、半径小秤的竖曲线蒙；⑥避免出浊现驼峰、蔑暗凹、跳哥跃等使驾趟驶员视线荡中断的线示形。⑦平、竖智曲线半径牧都很小时伶不宜重合俯；此时应伪将两者分杯开，把二鹅者拉开相分当距离，毅使平曲线园位于直坡秀段或竖曲孝线位于直垂线上（四）线梅形与景观箱的协调与用配合线形与意景观的饲配合应组遵循以煮下原则泻：1．应在道罩路的规划笼、选线、机设计、施崭工全过程坊中重视景搜观要求，捷尤其在规庙划和选线列阶段，比贞如对风景客旅游区、神自然保护现区、名胜腊古迹区、但文物保护旦区等特殊辨地区，一绿般以绕避发为主。2．尽量樱少破坏哄沿线自互然景观芦，避免疗深挖高是填。3．应能乳提供视风野的多染样性，鼻力求与杀周围的败风景自掩然地融从为一体到。4．不得已论时，可采疾用修整、薄植草皮、路种树等措桐施加以补垫救。5．条件允侵许时，以庙适当放缓裙边坡或将室其变坡点碗修整圆滑些，以使边责坡接近于议自然地面掉形状，增蜜进路容美英观。6．应进羊行综合绵绿化处珍理，避嗽免形式框和内容棋上的单银一化，漂将绿化誓视作引议导视线广、点缀早风景以特及改造呢环境的您一种技厦术措施待进行专精门设计薄。第四节述线形设面计检验挎与评价一、线形突设计检验锐与评价的国方法（一）边道路透嘉视图《规范》总则规仰定如下常：道路透视但图可通过沉道路三维克建模软件杀建立道路助与周围环革境的三维模昆型，生成腿动态或御静态全景透视右图或制作孔全线三维眨动画，供设计组者评价道栏路线形设烫计的质量坝。（二）逃沿线耗怕油量每百公航里油耗经量计算自公式：燃油消笛耗量主群要与汽警车本身积的结构调、使用御特性等鼻有关。借从道路快的角度豪，影响侄油耗量茂的因素偷主要是敲道路的糊使用特肢性。（三）户事故率安预测模都型10％～20％道路薪事故与睬道路条朗件有直失接关系痒，50％～60％道路到事故与东道路条耀件有间屠接关系秩。道路条件仅主要包括喜：交通量劳、平纵线涝形、横断么面宽度、敢视距、交摔叉口状况海、路面类闻型、路侧伤安全距离蛛等因素。通过建立锻各种条件居与事故率另间的回归即模型进行怀分析。（四）陕可能速钥度法根据汽搜车的动朽力性和盟平、竖林曲线的忘允许速候度，建右立可能殿速度预突测模型隶，计算伪沿线可疯能速度稳并绘制蛋成图，刘根据可开能速度匙变化应忠该连续伍、均衡彻、协调丑的原则拦对路线祖线形进由行检查甘、评价捏。常采用悲可能速返度差作唱为评价技指标。（五）运执行速度法运行速冰度主要家用来评集价道路水线形设握计的连凉续性，列采用相年邻单元荒间运行兽速度的狐变化来获进行评跃价。道路线请形设计藏的连续呀性：是指道路词设计中的慕几何要素呈与驾驶员勿的期望速叙度相适应朵的特性。以上方法愉中，采用怒较多的是透视图挪法和运烤行速度布法。二、用业运行速崭度评价查线形设鸣计的连时续性（一）连秘续性设计听的要求①、视觉负上的连续虾性；溜②、行驶考速度的连台续性；③胶、加速度美的连续性召。（二）惯确定运铁行速度都的方法①、路段先实测回归是法；通过实眼测多路咏段某车凯型的实元际行驶蕉速度，珍回归分作析后建颗立道路村几何要陵素与运袭行速度摄的关系蜘模型，污根据模假型预测我各种线径形要素购和组合密线形所励对应的殖运行速斤度。②、理论踢预测法。根据汽车颂动力性能醉的加、减披行程计算跟基于纵断裹面线形的躲行驶速度扛，根据圆棵曲线半径售计算公式趋反算弯道谋上允许运递行速度，执运行速度牲取平、纵亭线形预测独的运行速柏度小值。（三）螺基于运羽行速度州的线形觉设计连荷续性评骆价标准《公路项皮目安全爷性评价蹦指南》（JTG/秒TB0微5-20宽04）中采用爽相邻路段亩运行速度合的差值（Δv85）来检查职线形的连浇续性。①Δv85＞20Km峡/h时，连续性差，需计调整平差、纵线拨形；②同时，古同一路段脂的运行速绣度与设计虑速度之差券大于20Km抹/h时，应对币该路段的茶技术指标村进行安全性妖验算。三、用运芹行速度评图价线形的患方法（一）划罪分分析路讯段（据圆舰曲线半径凭和纵坡大胀小划分）①、平策直路段橡：平面弄为直线筐段或R≥1映000尺m，纵坡浮＜3％或纵坡毯＞3％，但绕坡长≤300简m；②、纵衰坡段：衡平面为番直线段跟或R≥1蛾000酱m，纵坡剃＞3％，且决坡长＞300m；③、小独半径平挪曲线段佣：平面R＜1000陆m且纵坡＜2％；④、弯枕坡组合枪路段：枝平面R＜100历0m且纵坡2＞％。对于两塞小半径李间的夹增直线段仔长度小间于200宾m时，称芬为短直聪线，车宫辆在此拐路段上魄的运行似速度不完变。（二）距运行速害度的测罪算：1、设计路潮段的初始料运行速度V0：现场观测呜或按P154表5-1监3选用。2、平直沿路段运饥行速度洁：（1）直线再入口速逮度等于焰期望速雾度，车兼辆在平励直路段葛保持期隙望速度孕匀速行璃驶，出扁口速度仓等于期贩望速度兰；（2）入口速嗓度低于期理望速度，方则会加速袋行驶，出票口速度按进（5-2爬0式）计企算；设计速度（Km/h）6080100120初始运行速度V0小客车8095110120大型货车55657575但当计舍算的运威行速度页≥期望逮速度时贺，出口搞速度按侮期望速搁度计。当入口彻速度大平于期望叔速度，懒则会减袄速行驶湖，直至周期望速分度后匀皆速行驶熄，出口是速度为冈期望速