第五章线形设计

1、2014.2 三要素三要素比例比例适当，与适当，与地形地形紧密结合，经济且保护环境紧密结合，经济且保护环境1.1.平面线形应直捷、连续、顺适，并与地形、地物相平面线形应直捷、连续、顺适，并与地形、地物相适应，与周围环境相协调适应，与周围环境相协调。平面线形设计平面线形设计5.1 平面线形设计 在宽阔的平原微丘区，路线应直捷顺畅。在宽阔的平原微丘区，路线应直捷顺畅。 5.1 5.1 平面线形设计平面线形设计在起伏的山岭和丘陵地区，线形以曲线为主。在起伏的山岭和丘陵地区，线形以曲线为主。 5.1 5.1 平面线形设计平面线形设计 在没有任何障碍物的戈壁、草原等开阔地区，应以在没有任何障碍物的戈壁、

2、草原等开阔地区，应以直线为主。直线为主。 5.1 5.1 平面线形设计平面线形设计 2. 2.保持平面线形的均衡与连贯。保持平面线形的均衡与连贯。 5.1 5.1 平面线形设计平面线形设计我国2002年各种道路线形的事故分析 我国2002年各种地形的事故分析 2. 2.保持平面线形的均衡与连贯。保持平面线形的均衡与连贯。 直线与平曲线的组合直线与平曲线的组合 长直线的尽头避免接小半径曲线长直线的尽头避免接小半径曲线5.1 5.1 平面线形设计平面线形设计v长大下坡小半径平曲线之害线形指标900 直线接125 的平曲线山区高速公路设计速度60km/h3年事故统计：占平曲线上事故数的21%;事故形

3、态: 撞击外侧的桥梁护拦速度观测：弯道前的实际行驶速96km/h事故责任: 驾驶员负全责 长直线的尽头避免接小半径曲线长直线的尽头避免接小半径曲线5.1 5.1 平面线形设计平面线形设计 短直线接大半径的平曲线 平曲线与平曲线的组合平曲线与平曲线的组合 高低标准之间要有过渡高低标准之间要有过渡 同一等级道路上大、小指标间的均衡过渡同一等级道路上大、小指标间的均衡过渡 长直线与小半径曲线之间。长直线与小半径曲线之间。 相邻的大小半径曲线之间。相邻的大小半径曲线之间。 同一条道路上采用不同计算行车速度设计的路段之间的同一条道路上采用不同计算行车速度设计的路段之间的 过渡。过渡。 注意与纵断面设计相

4、协调注意与纵断面设计相协调 平原区道路平原区道路 铁路铁路 主要道路主要道路 河流交叉河流交叉5.1 5.1 平面线形设计平面线形设计 4. 4.平曲线应有足够的长度平曲线应有足够的长度 平曲线的最小长度平曲线的最小长度 基本型曲线：基本型曲线：9s行程行程 凸型曲线：凸型曲线：6s的行程的行程 平曲线最小长度不得小于下表规定。平曲线最小长度不得小于下表规定。设计速度(km/h)1201008060403020一般值（m）600500400300200150100最小值（m）2001701401007050405.1 5.1 平面线形设计平面线形设计 小偏角的平曲线长度：小偏角的平曲线长度：

5、小偏角曲线的问题小偏角曲线的问题：设置了较大的半径也容易把曲线长看成设置了较大的半径也容易把曲线长看成比实际的要短，造成急转弯的错觉。比实际的要短，造成急转弯的错觉。 5.1 5.1 平面线形设计平面线形设计小偏角曲线要求的平曲线长度小偏角曲线要求的平曲线长度 设计速度设计速度(km/h)1201008060403020平曲线最小长平曲线最小长度度(m)1400/ 1200/ 1000/ 700/ 500/ 350/ 250/ 表中的为公路转角值（度），当表中的为公路转角值（度），当2 2时，按时，按=2=2计。计。5.1 5.1 平面线形设计平面线形设计3.6平面线形的组合与衔接平面线形的组

6、合与衔接 3.平面组合线形 （1）简单形曲线）简单形曲线当一个弯道由直线与圆曲线组合时叫简单型曲线简单型曲线（simple curve单圆曲线）l用于 4级公路 l 其它各级，当RRP(不设超高最小半径) 可用于高速公路？平面线形要素的组合类型 简单形简单形 （1）定义：）定义：当一个弯道由直线与圆曲线组合时叫简单型曲线简单型曲线（simple curve单圆曲线） l用于 4级公路 l 其它各级，当RRP(不设超高最小半径) 可用于高速公路？平面线形要素的组合类型 基本形基本形 （1）定义：）定义：当按直线当按直线回旋线（回旋线（A1）圆曲线圆曲线回旋线（回旋线（ A2 ）直线的直线的顺序组

7、合而成线形。顺序组合而成线形。 当当A1=A2时，叫对称基本型；时，叫对称基本型； 当当A1A2时，叫非对称基本型，时，叫非对称基本型，A1 : A2应不大于应不大于2.0。 l：L：l： 左右左右 A的取值符合有关要求的取值符合有关要求 （R/3）AR 平面线形要素的组合类型 （2）组合要求）组合要求 基本形设计时，为使线形协调，基本形设计时，为使线形协调，A值的选择最好使回旋线、值的选择最好使回旋线、圆曲线、回旋线的长度以大致接近为宜（但在许多情况下是无圆曲线、回旋线的长度以大致接近为宜（但在许多情况下是无法做到的）。法做到的）。 S S形形 （1）S形定义：形定义： 两个反向圆曲线用两段

8、反向回旋线连接的组合形式。两个反向圆曲线用两段反向回旋线连接的组合形式。 平面线形要素的组合类型要求： S形相邻两个回旋线参数A1与A2宜相等。 （A1/A2）应2，有条件（A1/A2）宜1.5，当A2 200时， A1与A2之比应小于1.5。 （R1/R2 ） 2为宜 平面线形要素的组合类型 计算步骤计算步骤：（：（1）先根据）先根据1、R1、 Ls1，计算，计算T1; （2）T2=D-T2 根据根据S形的组合要求，假定形的组合要求，假定Ls2 （3）用）用T2、LS2、 2计算计算R2。 （4）检查）检查R2是否符合是否符合S形的组合要求，如不能，重新调整计算。形的组合要求，如不能，重新调

9、整计算。平面线形要素的组合类型 卵形卵形 （1）定义：）定义：两同向的平曲线，按直线两同向的平曲线，按直线缓和曲线缓和曲线 （A1）圆曲线（圆曲线（R1）缓和曲线（缓和曲线（AF）圆曲线（圆曲线（R2）缓和曲线缓和曲线（ A2）直线的顺序组合而成的线形。直线的顺序组合而成的线形。 卵形曲线卵形曲线平面线形要素的组合类型3.6平面线形的组合与衔接平面线形的组合与衔接 3.平面组合线形 （2）卵形曲线组合要求：）卵形曲线组合要求：u大圆能完全包住小圆而且不是同心圆。大圆能完全包住小圆而且不是同心圆。u卵型曲线用一个回旋线连接两个圆曲线卵型曲线用一个回旋线连接两个圆曲线u R2 /2A R2（ R2

10、为小圆半径）；为小圆半径）；平面线形要素的组合类型卵 型 回 旋 曲 线 的 参 数 最 好 在 下 列 范 围 之 内 ：222RAR。 两 圆 曲 线 半 径 之 比 ， 以8.02.012RR为 宜 。 两 圆 曲 线 的 间 距 ， 以03.0003.02RD为 宜 （ D 为 两 曲 线 间 的 最 小 间 距 ） 。 凸形凸形 （1）定义：）定义：两段同向缓和曲线之间不插入圆曲线而径相衔接的组合形式两段同向缓和曲线之间不插入圆曲线而径相衔接的组合形式（圆曲线长度为零）（圆曲线长度为零）平面线形要素的组合类型 （2）组合要求：）组合要求： 必须满足的几何条件：20= 凸形的回旋线的参

11、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最小半径的规定。 连接点附近最小0.3V的长度范围内，应保持以连接点的曲率半径确定的横坡度。（3）适用条件）适用条件 只有在路线严格受地形、地物限制处方可采用凸形。 平面线形要素的组合类型 复合形曲线复合形曲线 （1）定义：）定义：将两个以上的同向回旋线在曲率相等处相互连接的线形。将两个以上的同向回旋线在曲率相等处相互连接的线形。 （2）组合要求：）组合要求： 复合形的相邻两个回旋线参数之比以小于复合形的相邻两个回旋线参数之比以小于1：1.5为宜。为宜。 （3）适用条件）适用条件 复合曲线在受地形条件限制，或互通式立体交叉的匝道设计中

12、可采用复合曲线在受地形条件限制，或互通式立体交叉的匝道设计中可采用。平面线形要素的组合类型 C形曲线形曲线（1 1）定义：）定义：两同向回旋线在曲率为零处径相连接（即连接处曲两同向回旋线在曲率为零处径相连接（即连接处曲率为率为0 0，半径为）的组合线形。，半径为）的组合线形。（2 2）适用条件）适用条件C C形曲线仅限于地形条件特殊困难，路线严格受限制时方可采用形曲线仅限于地形条件特殊困难，路线严格受限制时方可采用。平面线形要素的组合类型平面线形要素的组合类型回头曲线回头曲线 n定义：定义：转角接近、等于或大于转角接近、等于或大于180 的曲线称为回头曲线。的曲线称为回头曲线。n回头曲线一般由

13、主曲线和两个副曲线组成回头曲线一般由主曲线和两个副曲线组成。n适用场合：适用场合：三、四级公路越岭线路段三、四级公路越岭线路段，因地形、地质条件等的限制，因地形、地质条件等的限制，采用自然展线难以达到要求时，可设置回头曲线。采用自然展线难以达到要求时，可设置回头曲线。湖南天门山湖南天门山通天大道通天大道张家界天门山盘山公路张家界天门山盘山公路, ,全长不到全长不到1111公里公里, ,海拔从海拔从200200米急米急剧提升至剧提升至12001200多米多米, ,多达九十九弯多达九十九弯, ,弯弯紧连弯弯紧连, ,层层叠起层层叠起, ,宛若飞龙盘旋宛若飞龙盘旋, ,直通天际直通天际, ,使人惊奇

14、震撼使人惊奇震撼, ,堪称天下第一公路奇观。堪称天下第一公路奇观。 3. 3.回头曲线的设置。回头曲线的设置。 回头曲线是在山区越岭线的特别困难地段，以延长展线方回头曲线是在山区越岭线的特别困难地段，以延长展线方式克服高差而采用的一种特殊曲线类型。式克服高差而采用的一种特殊曲线类型。 回头曲线一般是由一个主曲线、回头曲线一般是由一个主曲线、两个辅助曲线和主、辅曲线所夹两个辅助曲线和主、辅曲线所夹的直线段组合而成的复杂曲线。的直线段组合而成的复杂曲线。断臂曲线之害断臂曲线之害 C型曲线 n例：平原区某公路有两个交点间距为例：平原区某公路有两个交点间距为4797.54m，JD1=K7+231.38

15、，偏角偏角1=122420（左偏），半径（左偏），半径R1=1200m；JD2为右偏，为右偏，2=153250，R2=1000m。n要求：按要求：按S型曲线计算型曲线计算Ls1、Ls2长度，并计算两曲线主点里程桩号。长度，并计算两曲线主点里程桩号。21JD1JD2T1T2L1L2n例：平原区某公路有两个交点间距为例：平原区某公路有两个交点间距为407.54m，JD1=K7+231.38，偏角偏角1=122420（左偏），半径（左偏），半径R1=1200m；JD2为右偏，为右偏，2=153250，R2=1000m。n要求：按要求：按S型曲线计算型曲线计算Ls1、Ls2长度，并计算两曲线主点里程桩

16、号。长度，并计算两曲线主点里程桩号。解：解：（1）计算确定缓和曲线长度）计算确定缓和曲线长度Ls1、Ls2： 令两曲线的切线长相当，则取令两曲线的切线长相当，则取T1=407.54/2=203.77m 按各线形要素长度按各线形要素长度1：1：1计算计算Ls1： Ls1=R/2=12.2420/1801200/2=129.91 取取Ls1=130m 则则经计算得经计算得，T1=195.48m 212.06n 取取Ls2=150.90-20.02=150.86n 计算得，计算得， T2=212.06mJD1曲线要素及曲线要素及主点里程桩号计算主点里程桩号计算nR1=1200 Ls1=130 1=1

17、2.2420nT1=195.48 L1=389.82 E1=7.66 J1=1.14nJD1= K7+231.38nZH1=K7+035.90nHY1=K7+165.90nQZ1=K7+230.81nYH1=K7+295.72nHZ1=K7+425.72JD2里程桩号计算：JD2 = JD1+ 407.54 - - J1= 7231.38 + 407.54 - -1.14 = K7 + 637.7821JD1JD2T1T2L1L2HZ1ZH2nJD2 = JD1+ 交点间距交点间距 - - J1n = HZ1 + 曲线间直线长度曲线间直线长度 + T2LZXJD2曲线要素及主点里程桩号计算曲线

18、要素及主点里程桩号计算 T2=207.06 L2=422.21 E2=10.23 J2=1.91 JD2=K7+637.78 ZH2=K7+425.72 HY2=K7+576.58 QZ2=K7+636.83 YH2=K7+697.07 HZ2=K7+847.93nJD2 = K7 + 637.78nR2=1000 Ls1=150.86 2=15.3250JD2里程桩号计算：里程桩号计算：纵断面线形设计要点 纵坡均匀平顺起伏和缓坡长和竖曲线长短适当平面与纵断面组合设计协调填挖经济、平衡5.2 纵断面线形设计工程与环境道路通行能力车辆行驶速度5.2 纵断面线形设计纵坡极限值的运用纵坡极限值的运用

19、 p 坡长不宜过短，以不小于设计速度坡长不宜过短，以不小于设计速度9 9秒的行程为宜。秒的行程为宜。p 对连续起伏的路段，坡度应尽量小，一般应争取到规定值对连续起伏的路段，坡度应尽量小，一般应争取到规定值 的的1 12 2倍。倍。 p避免锯齿形纵断面避免锯齿形纵断面5.2 纵断面线形设计最短坡长最短坡长应选用较大的半径 暗凹路段暗凹路段5.2 纵断面线形设计竖曲线半径选用竖曲线半径选用 断背曲线的改善断背曲线的改善 断背曲线断背曲线 直线中短距离内直线中短距离内二次以上二次以上变坡会形成反复凸凹的变坡会形成反复凸凹的“驼峰驼峰”和和“凹陷凹陷”。短直线相邻竖曲线的衔接相邻竖曲线的衔接5.2 纵

20、断面线形设计n 纵断面上：避免能看到纵坡起伏纵断面上：避免能看到纵坡起伏三次三次以上。以上。浪形浪形长长直直线线内内多多次次变变坡坡锯齿锯齿形形路路段段长坡配长直线长坡配长直线5.2 纵断面线形设计平原、微丘平原、微丘山区沿河线山区沿河线越岭线越岭线山脊线山腰线山脊线山腰线各种地形纵坡设计各种地形纵坡设计纵断面线形设计一般原则纵断面线形设计一般原则p纵坡和竖曲线各项规定，控制点要求纵坡和竖曲线各项规定，控制点要求p根据设计速度、适应地形环境，反复调整根据设计速度、适应地形环境，反复调整p凹凸竖曲线的设计合理凹凸竖曲线的设计合理p连续上坡下坡要符合平均纵坡的影响连续上坡下坡要符合平均纵坡的影响p

21、长下坡不应接小半径凹形竖曲线或平曲线长下坡不应接小半径凹形竖曲线或平曲线p纵断面设计考虑排水要求纵断面设计考虑排水要求p回头曲线内不宜设竖曲线回头曲线内不宜设竖曲线p争取填挖平衡，移挖作填争取填挖平衡，移挖作填5.2 纵断面线形设计纵断面设计中的高程控制条件纵断面设计中的高程控制条件（一）路基对纵断面的控制 1、洪水位和地下水位对路基填土高度的要求 沿河及受水浸淹的路线，路基设计高程 路槽底距地下水或地表积水的高度5.2 纵断面线形设计（一）路基对纵断面的控制 2、特殊地区和不良地质地区路基对纵断面的控制 软土和泥沼地区多年冻土地区盐渍土地区风沙地区雪害地区5.2 纵断面线形设计（二）桥涵和通

22、道对路线纵断面的控制1、桥涵和通道要求的最低路基设计高程2、桥上及桥头路线的纵坡（三）隧道对路线纵断面的控制（四）平面交叉对路线纵断面的控制5.2 纵断面线形设计5.3 平、纵线形组合设计 会使道路设计者忽略自己的责任，在道路设计时只强调降低工程造价，而不注重为道路交通提供足够的安全保障。 在事故成因中的“人为失误和错误”，除少量事故是真正由于驾驶员粗心引起的以外，相当部分还与复杂困难的行驶条件有关，而困难的行驶条件则与道路设计以及养护有关。 国外学者在详细研究了1000多起事故后得到结论，那些通常被视为驾驶员的错误和失误导致的事故背后，隐含着40%左右的道路因素5.3 平、纵线形组合设计一、

23、视觉分析一、视觉分析1.视觉分析的概念和意义视觉分析的概念和意义 视觉分析视觉分析: 视觉心理视觉心理 出发研究出发研究 保持视觉的连续性，保持视觉的连续性， 舒适感舒适感 安全感安全感 视觉是连接道路与汽车的重要媒介。视觉分析是道路线形设计视觉是连接道路与汽车的重要媒介。视觉分析是道路线形设计的有效手段。的有效手段。对道路的空间线形对道路的空间线形周围自然景观周围自然景观沿线建筑的协调等，沿线建筑的协调等，5.3 平、纵线形组合设计2.2.视觉规律视觉规律 驾驶员视觉随车速变化规律：驾驶员视觉随车速变化规律：注意力集中和心理紧张程度注意力集中和心理紧张程度随车速的增加而增加。随车速的增加而增

24、加。 注意力集中点和视野距离注意力集中点和视野距离随车速增加而增加。随车速增加而增加。 视角随车速的增加而小。视角随车速的增加而小。 5.3 平、纵线形组合设计 3. 3.视觉分析方法视觉分析方法 道路透视图道路透视图: :线形线形. .全景全景. .复合复合. .动态动态等；等； 三维动画；三维动画； 虚拟现实系统。虚拟现实系统。5.3 平、纵线形组合设计5.3 平、纵线形组合设计5.3 平、纵线形组合设计1)应在视觉上能自然地诱导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性。2)平、纵面线形的技术指标应大小均衡，使线形在视觉上、心理上保持协调。3)合成坡度应组合得当，以利于路面排水和行车安全。4)注意

25、与道路周围环境的配合组合设计原则组合设计原则5.3 平、纵线形组合设计应在视觉上能自然地诱导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性应在视觉上能自然地诱导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性5.3 平、纵线形组合设计平、纵面线形的技术指标应大小均衡，使线形在视觉上、心理上保持协调平、纵面线形的技术指标应大小均衡，使线形在视觉上、心理上保持协调5.3 平、纵线形组合设计合成坡度应组合得当，以利于路面排水和行车安全合成坡度应组合得当，以利于路面排水和行车安全5.3 平、纵线形组合设计注意与道路周围环境的配合注意与道路周围环境的配合5.3 平、纵线形组合设计注意与道路周围环境的配合注意与道路周围环境的配合5.3 平、纵线形组合设计组合方法组合方法5.3 平、纵线形组合设计组合方法组合方法5.3 平、纵线形组合设计平纵线形组合的基本要求平纵线形组合的基本要求 （1）前四种的组合 （2）平曲线与竖曲线应相互重合，且“平包竖” （3）平曲线与竖曲线大小应保持均衡