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1、,现代道路设计,长沙理工大学 交通运输工程学院 桂 岚,平面线形设计,平面线形及其设计要求 平面线形直线型设计方法 平面线形曲线型设计方法概述 曲线型设计方法之一曲直法 曲线型设计方法之一积木法,一.平面线形基本要素及其设计要求1.直线特点 直线路线短捷，行车方向明确； 直线线形简单，测设容易； 过长的直线线形呆板，行车单调，容易使驾驶员产生疲劳，容易发生超车和超速行驶，行车时难以估计车辆之间的距离，夜间行车容易产生眩光等等，这些都是影响行车安全的不利因素。 直线线形呆板，布设时难以与地形及周围环境很好地协调。,1.平面线形及其设计要求,直线的运用 1) 不受地形、地物限制的平坦地区、沙漠地区
2、、山间开阔谷地； 2) 市镇及其近郊或方正的耕作区等规划以直线条为主体的地区； 3) 高路堤、长大桥梁、隧道等路段； 4) 路线交叉点前后、收费站前后； 5) 双车道公路提供超车的路段。,1.平面线形及其设计要求,直线的运用注意的问题 1) 直线路段路线纵坡不应过大； 2) 平面直线最好与纵面大半径的凹形竖曲线组合； 3) 直线路段两侧地形过于空旷、景观单调或变化较少时，宜采取植不同的树种或设置合理的建筑物等措施改善公路沿线的景观，保证行车安全、舒适； 4) 长直线或长下坡尽头的平曲线，除曲线半径、超高、视距等必须符合规定要求外，还必须采取设置交通标志、增加路面抗滑能力等安全措施；,1.平面线
3、形及其设计要求,直线的运用注意的问题 5) 直线长度既不宜过长，也不宜过短，尤其是同向平曲线之间不得设置短的直线。按公路路线设计规范规定，最大的直线长度为设计车速的20倍左右为宜，而最短的直线长度反向曲线间2倍设计车速（以km/h取计）、同向曲线间取6倍设计车速（以km/h计）为宜。,1.平面线形及其设计要求,一.平面线形基本要素及其设计要求2.圆曲线特点 圆曲线上任意点的曲率半径R为常数，故测设比较简便； 汽车在圆曲线上行驶要受到离心力作用，并需要多占宽度； 汽车行驶在圆曲线内侧，驾驶员视线受到路堑边坡或其他障碍物的影响，视距条件较差，容易发生事故； 采用较大半径的长缓圆曲线，具有线形美观、
4、顺适、易于适应地形和环境、行车舒适等特点。,1.平面线形及其设计要求,应用圆曲线的关键是如何选择合理的圆曲线半径和长度，一般情况下应遵循如下几点： 1) 在适应地形的情况下应尽量选用较大的曲线半径； 2) 半径的选定要根据路线走向、地形地物约束情况及线形组合要求等，采用切线长、外距、曲线长等进行反算，然后对照规范规定进行取舍； 3) 一般情况下宜采用极限最小半径的48倍或超高为2%4% 所对应的圆曲线半径值； 4) 地形条件特别困难时，可使用极限最小半径； 5) 对于高等级公路，圆曲线半径除满足上述要求外，最好还要满足视觉舒适的最小半径，以保证线形美观、协调和行车视觉舒适。,1.平面线形及其设
5、计要求,应用圆曲线的关键是如何选择合理的圆曲线半径和长度，一般情况下应遵循如下几点： 6) 选取圆曲线半径时应考虑与前后线形要素之间的相互协调，使得整条平面线形连续、均衡； 7) 圆曲线应与纵面线形相配合，必须避免小半径曲线与陡坡相重合的情况。一般竖曲线半径为平曲线半径的1020倍左右为宜； 8) 圆曲线长度除应满足相应公路等级的规定要求外，还应照顾与缓和曲线长度之间的关系，以保证线形的协调和均衡。一般建议缓和曲线长度Ls与圆曲线长度Ly的关系为1：1：1或1：2：1为宜。,1.平面线形及其设计要求,一.平面线形基本要素及其设计要求3.缓和曲线作用 1)线形缓和。 2)行车缓和。 3)超高和加
6、宽缓和。,1.平面线形及其设计要求,一.平面线形基本要素及其设计要求3.缓和曲线 基本性质rl=A2 (rl=C) 极坐标方程式 式中：r 回旋线上某点的曲率半径（m）； l 回旋线上某点到原点的曲线长（m）；A 回旋线的参数。A表征回旋线曲率变化的缓急程度。,1.平面线形及其设计要求,缓和曲线应用注意的问题 1)线形缓和在线形设计中应作为主要线形要素加以利用。 2)回旋线长度应随圆曲线半径的增大而增大 3)在确定回旋线参数时，应在下述范围内选定：,1.平面线形及其设计要求,缓和曲线应用注意的问题 4)当圆曲线部按规定设置超高或加宽时，缓和曲线长度应大于或等于超高过渡段或加宽过渡段长度 5)缓
7、和曲线除应满足要求的最小值外，考虑线形组合要求，Ls:Ly:Ls=1:1:1或1:2:1为宜，以保证线形组合的协调、均衡,1.平面线形及其设计要求,二.平面线形组合类型及其设计要求 （一）基本型按直线-回旋线-圆曲线-回旋线-直线的顺序组合的线形。适用场合：交点间距不受限。 设置基本型的几何条件：=20 (为路线转角，0为缓和曲线角),1.平面线形及其设计要求,二.平面线形组合类型及其设计要求 （一）基本型按直线-回旋线-圆曲线-回旋线-直线的顺序组合的线形。适用场合：交点间距不受限。 设置基本型的几何条件：=20 (为路线转角，0为缓和曲线角)从线形的协调性出发，宜将回旋线、圆曲线、回旋线之
8、长度比设计成1：1：1。,1.平面线形及其设计要求,二.平面线形组合类型及其设计要求 （二）S型两个反向圆曲线用两段反向回旋线径相连接的组合形式。适用场合：交点间距受限（交点间距较小）。,1.平面线形及其设计要求,二.平面线形组合类型及其设计要求 （二）S型两个反向圆曲线用两段反向回旋线径相连接的组合形式。适用场合：交点间距受限（交点间距较小）。 适用条件： （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 （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
9、重合段的长度应符合下式：,1.平面线形及其设计要求,式中：l反向回旋线间短直线或重合段的长度。,二.平面线形组合类型及其设计要求 （二）S型（3）S型两圆曲线半径之比不宜过大，宜为,1.平面线形及其设计要求,式中：R1大圆半径（m）；R2小圆半径（m）。,二.平面线形组合类型及其设计要求 （三）卵型 用一个回旋线连接两个同向圆曲线的组合。适用场合：交点间距受限（交点间距较小）。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：,1.平面线形及其设计要求,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：,二.平
10、面线形组合类型及其设计要求 （三）卵型 （3）两圆曲线的间距，宜在下列界限之内：,1.平面线形及其设计要求,式中：D两圆曲线最小间距（m）。,二.平面线形组合类型及其设计要求 （四）凸型 在两个同向回旋线间不插入圆曲线而径相衔接的组合形式 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,1.平面线形及其设计要求,二.平面线形组合类型及其设计要求 （五）复合型 两个以上同向回旋线间在曲率相等处相互连接的线形。 两个回旋线参数之比宜为：A2：A1 1：1.5 复台型回旋线除了受地形和其它特殊限制的地方外一般很少使用，多出现在互通式立体交叉的匝道线形设
11、计中。,1.平面线形及其设计要求,二.平面线形组合类型及其设计要求 （六）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，也就是R= ，相当于两基本型的同向曲线中间直线长度为0。 适用场合：交点间距受限（交点间距较小）。C型曲线只有在特殊地形条件下方可采用。 适用条件：同卵形曲线。,1.平面线形及其设计要求,一.直线型设计方法的基本原理,2.平面线形直线型设计方法,二.直线型设计方法的步骤纸上定线 实地直接定线,2.平面线形直线型设计方法,三.曲线计算和敷设 基本公式：,2.平面线形直线型设计方法,四.直线型设计方法的不足直线型设计方法难以合理充分运用圆曲线和缓和曲线
12、直线型设计方法难以处理复杂多变的几何线形数。 直线型设计方法确定的线位难以满足地形地物约束条件,2.平面线形直线型设计方法,一.曲线型设计方法,3.平面线形曲线型设计方法概述,二 .曲线型设计方法的特点1.定线过程中，不再利用导线控制路线的走向，而是在大比例地形图上，绘制光滑连续的曲线，或用直线、圆弧来控制路线的位置，然后利用回旋线光顺连接直线和圆弧或者圆弧和圆弧，从而构成流畅多变的以曲线为主的组合线形。2.直线型设计方法中，直线起控制路线走向的作用，它是平面线形构成的主要单元。曲线型设计方法中，直线、圆曲线、缓和曲线被视为同等重要的线形加以利用。尤其是缓和曲线，已不仅为缓和行车而设置，而是作
13、为主要的线形要素加以灵活运用，使得线形的平顺程度大大提高，并且增加了结合地形布置路线的自由度，提高了平面线形视觉的协调性，易于布设出技术经济合理的线形。,3.平面线形曲线型设计方法概述,二 .曲线型设计方法的特点3.曲线型设计方法敷设平面线形能够较好地满足约束条件。立交匝道尤其是城市立交匝道平面布线，受到地形、地物的严格限制，采用导线控制线位时，选择的曲线参数难以满足多个约束条件（包括地形、地物、规范要求等），往往会造成不必要的拆迁。而利用曲线型设计方法，先结合地形、地物约束情况构筑线形骨架，再选取适当的回旋曲线进行连接，使得整个线形能较好地满足各方面的限制条件。,3.平面线形曲线型设计方法概
14、述,二 .曲线型设计方法的特点4 采用曲线型设计方法进行线形设计，能够增进道路线形本身的美观，增强线形与环境方面的协调性，同时有利于交通事故的降低。日本道路专家认为：平曲线相连可提高视觉上的舒适感 ，但曲线较直线投资要多，也可能增加设计上的一些麻烦，中央分隔带的排水设施也会增加一些建筑费用，但增加这些费用的损失，由于以曲线为主的舒适性优点多而得以弥补。事实上，以曲线为主的平面线形，定线时能较好地与地形、地物相配合，减少土石方量。同时曲线能较好地与风景相协调，使沿线景观优美，曲线方向富于变化，驾驶员行车注意力集中，交通事故减少。,3.平面线形曲线型设计方法概述,二 .曲线型设计方法的特点5.根据
15、曲线型设计方法的基本原理不难看出，这种设计方法主要应用于以下几种情况：第一，用于山区地形线形布设；第二，地物约束较严格处；第三，用于曲线成分占多数的山区高等级公路的平面线形设计；第四，互通式立交匝道线形设计；,3.平面线形曲线型设计方法概述,三 .曲线型设计方法的理论依据及其发展概况1.理论依据 第一，汽车行驶理论对线形设计的要求 第二，视觉原理对线形设计的要求 第三，环境美学对线形设计的要求 第四，大而平缓的曲线更能适应高速行驶的要求。另外，山区公路由于受地形的限制，客观上使得曲线的比例较大因而采用以曲线为主的设计方法已势在必行,3.平面线形曲线型设计方法概述,三 .曲线型设计方法的理论依据及其发展概况2.发展概况 山区高等级公路和道路立交大量兴建，线形质量、环境要求以及布线条件的约束，逐渐显示出直线型设计方法应用的不足,3.平面线形曲线型设计方法概述,曲直法 拟合法 积木法 综合法 弦切线法 闭合导线法 BP神经网络法 详见吴国雄，王福建公路平面线形曲线型设计方法 人民交通出版社 2000,4.曲线型设计方法,
