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行业资讯

公路选线及定线设计

新闻时间:2019-10-16 文章来源:未知 文章作者:ztcjjt
1、概述
 
道路是一条三维空间的实体,它是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施所组成的线形构造物。一般所说的路线,是指道路中线的空间位置。路线在水平面上的投影称作路线的平面线形,由直线、圆曲线和缓曲线构成。路线设计是指确定路线空间位置和各部分几何尺寸的工作。为方便设计,路线设计分解为路线平面设计、路线纵断面设计和路线横断面设计,三者既相互配合,同时更要与地形、地物、环境、景观相协调。
 
        直线具有距离短、方向明确、线形易于布的优点,可作为平原区的主要线形要素。但过长的直线又易引起驾驶员的单调和疲劳,出现过高的车速,因此有必要避免使用过长的直线,并注意与地形、地物、环境相适应。
 
       在平面线形上,圆曲线是使用最多的基本线形。圆曲线在现场容易设置,可以自然地表明方向的变化。采用平缓而适当的圆曲线,即可引起司机的注意,又起到诱导视线的作用。圆曲线具有一定的半径,在透视图中的形状为椭圆。
 
       在直线和圆曲线之间或在不同半径的两圆曲线之间,采用曲率半径不断变化的缓和曲线以适应汽车驶轨迹。缓和曲线的作用是缓和人体感到的离心加速度的急剧变化,且使驾驶员容易做到均匀的操作方向盘,提高视觉的平顺度及线形的连续性。缓和曲线的曲率从为零渐渐地向某一定值变化,使圆曲线与直线平顺地衔接。
 
2、线路总体设计和选线原则与要点
 
2.1选线原则
        路线设计应在公路建设项目工程可行性研究报告所选定的路线走向和主要控制点的基础上进行。首先,要作出总体设计,这主要包括;确定地形类别和计算行车的速度,确定车道数以及城镇或其他路线连接线交叉的地点、方式等。总体设计为具体选线提出了要求、基本方向和规模,选线是总体设计的具体化,在选线时要注意掌握以下原则。
公路选线及定线设计_1
 
1)比选原则
       选线是一项技术性、综合性强,且复杂的工作,即使设计者主观上有完美的设想,也难免使实际线路存在不足,发现优劣的最佳途径,就是比较选择。在路线设计的各个阶段,应用各种先进手段,对路线方案做深入细致的研究,在多方案论证比选的基础上,选定路线最优方案。
 
2)安全原则
       公路的选线必须考虑在正常使用的情况下,不会有大的破坏。影响公路的自然因素很多,特别是滑坡、崩塌、软土等地质不良地段,应慎重对待。为确保公路安全,选线时应避让或选择合适位置,缩小穿越范围,并采取必要的工程措施。
 
3)均衡原则
       公路的造价随公路功能和技术指标的变化而变化。例如,为了良好的线形有些地段就需要多占农田,纵坡坡度设计较小,就需要增加填挖方数量等等。我们总是在道路的功能和指标与道路的造价和代价之间寻求一个平衡点,使对立的两个方面达到统—。不同时期人们有不同的均衡观念,现在许多人认识到在公路设计中,应充分考虑环境保护。
 
 4)协调原则
       公路不仅具有使用上的功能,而且具有美学和景观上的要求.协调是美的基本要素,公路内部之间以及内部与外部之间的协调是保证人们在生理上有安全感、舒适感的重要因素。其中内部协调是指纵面、平面线形视觉的连续性和纵面、平面立体协调;外部协调是指公路与周围环境景观的协调和宏观的路线位置与自然的协调。
 
 5)环保原则
      选线应重视环境保护,应尽量减小由于公路修筑以及汽车运行所产生的影响与污染。路线对自然景观与资源的影响,噪声对居民的影响等。
 
2.2自然因素与路线的相互影响
      自然条件对路线的影响因素很多,主要有地形、地质、气候、水文、土壤及植物覆盖等,这些因素可能引起公路的塌方、滑坡等,造成水土流失,土壤质量和地质条件的不稳定。因此,要分析这些因素对公路的影响,以确保公路的安全和自然环境的良好。
    
1)自然条件对路线的影响
       地形对路线的线形、技术标准和工程造价的影响较大,特别是在山区,由于高差大,坡陡弯急,为了满足公路的技术标准,就必然产生填挖土石方,人工构造物等。如高填方、隧道、挡土墙等,这在很大程度上影响了路线的走向和线形。
 
      地质条件也是影响线路的重要因素。公路的安全首先来自公路的稳定,公路的稳定又直。
 
       接受地质构造的影响,如遇不良地质现象(软土、泥沼等)就需要付出更大的代价,以保证路基的稳定。此外,不同的土石类型决定了土石方工程施工的难易程度和筑路材料的来源。水文地质反映了地下水的活动规律,地下水位的高度影响路基的干湿状态,也影响桥涵地基的稳定,特别是在桥位选择、孔径确定和防护工程、排水系统等方面,水文情况往往起着关键因素。
 
       土壤的性质又决定了路基的形状和尺寸.路基的边坡坡度应根据土的物理力学性质结合其他因素综合考虑,如粉质土和粘质土的物理力学性质不同,它们的密实程度不同,路堑所选择的边坡坡度就不同。同理,岩石的种类和风化程度不同,公路的工程量也会随之变化。地面植物覆盖影响暴雨的径流和水土流失程度,而流量的大小是控制桥涵孔径和其他排水设施设计的因素之一。
    
2)公路对自然环境的影响
       公路施工和养护都需要大量的水,并且对水的质量还有一定的要求,如路基压实、混凝土拌合、构造物的养护等,在我国一些水资源供需矛盾突出的地方,公路的施工对水资源会产生一定的影响。
 
       公路的修建会形成对原有水分循环路径的阻隔,如河道改置,从而造成下游来水减少,引起生态的变化。路线经过的河道也有可能受到路线的影响,产生冲刷、积水、漫掩,进而损坏农田。
 
       公路对土壤退化的影响主要原因是水土流失。在公路建设中,取地、借地、弃地会使土壤发生水迁移,机械迁移,植被受到破坏,这些变化会引起土壤质量的下降,造成土壤的理化特性和净化能力的减弱。自然条件与路线的相互影响是相辅相成的,彼此密切联系,并经常处于相互作用和不断变化的过程中。因此,在选线时应周密调查,综合分析各种因素,使它们的相互作用向着一个良性循环的方向发展。
 
2.3选线的方法与步骤
       选线是一个由总体到具体,由浅人深的过程。一条公路的起终点和中间控制点确定以后,可用多种方法把它们连接起来,为了选出一条最合理的路线,选线一般要经过三个步骤。
 
1)全面布局
全面布局主要是解决路线的基本走向,即在起点、终点和中间大控制点之间按选线原则寻求最合理的路线走向。例如:沿溪线可以走不同的河岸;越岭线可以展线或隧道穿越,每一种布局事实上就是提出了一种路线的基本走向,这一工作一般在视察时确定。路线布局是关系到公路“方向”的根本问题,否则线路选得再好,技术指标定得再恰当,仍然是一条不理想的线路。因此,布局前一定要认真分析和研究周围的地形、地质等自然条件,通过踏勘形成完整的立体自然模型,为全面布局提供必要的条件。
 
2)逐段安排
逐段安排是在路线的基本走向确定以后,进一步加密控制点,解决路线局部性方案的工作。即在大控制点间结合地形、地质、水文、气候等条件,逐步确定小控制点的过程。通过逐段安排,进一步选定能提高路线标准和降低工程造价的有利路线带.从而解决路线的局部方案。例如:沿溪线是一次跨河还是多次跨河;越岭线从垭口哪一侧展线下山等,这一工作是通过初步测量完成的。
 
3)具体定线
这是在逐段安排的小控制点之间,根据技术标准,结合自然条件,综合考虑平纵横三个方面因素,适当移动交点,进行穿线,具体定出路线中线位置的工作。具体定线在详测时进行。
 
       由此可见,选线是一个由粗到细的过程,只有布局合理,才能逐段安排到位;只有逐段安排恰当,才有具体定线的结果,从而形成一个统一的整体.它是根据技术指标、自然条件、建筑材料、施工条件、工程造价、养护条件、营运效益等综合考虑的结果。
 
3、定线
 
      公路定线是指在选线布局中确定的“路线带”范围内,根据技术标准结合地形、地质等条件,综合考虑平、纵、横三方面的合理安排,最终确定公路中线的确切位置。
 
      公路定线是公路测设中的关键,它不仅要解决工程技术、经济方面的问题,还要解决公路与周围环境的协调。以及工程技术标准、国家政策等因素的影响。因此,要求定线人员在把握定线技巧的基础上,充分了解公路的使用任务、性质和要求,吃透路线所经地区的地形、地质情况,通过几个设计方案的比选、反复试线才能在众多相互制约的因素中,定出一条最佳的路线设计方案。
 
      公路定线根据公路等级、要求和条件,一般有纸上定线、实地定线和航测定线三种方法;对技术等级高的、地形、地物复杂的路线,必须先纸上定线.然后把纸上所定的路线敷设到实地上;实地定线就是省略了纸上定线这一步,直接在现场实地定线,一般适用于公路等级较低和地形等条件简单的路线;航测定线是利用肮摄像片、影像地图等肮测资料,借助干航测仪器建立与实地完全相似的立体光学模型,在模型上直接定线。
 
3.1纸上定线
       纸上定线是指在大比例尺(一般1:1000和1:2000)地形图上确定公路中线的位置。
 
       公路定线按不同的地形条件,所要解决的重点不同。如平原微丘区的地形比较平缓,路线的纵坡一般不受高程限制,定线的重点是如何正确地绕越平面上的障碍,使控制点间的路线顺直短捷;山岭重丘地形复杂,高差大,横坡陡,定线的重点是如何利用有利地形,安排好纵坡,避免工程艰巨和不良地质地段。现以路线平、纵、横面受限制较严的越岭线为例,对纸上定线的方法与步骤阐述如下:
 
 1)拟定线路走向
       在大比例尺地形图上,根据路线的起、终点和中间控制点,仔细分析控制点间的地形、地质及地物情况,选择地势平缓、山坡顺直、河谷开阔及有利于回头展线的地点等,拟定路线各种可能的走向,完成路线的总体布局。
 
2)放坡试线
      设等高线间距为h,选用的平均坡度为i=5.0%~5.5%(视相对高差而定),则等高线平距a=h/i。如图1-6-1所示,从垭口A点开始,使两脚规的开度等于a(比例与地形图相同)。
 
       自上而下依次在等高线上截取a,b,c,…,等点,直至D点附近。如果放到D点时其位置和标高均接近D点,说明放坡试线方案成立,否则应调整或修改走向重新放坡试线,直至方案成立,将己定A,a,b,c…,D各点连成折线,称为均坡线。
 
3)定导向线
       根据已得到的均坡线,分析路线所行经地带的地形、地物及工程艰巨情况,选择出退让或绕越的中间控制点。如图1-6-1中均坡线在B处陡崖中间穿过,而且有利于设置回头曲线的C点也没有利用,为此必须将B和C两处定为中间控制点,调整B、C两处前后路线的纵坡,仿照上法在等高线上截取a′,b′,c′…各点,将A,a′,b′,c′…D各点连成折线,称为导向线。
公路选线及定线设计_2
 
4)修正导向线
       (1)根据导向线初步拟定出平面试线,注明平曲线半径,量出地形变化特征点桩号及地面标高,绘制概略纵断面团,设计纵坡,计算出各桩号概略设计标高。
 
公路选线及定线设计_3
 
      (2)曲线型法:此法适用于以曲线为主的连续线形。具体定线时仍以修正导向线为基础,但定线的过程与直线型法相反。即根据导向线受地形、地物控制的宽严程度,先用不同的圆弧分别去吻合曲线地段,定出圆曲线部分.然后在相邻曲线之间用合适的缓和曲线顺滑连接。若相邻圆曲线之间相距较远,可根据需要插入直线段,形成一条以曲线为主的连续平面线形。
 
  6)纵断面设计
        路线确定以后,量出路中心线穿过每一等高线的桩号及高程.绘制纵断面图,点绘地面线进行纵坡设计。
 
       纸上定线是一个反复试定线路的过程,平面试线的修改次数越多,最后所定路线的设计质量越高,直到认为再修改己得不到显著效果时,纸上定线工作才算完成。
 
3.2实地定线
       实地定线是指设计人员在现场直接完成定线,定线的原则与纸上定线相同,但定线条件改变。实地定线时,由于定线人员直接面对实际地形、地物、地质及水文等具体情况,因此要求定线人员有一定的选线经验,要不怕辛苦,不怕麻烦,要多跑、多看、多问,摸清路线所经地带的地形、地质等变化情况,反复试定线路,才能定出好的路线。现仍以山区越岭线为例,阐述实地定线的方法和步骤。
 
1)分段安排路线
       在路线全面布局中所拟定的主要控制点之间,根据地形、地质水文等情况,自上而下用粗略试坡的方法确定中间控制点,确定路线轮廓方案。
 
2)放坡
       放披是解决越岭线中的纵坡合理分配问题,实质上就是对路线设汁的限制因素,如最大纵
公路选线及定线设计_4
 
   按平均坡度放坡:根据《公路工程技术标准》规定的平均坡度值5.0%—5.5%(按相对高差而定).视具体地形确定适当的纵坡度,然后实地放坡。按平均坡度放坡只起到在一定长度范围内控制高差和水平距离的作用,优点是放坡速度快,但没有反映公路等级对平均纵坡的不同要求以及地形、地质变化的情况。
 
       按设计坡度放坡:根据《公路工程技术标准》规定的平均坡度恒5.0%—5.5%,结合地形、地质、水文等具体情况分段,合理地拟定纵坡,使放出的坡度基本上就是以后纵断面的设计纵坡。此法放坡时工作量大,但能使实地定线的准确性提高,一般的越岭线常用此法放坡。
 
        放坡一般从最高控制点(如垭口)开始,一人用带角手水准,对好选用纵坡的相应倾斜角度,立于控制点处,指挥前点人员手持花杆在山嘴、山坳等地形变化处、计划变坡处及顺直山坡上每隔一定距离定点,插上坡度旗,并在旗上注明选用的纵坡值。按上述方法定出的这些坡度点的连线.与纸上定线的导向线作用相同,也称导向线。放坡传递坡度时,耍估计平曲线的大概位置及半径,以便考虑纵坡折减。对拟定要跨的山沟和要穿的山嘴或山脊放要“跳”过去,否则会使放出的坡度与设计纵坡误差太大,苦难备对山沟或山嘴进行绕越,则坡度要放缓,距离要打一定的折扣。
 
3)与横断面进行核对
       放坡定出的坡度线(即导向线)主要是从纵坡安排方面考虑的,对路基稳定特别是横断面
上的填挖方数量考虑较少。因此,还应根据路基设计的要求,在坡度线上,选择横坡较陡或高填、深挖的特征点位置,定出横断面方向上相应特征点(如经济点、控制点、和路中线最合适的位置点)等,并插上标志。
 
4)穿线定交点
       根据放坡所定的导向线和插上标志的特征点进行实地穿线。穿线的应在满足平面线形要求的前提下,尽可能多地靠近或穿过导向线和各特征点,特别要注意穿过控制性严的点,裁弯取直,使路线平、纵、横三个面配合协调,穿出与地形相适应的若干直线,延伸相邻两条直线定出交点,即为路线的导线。穿线交点这一工作很重要,定线人员必须反复试插,多次修改,才能定出理想的路线。
 
5)设置平曲线
       路线导线确定以后,即可根据交点偏角及附近地形、地质等情况,确定合适的平曲线半径并敷设平曲线。
 
6)纵断面设计
       根据有关外业资料,绘制纵断面图,进行纵坡设计,详见第三章第五节。
      
       实地定线的纵坡设计,—般都是在平面已经确定的基础上进行的。虽然实地定线时,已充分考虑了纵面及横面的具体要求,但限于定线的经验、视野以及对所经地形、地质的了解程度,定出的路线难免会顾此失彼,存在着一定的局限性。因此,实地定线的室内纵坡设计,不仅要解决工程经济和技术标准问题.还要实现平、纵面线形的配合和协调,这就要求设计人员不断调整纵坡,通过反复试坡修改,才能取得满意的结果。
 
       在纵断面设计中.如果靠调整纵坡无法满足要求时,则应考虑调整平面线形。若平面线形改动不大,可根据已有路线导线和横断面资料,绘制带状平面图,通过纸上移线的办法解决;若因工程经济与平、纵面线形配合矛盾很大时.平面线形必须作重大的改动,此时应按定线的具体要求,通过现场改线,重新定出路线。
 
3.3纸上移线
1)纸上移线的条件
       在公路定线过程中,往往由于定线时考虑不周、地形条件限制或其他原因,难免产生因平面中线位置不当致使工程量过大、标准或线形不够理想等缺点。此时可在分析研究已定路线平、纵、横图纸资料的基础上,考虑移动路线,使设计达到经济合理的要求,它对提高设计质量,降低工程费用起着一定的作用。当路线设计出现以下情况时,应考虑纸上移线。
公路选线及定线设计_5
行。对纸上移线原因与情况,应在纸上移线平面图上作扼要说明。
 
2)纸上移线的方法和步骤
    (1)绘制移线路段大比例尺(一般采用1:200—1:500)路线平面图,注出交点编号、曲线起、终点以及各桩位置,如图1-6-5所示。
 
    (2)根据移线目的,在纵断面图上试定纵坡,算出各桩的填挖值。
 
    (3)根据纵断面图上各桩填挖值,在横断面图上找出各桩最经济或控制性的路基中心线位置。量出偏移原中心线的距离(即移距),分别用不同的符号标记在平面图上。
 
     (4)在保证重点照顾一般的原则下,参照平面图上标记,经反复试定修改,定出修改后的导线,即图1-6-5中虚线。用正切法算出各交点偏角,并使移线与原线角度闭合。拟定平曲线半径,计算平曲线要素,绘出平曲线。
公路选线及定线设计_6
     (5)根据移线起点与原线桩号里程的对应关系,推算移线后各新桩的桩号里程,算出长短链值,注在移线终点。
 
     (6)按各桩在平面图上的移距,在相应各横断面图上绘出移线后的中桩位置,并注明新桩号。   
 
     (7)根据横断面图上移线的后中桩处的相对高差,在原纵断面图上点绘移线后地面线(用虚线表示).重新设计纵坡及坚曲线,如图l-6-6所示。
 
     (8)设计路基横断面,并计算土石方数量,如图1-6-7所示。
公路选线及定线设计_7
 
3.4、平曲线半径选定
       无论是纸上定线还是实地定线,在路线定线后,定线人员还要根据路线交点实际情况,酌情选定平曲线半径。《公路工程技术标准》规定:各级公路不论转角大小均应设置平曲线。在选用平曲线半径时应与计算行车速度相适应,并应尽可能选用较大的平曲线半径,一般情况下,宜选用大于技术标准所规定的不设超高的平曲线半径,只有当受地形、地物或其他条件限制时,方可采用小于一般最小半径,不要轻易采用极限最小半径。
 
   平曲线半径的选定,除要与弯道本身所在位置的地形、地物条件相适应,使曲线沿理想的位置通过外,还要考虑与弯道前后的线形标准相协调。如在长而陡的坡道下端和长直线中间不宜插设小半径平曲线,以及在陡坡上设小半径平曲线要考虑纵坡折减的影响等。对平曲线交点的选定,在本章纸上定线与实地定线中已有阐述,现将平曲线半径选定的方法归纳加下:
 
1)根据外距控制半径
     (1)在交点附近有地物,平曲线线位受地形、地物制约时,其半径的选定通常可以用单交点法或双交点法解决,平曲线预期通过的理想线位,一般是结合现场实际予以首先确定.然后按平曲线要素几何关系来推算适应上述线位要求的相应半径值。对于转角不大.线位受限制不严的平曲线弯道,通常多采用单交点法,控制点位取曲线中点(QZ),根据预期中点线位至交点的实测距离E按下式计算。
公路选线及定线设计_8
取整  R=80m
      当R=80m,。a=46°38′时,外距E=7.11m,路面加宽值查《公路工程技术标准》为1m,能满足要求。
 
       如果单凭曲线中点(QZ)难以判断整个曲线是否与地形、地物全部吻合时,应补点进行复核。如上例应验核建筑物左上角是否阻碍路线,此时可自A点作切线的垂线交于A点,量得A至曲线起点(ZY)的距离x,然后按已定的平曲线半径R值,按切线支距近似公式y=x2/2R求得相应y值,从而定出曲线上对应点位P点,再根据PA间实有距离,即可判断路线能否通过,如有妨碍,则应重新调整半径,使之满足要求。
 
     (2)用外距控制线位高低或工程数量
       当路线相邻直线的等高线线位高程基本相同,此时平曲线部分的线位若能与相邻直线大致在同一高程上最为合适,若按此求得的平曲线半径值符合《公路工程技术标准》规定,则即为所求。此外,当路线绕越山嘴时,可按外距值的大小选择平曲线半径。其中E值越大,工程数量越大,具体选定半径可根据公路等级高低合理确定。
 
2)、用切线长控制半径
平曲线半径的选定,除受地形、地物制约外,有时还应考虑如何适应前后线形的要求。如当同向或反向曲线间直线长度较短时,为解决曲线敷设与衔接,通常采用限制切线长度的方法来推求平曲线半径,如图1-6-9a)。桥梁或隧道两端的曲线起、终点到桥头或隧道口应留有一定长度的直线段,如图1-6-9b).此时平曲线半径也应根据切线来选定。
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        对采用单交点法选定平曲线半径.一般应首先留出《公路工程技术标准》规定的直线长度(当反向或同向曲线径向连接时,直线长度D=0),然后选定出地形、地物控制较严的一侧曲线半径,再根据切线差反算相邻曲线半径,计算公式为
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       对复曲线半径的选定,一般应先定出受地形控制较严的一侧曲线半径,然后反算相邻曲线半径,要求曲线通过理想线位外,还应注意两相邻曲线的半径值不宜相差过多,其比值一般以不大于1.5倍为宜。
 
        例1-6-2  如图1-6-2,JD16为双交点曲线。已知aA=50°30′,aB=42°02′,AB=69.15m.试求平曲线半径。
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3)、用曲线长控制半径
       当已知交点偏角.其他条件不受限制时,如果平曲线半径选得过小,则曲线长度太短显然对行车不利。此时应用平曲线的最短允许长度来控制半径,其计算公式为
公路选线及定线设计_12
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