淺談道路線形設(shè)計中卵形曲線的運用

李丹

（中國華西工程設(shè)計建設(shè)有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518029）

淺談道路線形設(shè)計中卵形曲線的運用

李丹

（中國華西工程設(shè)計建設(shè)有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518029）

在道路路線線形設(shè)計中，復曲線的運用多種多樣，但卵形復曲線的運用較少，具體卵形復曲線的形式要視地形、地物條件，技術(shù)標準要求等多種條件來選擇。以吉惠路路線線形設(shè)計為例，分析受地形與地物條件限制時，采用卵形復曲線進行設(shè)計的情況。

道路設(shè)計；卵形曲線；回旋線；運用

0 引言

道路路線線形設(shè)計中，道路的整體線形取決于道路中心線的線形。道路中心線由直線、圓曲線和回旋線組合而成，且運用較為廣泛。采用何種曲線形式，要視地形與地物條件、技術(shù)標準要求、曲線處導線布置方式、所選曲線半徑大小和個別地段特殊要求來選擇。例如，路線轉(zhuǎn)彎處內(nèi)側(cè)為高山、限制性用地或其他用地，外側(cè)為河流、特殊構(gòu)筑物等，這種地形就決定了曲線必須限定在某一范圍內(nèi)，而這個曲線大小（以半徑大小決定）又必須符合道路相關(guān)技術(shù)標準的要求。我國常用的道路中心線曲線種類包括單曲線和復曲線兩種類型。

單曲線是一個或多個交點處設(shè)一個半徑的曲線。單曲線包括簡單型單曲線、基本型單曲線和凸形單曲線三種類型，并可根據(jù)實際設(shè)計時的地形條件及技術(shù)標準要求考慮是否設(shè)置回旋線。復曲線則是指兩個或多個不同半徑或曲線形式徑向連接的曲線形式，其類型含同向復曲線和反向復曲線兩類。其中：同向復曲線分簡單型復曲線、基本型復曲線、卵形復曲線、復合型復曲線及C形復曲線五種；反向復曲線（S形復曲線）分簡單S形復曲線和基本S形復曲線兩種。從以上分類得知，曲線的種類繁多，但實際路線設(shè)計時，卵形復曲線及復合型復曲線運用較少，除非受實地地形、地物和其他特殊條件限制的地方，應結(jié)合路線相關(guān)設(shè)計標準要求，采用卵形復曲線或復合型復曲線。本文以下部分主要圍繞卵形復曲線進行展開討論。

1 卵形曲線

卵形曲線（見圖1）是指在兩個同向圓曲線徑向銜接或插入的直線長度不足時，用一條回旋線連接兩個圓曲線的組合曲線，其組合形式一般為直線+緩和曲線+圓曲線+緩和曲線+圓曲線+緩和曲線+直線的線形組合方式。

圖1 卵形曲線

從組合形式看，卵形曲線是由基本型單曲線（見圖2）衍生而成的，只是實際運用中，基本型單曲線運用較多，而卵形曲線受地形、地物和其他特殊條件限制，運用頻率較少。同樣,C形曲線（見圖3）也是基本型單曲線衍生而成的。C形曲線定義為同向曲線的兩回旋線在曲率為零處徑向銜接的形式。C形曲線連接處的曲率為0，相當于兩同向曲線中間直線長度為0，對行車和線形都有一定的影響，所以C形曲線在路段上只有在特殊地形下方可使用。

和C形曲線相比，卵形曲線也是同向的、兩個不同半徑的圓曲線相連的一種形式，而卵形曲線的特點在于，在兩個不同曲率半徑（分別是R1、R2）的圓曲線之間，用一條回旋線A進行過渡，而回旋線A的曲率半徑則是從R1過渡到R2，這樣，卵形曲線的兩圓曲線之間的過渡方式比C形曲線要好。在道路路線設(shè)計中，鑒于卵形曲線過渡方式好于C形曲線，行駛舒適度也優(yōu)于C形曲線，故實際設(shè)計中，在受地形、地物或其他特殊條件限制時，同向曲線應盡量避免C形曲線的出現(xiàn)，盡量用卵形曲線來調(diào)整整體道路中心線的線形設(shè)計。

圖2 基本型單曲線

圖3 C形曲線

圖4 三心卵形曲線

圖5 四心卵形曲線

理想的卵形曲線上的回旋線參數(shù)A不應小于該級道路關(guān)于回旋線最小參數(shù)的規(guī)定，宜在R2/2≤A≤R2界限之內(nèi)；兩圓曲線半徑之比，宜在0.2≤R2/R1≤0.8界限之內(nèi)；兩圓曲線的間距宜在0.003≤D/R2≤0.03界限之內(nèi)（R1為大圓半徑,R2為小圓半徑，A為回旋線參數(shù),D為兩圓曲線的內(nèi)移值之差）。

常用的卵形曲線也有多種形式，用一個回旋線連接兩個同向圓曲線的組合線形叫雙心卵形曲線。雙心卵形曲線其實就是最基本的卵形曲線（見圖1）。在雙心卵形曲線基礎(chǔ)上，再連接第三個同向圓曲線的組合線形，叫三心卵形曲線（見圖4）[1]。在三心卵形曲線的基礎(chǔ)上，再接第四個同向圓曲線的組合線形，叫四心卵形曲線（見圖5）。理想情況下，無論是多少個圓曲線用回旋線徑向連接，其回旋線參數(shù)及半徑大小均宜在道路相關(guān)設(shè)計規(guī)范限制范圍內(nèi)。

2 實 例

深圳外環(huán)高速深圳段工程吉惠路連接線（以下簡稱“吉惠路”），位于深圳市龍崗區(qū)六聯(lián)坪地街道。作為深圳外環(huán)高速公路（以下簡稱“深外環(huán)”）坪地樞紐立交與地方道路的連接線，路線自西向東受現(xiàn)狀地形、地物、地質(zhì)、環(huán)境的變化影響較大，而沿線經(jīng)濟發(fā)展速度非常快，往往規(guī)劃跟不上經(jīng)濟的發(fā)展。規(guī)劃吉惠路內(nèi)存在眾多民宅、廠房、高壓電力設(shè)備等工業(yè)與民用建筑物，路線走廊基本無大范圍調(diào)整可能，僅沿深外環(huán)南側(cè)布設(shè)，且盡可能與深外環(huán)坪地立交主線平行。總體線形較復雜，為連續(xù)卵形曲線組合及S形曲線組合（見圖6）。

圖6 吉惠路總體線形

道路設(shè)計起點至深惠公路交叉口路段，該段受地形、地物、環(huán)境影響較大，受限條件較多，設(shè)計時具體圓曲線半徑大小及回旋線長度均受到很大的限制，導致線形復雜多變。

第一個受限因素為：現(xiàn)狀橫坪路朗山高架橋。吉惠路設(shè)計起點線形與現(xiàn)狀橫坪路順接后，實施起點與現(xiàn)狀橫坪路朗山高架橋東端橋頭相接，因橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，毫無破損，且橋梁改造會造成項目投資過大，此次不用進行橋梁改造，保留使用，故設(shè)計時線位必須與高架橋線位吻合，以保證車輛行駛順暢。

第二個受限因素為：深外環(huán)。由于北側(cè)新建深外環(huán)線位占用部分現(xiàn)狀橫坪路，導致吉惠路銜接現(xiàn)狀橫坪路段道路線位必須南移，且保證與現(xiàn)狀車道數(shù)一致，才能保證現(xiàn)狀行車需求。

第三個受限因素為：深外環(huán)坪地立交L匝道。吉惠路線位繼續(xù)往東需與深外環(huán)坪地立交L匝道平交，加上朗山高架橋橋頭至L匝道段僅289 m，距離較短，參照《公路路線設(shè)計規(guī)范》（JTG D20—2006）[2]，該路段設(shè)置曲線大小及回旋線長度受到很大的限制。

第四個受限因素為：匯源公司用地。吉惠路線位繼續(xù)往東受北側(cè)深外環(huán)線位及南側(cè)的匯源公司用地影響，線位必需沿現(xiàn)狀橫坪路路中。考慮到深惠路交叉口處輔路需與深惠路平交，主線上跨深惠路，為盡量少占用或者不占用匯源公司用地，該段道路紅線寬度也受到極大限制。

第五個受限因素為：六聯(lián)路網(wǎng)規(guī)劃及國際低碳城規(guī)劃。從路網(wǎng)規(guī)劃角度考慮，深外環(huán)L匝道往東段吉惠路線形必須沿現(xiàn)狀橫坪路后才能繼續(xù)往東上跨深惠公路、惠鹽高速、深外環(huán)坪地樞紐立交A、B、C、D匝道及現(xiàn)狀石吉路，最終與現(xiàn)狀吉惠路平交，打通南北向及東西向的道路連接，以滿足吉惠路作為深外環(huán)坪地樞紐立交連接線的獨特功能。

受上述五大因素限制，結(jié)合《公路路線設(shè)計規(guī)范》（JTG D20—2006）[2],設(shè)計起點至深惠公路段必須設(shè)置連續(xù)4個同向圓曲線相接（見圖7），且組合為3個連續(xù)卵形曲線，即四心卵形曲線的形式才能滿足以上各種受限條件。

從圖7可知，吉惠路設(shè)計起點至深惠公路路段一共設(shè)置了3個卵形曲線徑向相接。吉惠路交點 JD1、JD2處圓曲線半徑分別為 R1=950 m、R2=325 m，且R1和R2之間設(shè)置一回旋線徑向相接，回旋線參數(shù)A1=160 m，則R1—A1—R2組合為單個卵形曲線；交點JD3處圓曲線半徑為R3= 2 500 m，R3與R2之間設(shè)置回旋線A2=150 m，則R2—A2—R3組合為單個卵形曲線；交點JD4處圓曲線半徑為R4=400 m，R4與R3之間設(shè)置回旋線A3=160 m，則R3—A3—R4組合為單個卵形曲線。上述3個卵形曲線徑向相接組合為四心卵形曲線。這種連續(xù)多個卵形曲線徑向相接的線形組合頗為少見，從行車的舒適度及交通安全方面分析，采用此種線形也較為不妥，同時也增加了施工的難度，尤其是對線形施工定位，形成一個重難點，對施工要求會更高。但由于吉惠路較為特殊，設(shè)計時受限條件過多而不得不采用連續(xù)多個卵形曲線徑向相接的組合線形。再結(jié)合《公路路線設(shè)計規(guī)范》（JTG D20—2006）[2],該路段連續(xù)卵形曲線線形由于限制因素過多，無法設(shè)置形成理想條件下的卵形曲線，此條件下，可依據(jù)相關(guān)規(guī)范要求增設(shè)超高及加寬來緩解行車的舒適度及安全度，亦可增設(shè)相關(guān)的標志標牌來引導駕駛員，以保證行車安全。

3 結(jié) 論

實例表明，在道路路線線形設(shè)計中，當受地形、地物、環(huán)境等多方因素影響時，單一的線形無法適應地形的變化，采用卵形復曲線，結(jié)合道路技術(shù)標準要求進行線形設(shè)計，提高了選線的自由度，解決了個別特殊地段的路線線形，使得路線更好地適應地形，更凸顯了卵形曲線的優(yōu)勢[3]，從而使道路在投入運營中得到更好的經(jīng)濟效益和社會效益。

[1]朱天璋.卵型曲線在高速公路設(shè)計中的應用[J].湖南交通科技，2002，28（1）：4-5.

[2]JTG D20-2006，公路路線設(shè)計規(guī)范[S].

[3]王大權(quán)，張先清.淺談卵形曲線在受限地形中的應用[J].低碳世界，2016（18）：：256-257.

U412.34

B

1009-7716（2017）03-0036-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.03.010

2017-01-16

李丹（1984-），女，廣東深圳人，工程師，從事城市道路設(shè)計工作.