浅析既有高速公路平面线形拟合设计

文章编号:１０００Ｇ０３３X (２０２０)１０Ｇ０００１Ｇ０３
收稿日期:２０２０Ｇ０３Ｇ３０
作者简介:袁大伟(１９８４Ｇ
),男,陕西咸阳人,高级工程师,研究方向为公路建设与养护工程.浅析既有高速公路平面线形拟合设计
袁大伟
(中交第一公路勘察设计研究院有限公司,陕西西安㊀７１００７５
)摘㊀要:为了保证高速公路路面大修的平整度要求,提升公路技术状况评定指标,采用纬地道路设计软件对公路平面线形进行拟合优化设计.采用科学的方法对原有线形进行测量,以实测数据为基础,采用交点设计法进行公路平面线形拟合.结果表明,本文提出的针对既有高速公路调坡过程采用平面线形拟合的方法,可以优化设计数据,并为施工阶段提供精准的数据支撑,极大地提高了工作效率.
关键词:道路工程;路面大修;线形设计;拟合中图分类号:U ４１２．３４㊀㊀㊀文献标志码:A
A n a l y s i s o fP l a n eA l i g n m e n t F i t t i n g D e s i g no fE x i s t i n g E x p r e s s w a y
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r o v e t h e e v a l u a t i o n i n d i c a t o r so fh i g h w a y t e c h n i c a l c o n d i t i o n s ,t h eh i g h w a yp l a n ea l i g n m e n t f i t t i n g d e s i g
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nm e t h o db a s e d o n t h em e a s u r e d d a t a ．T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h em e t h o d p r o p o s e d i n t h i s p a p e r c a n o p t i m i z e t h e d e s i g nd a t a ,p r o v i d e a c c u r a t e d a t a s u p p o r t f o r t h e c o n s t r u c t i o n s t a g e a n d g r e a t l y i m p r o v e t h ew o r k e f f i c i e n c y
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o r d s :r o a d e n g i n e e r i n g ;p a v e m e n t o v e r h a u l ;a l i g n m e n t d e s i g n ;f i t t i n g ０㊀引㊀言
当前中国人均汽车保有量不断增加,给高速公
路的运行增加了负担.很多建设年代相对较早的高速公路都出现了或多或少的沉降,影响了高速公路的平整度,造成了安全隐患.在高速公路养护大修工程中,路面平整度是一项至关重要的控制标准,需要对某些沉降变化较大的路段进行调坡,而既有公路平面线形的拟合是进行调坡的先决条件.本文结合实际工程,探讨了采用纬地道路设计软件对既有
高速公路平面线形拟合的相关规则及方法[
１Ｇ４
].１㊀高速公路养护大修工程前期测量
某高速公路的设计行车速度为１００k m h
－１
,设置双向四车道,原设计横坡为２％.由于高速公
路所在地区软弱基层较厚,造成了该高速公路的一些路段在运行多年后产生了大幅沉降,致使路面出现纵向裂缝㊁横向裂缝㊁龟裂㊁坑槽等病害,严重影响了该高速公路的平整度,给公路行车安全埋下了隐患.综上,考虑到该高速公路的现状及运行安全,需要对沉降路段进行大修,使公路线形平顺,确保运行安全.由于该高速公路施工年代较早,原有的公路设计资料已经与实际情况不符,因此,在大修前需要对既有路面进行实地测量,收集高程及坐标数据.该养护大修工程前期测量采用G P S 测量工具;为了保证后期拟合的准确性,测量路段起㊁终点都要位于直线上,每隔２ ５m 一个断面,每个断面在路缘带边缘㊁超车道边缘㊁硬路肩边缘取３个测量点位.对
既有路面进行了详细的测量,断面测量点位置如图１所示.
１
图１㊀路面横断面测量点位
２㊀测量数据整理
通过G P S 测量工具获得公路平面线形,
由于该高速公路中分带有绿植,直接测量中桩坐标不切实际,因此在中分带两侧路缘带边线进行坐标测量.如何利用测得的数据获得平面线形的参数,是线形拟合过程中的一大难点,尤其是该高速公路的某些段落路面已经发生大幅沉降,实际线形与原设计已有差别.结合工程特点及测量数据收集方法,设计师采用间接法获得路线中桩位置的数据,将路缘带边缘测点坐标数据导入C A D 中,在整体式路基段落用直线将左右相近的２个路缘带测量点连接,最后连接直线中点,即为该段落中桩位置.对于分离式路基段落,将测量点依次连接,然后将线形偏离路缘带及半条中分带的宽度,即为该段落中桩位置.最后将中桩位置线形顺连,勾画出中桩平面线形的大致走向,为后期采用纬地道路设计软件拟合平面线提供详细㊁可靠的基础资料,如图２所示.
图２㊀测量数据处理
３㊀纬地道路设计软件拟合平面线形
公路平面线形主要由直线㊁圆曲线㊁缓和曲线３
种线性要素组成.«公路路线设计规范»(J T G
D ２０ ２０１７
)规定,圆曲线最大半径值不宜超过１００００m ,因此在拟合过程中,当曲率к＝１/R ɤ０ ０００１m －１时,
可以认为此时曲线上的点位于直线上.设计速度为１００k m h －１
,当圆曲线半径小于４０００m 时,直线与圆曲线相连时应设置缓和曲线过渡,且缓和曲线的最小长度为８５m .
平面线拟合的关键在于确定交点.本工程采用
直线相交法找到交点,即在数据处理后的C A D 图中找到圆曲线两边曲率小于０ ０００１m －１的直线段,再将两边直线延长相交,即为此处交点.采用纬地道路设计软件拟合平面线形具有很强的主观性,在拟合过程中需要不断地试算㊁修改,对设计人员的业务能力要求也高.J T G D ２０ ２０１７规定缓和曲
线㊁圆曲线㊁缓和曲线的长度宜大致接近,因此,本工程采用三分法大致确定直缓点㊁缓圆点㊁曲中点㊁圆缓点㊁缓直点曲线要素点位置,即确定圆曲线范围,将它等分为３份.三分法有效地避免了软件拟合中的主观盲目性,极大地减少了试算次数,使得拟合操作过程简单易行,如图３所示.
图３㊀三分法确定曲线要素点
本工程采用纬地道路设计软件中的交点设计法
拟合公路平面线形,即将１段圆曲线和前后２段缓
和曲线放在一起,作为交点曲线的基本组合,其中前部缓和曲线和后部缓和曲线既可以分别设置不同的长度及曲率半径过渡,也可以不设置,并且可以将相邻交点曲线组合起来.正是由于这样的组合,交点设计法可以用于公路主线各种线形组合的设计或者拟合,如对称与非对称㊁S 形㊁凸形㊁卵形㊁C 形以及回头曲线的设计.
根据大致确定的曲线要素点,初步得出圆曲线半径㊁两边缓和曲线的长度.纬地道路设计软件提供了常规通用计算方式㊁单圆曲线的切线反算方式㊁
２
对称曲线的切线反算方式等１１种交点法曲线设计计算方式.本工程采用最常用的S１＋R c＋S２模式,即前缓和曲线长度＋圆曲线半径＋后缓和曲线长度.首先绘出此处曲线的大致走向,然后对比测量点位置,调整S１㊁R c㊁S２的长度,直到圆曲线与测量点位置基本重合为止.但根据J T G D２０ ２０１７的规定,缓和曲线参数A１ʒA２不应大于２,且缓和曲线参数取值宜在R/３~R范围内,如图４所示.
图４㊀纬地道路设计软件操作界面
在常规S１＋R c＋S２模式下,任意的交点曲线组合都可以根据实际需要,输入各种曲线控制参数完成,即通过输入前端缓和曲线的长度㊁前端缓和曲线起点曲率半径㊁中间圆曲线的半径㊁后端缓和曲线的长度㊁后端缓和曲线终点曲率半径等数据,程序会自动判断本处交点曲线组合的类型,并完成该交点处曲线的计算设置与平面标注绘图.例如:本工程交点１处拟合时,在软件中输入S１＝２００m㊁R０＝９９９９m(代表半径无穷大)㊁R c＝１７５０m㊁S２＝２００m㊁R D＝９９９９m时,程序将会判断本交点的曲线组合为前端及后端带有长度为２００m的缓和曲线,中间设有半径为１７５０m的圆曲线,前端缓和曲线曲率半径由无穷大过渡到１７５０m,后端缓和曲线曲率半径由１７５０m过渡到无穷大.前端缓和曲线参数A１＝(R c S１)－１/２＝(１７５０ˑ２００)－１/２＝５９１ ６０８,后端缓和曲线参数A２＝(R c S２)－１/２＝(１７５０ˑ２００)－１/２＝５９１ ６０８,满足A１ʒA２不大于２且A１㊁A２取值在R c/３~R c范围内的要求.
４㊀拟合平面线形检查
拟合的平面线形需要重点检查圆曲线段落超高设置及缓和曲线长度.J T GD２０ ２０１７规定,设计速度为１００k m h－１时,若圆曲线半径不小于４０００m,
可不设置超高,正常设置横坡;缓和曲线长度不应小于超高过渡段长度,且不小于J T G D２０ ２０１７规定的长度最小值.因此,该工程平面线拟合后,设计师采用对比法,即根据圆曲线段落实测横断面高程算出实际横坡值,然后根据实际横坡值确定该段落是否存在超高设置,判断该圆曲线段落拟合数据是否符合实际.如果圆曲线段落确实设置了超高,设计师需根据实际横坡确定该段落横坡过渡值,然后结合J T G D２０ ２０１７规定的超高渐变率,算出超高过渡段长度,再对比拟合数据,判断该段落缓和曲线长度是否满足超高过渡要求.
５㊀结㊀语
结合实际工程讨论了在高速公路养护大修中,采用纬地道路设计软件拟合既有路面平面线形的方法及原则.前期测量数据决定了后期拟合线形的准确性.本工程测量段落起㊁终点均位于直线上,现场所选断面测点均容易标记,测量断面间距密集,易于勾画出路线的实际走向.详细㊁有效的测量数据处理对于线形拟合至关重要,本工程采用间接法获得中桩点位置,并勾画出中桩大致走向的测量数据处理方法,给后期线形拟合过程提供了详细及客观的基础资料.
在路线拟合过程中,本工程采用三分法大致确定曲线要素点位置,避免了采用软件拟合的主观盲目性,极大地减少了试算次数,使得操作简单易行.使用纬地道路设计软件拟合线形,系统可以直接输出线形的各种曲线要素,极大地减少拟合后的线形数据编辑整理工作量,后期数据处理过程中产生的误差也得到了改善.拟合的线形需要重点检查圆曲线段落的超高设置及缓和曲线长度.本工程采用对比法,结合实际测量数据和J T G D２０ ２０１７有关规定,判断拟合线形是否与公路实际横坡变化保持一致.
参考文献:
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[责任编辑:谭忠华]
３。