跨線橋下可不滿足平包豎要求的平縱組合線型研究

岳 川

(長安大學(xué)公路學(xué)院 陜西 西安 710000)

跨線橋下可不滿足平包豎要求的平縱組合線型研究

岳 川

(長安大學(xué)公路學(xué)院 陜西 西安 710000)

本文在總結(jié)已有研究的基礎(chǔ)上，就跨線橋下可不滿足平包豎的道路線形指標進行了理論分析與研究，主要從滿足排水要求和視線引導(dǎo)兩個方面對跨線橋下的凹形豎曲線進行了考慮，得出了這兩種情形各設(shè)計速度下可不滿足平包豎條件的凹形豎曲線的最小半徑，最后通過比較分析得出了跨線橋下可不滿足平包豎的最低指標。

跨線橋；平包豎；凹形豎曲線；排水要求；視線引導(dǎo)

一、研究背景

跨線橋是公路線型中的一種上跨結(jié)構(gòu)，跨線橋下縱斷面線型一般以直線和凹形豎曲線為主，平面線型可以是直線，也可以是曲線，平縱組合線型控制的因素主要有兩個，一個指線形在力學(xué)與行車軌跡中是否可以保證行車安全的要求，另一個指線形的工程設(shè)計的合理性與排水的順暢性。

一般道路設(shè)計速度愈高，線形指標要求越高。當(dāng)設(shè)計速度大于60km/h時，就必須注重平縱組合的合理性，使線形保持連續(xù)均衡、安全舒適，各項指標均衡協(xié)調(diào)，道路景觀滿足視覺誘導(dǎo)條件，當(dāng)?shù)缆吩O(shè)計速度小于40km/h時則首先要以保證行車安全為前提，在此前提下盡量保證各線型指標的合理運用，并盡量避免不利的組合，防止事故發(fā)生。

在跨線橋下線型的研究中，早在上世紀90年代，我國的陸錫銘、宣道光等人就對跨線橋下的凹形豎曲線的線型設(shè)計與視距驗算等問題進行了研究。之后，又陸續(xù)出現(xiàn)了跨線橋下接觸網(wǎng)施工方法與信號優(yōu)化設(shè)計的研究，國外雖對這方面也做了不少的研究，但也都是針對視距、協(xié)調(diào)性和駕駛安全等單項因素或幾項因素進行的研究，缺乏系統(tǒng)的分析和歸納，針對跨線橋下可不滿足平包豎要求的組合線型的研究基本未見相關(guān)文章見刊。

所以，本文將在現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)規(guī)范指標與實際研究數(shù)據(jù)，對這個問題進行綜合的分析研究，總結(jié)出跨線橋下可不滿足平包豎情況下的線型指標。

二、豎曲線設(shè)置特點及平包豎問題分析

豎曲線設(shè)計的過程要受很多因素的制約，豎曲線最小半徑和最小長度主要由三個限制因素決定，即緩和沖擊、保證行駛時間不過短和滿足視距要求。通過計算比較影響豎曲線最小半徑的三個限制因素，可計算出凹形豎曲線最小半徑如表1所示。

表1 橋下凹形豎曲線滿足停車視距的最小半徑

平曲線與豎曲線的組合中，平曲線應(yīng)包含豎曲線，且平曲線應(yīng)比豎曲線稍長一點，這種組合的優(yōu)點在于當(dāng)車輛駛?cè)胴Q曲線的變坡點前，能看清平曲線的起始端，明確轉(zhuǎn)彎的方向，不至于因錯誤的判斷而導(dǎo)致事故的發(fā)生。所以，保持平豎曲線大小的均衡對于路線設(shè)計的合理性尤其重要。平豎曲線如果大小不平衡，會給駕駛員帶來不舒適甚至不愉悅的駕駛感覺，從而在生理上失去視覺的均衡性。一般根據(jù)經(jīng)驗，當(dāng)平曲線半徑不大于1000m時，豎曲線的半徑為平曲線的10～20倍時便能達到線形指標的均衡。

在環(huán)境比較良好、地形起伏不大的情況下，道路的線形也比較平緩，小半徑平曲線與坡差較大的縱斷面組合的線形也相應(yīng)較少，此時，平曲線中包含多個豎曲線或豎曲線稍長于平曲線也可以滿足設(shè)計要求。另外，合成坡度是排水的重要影響因素，合成坡度過小會導(dǎo)致排水不利，從而對行車產(chǎn)生不利影響，冬季結(jié)冰期時甚至?xí)斐墒鹿拾l(fā)生。根據(jù)《標準》規(guī)定，合成坡度的最大允許值應(yīng)小于8%，最小值應(yīng)不小于0.5%。

當(dāng)平豎曲線能做到平包豎時，組合后的立體線形便能自然地引導(dǎo)駕駛員視線，保持視覺的連續(xù)性，駕駛員能明確前方路線走向，操作從容，不易發(fā)生事故，滿足合成坡度和排水要求，路面排水順暢，不積水，對高速行車的安全有利，道路立體線形美觀、流暢，能給駕駛員輕松愉悅的駕駛環(huán)境和感受，有利于緩解駕駛員的駕駛疲勞，減少因疲勞引發(fā)的交通事故。

因此平縱組合設(shè)計的主要任務(wù)是調(diào)整縱斷面線形，使之與平面線形組合良好，為了保證平縱面線形指標大小的均衡，一般選用大于規(guī)范中所規(guī)定的一般最小半徑作為豎曲線半徑的指標，同時將豎曲線完全布設(shè)在平曲線內(nèi)，不得將豎曲線一部分布設(shè)在直線段內(nèi)，而另一部分布設(shè)在曲線段內(nèi)。

三、跨線橋下豎曲線可不滿足平包豎的技術(shù)指標

(一)從滿足排水要求的角度分析

在道路設(shè)計中，道路路面積水對交通的影響較大，如果路面因設(shè)計不當(dāng)而長期積水，會導(dǎo)致車輛在行駛過程中出現(xiàn)打滑甚至側(cè)翻等危險。因此，在道路設(shè)計的各個階段都應(yīng)考慮相關(guān)設(shè)計指標對排水的影響。其中，主要從平面線型和縱斷面兩個方面來考慮。

在平面線型中，當(dāng)路線的圓曲線半徑大于等于可不設(shè)超高的最小半徑時，可按照直線路段的標準設(shè)置雙向橫坡，同時，為避免地面水浸入路基而對其穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，按照公路路線設(shè)計規(guī)范的規(guī)定應(yīng)保證道路最小縱坡不小于0.3%，一般情況下最好保證大于0.5%為宜。在超高過渡段中，對于繞道路內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)的類型，道路外側(cè)邊緣線不斷上抬，逐漸從向外傾斜的狀態(tài)過度到向內(nèi)側(cè)傾斜的狀態(tài)，為保證排水的順暢，常規(guī)設(shè)計中一般根據(jù)要求超高漸變率要大于1330。從總體上看，合成坡度是保證排水順暢的決定性因素，按規(guī)范要求合成坡度一般要求不宜小于0.5%，小于0.5%時應(yīng)采取綜合措施保證排水。

跨線橋下線型為凹形豎曲線，凹形豎曲線變坡點的縱坡零點處容易造成排水不利，如果平曲線的起點或者S型曲線的超高轉(zhuǎn)折點與豎曲線的變坡點重合時，將導(dǎo)致排水更加不利，甚至造成路面積水的情況。所以，對于一般的曲線組合路段，超高是影響路面排水的一個重要因素。一般路段上的縱坡保持在“+2%～-2%”之間，如果路面橫坡過小，將無法保證地表水的盡快排除。因此,為保證路面排水的順暢，不論縱坡大小，都應(yīng)保證路拱橫坡在一個較大的值。

在平豎曲線組合的情況，一般在直線路段通過設(shè)置路拱就能解決排水問題，而在彎坡組合路段，如果平曲線半徑能滿足不設(shè)超高的圓曲線半徑，就能通過設(shè)置路拱的形式解決排水問題。此時，只要任意橫斷面的路拱橫坡度都大于等于2%，無論坡度如何變化，任何情況下的平縱組合均能滿足排水要求。

因此，通過分析，各設(shè)計速度下可不滿足平包豎的豎曲線最小半徑設(shè)置如表2所示。

表2 平縱面組合不考慮排水要求的平曲線最小半徑

(二)從視線引導(dǎo)角度分析

停車視距是各級公路對應(yīng)條件下保障行車安全的重要因素和路線幾何設(shè)計的主要依據(jù)。各國對停車視距的規(guī)定有所不同，其值如表3所示，我國對停車視距的規(guī)范值參照日本的標準的基礎(chǔ)上提出了保障橫向凈距的措施，但對各公路等級下對應(yīng)的橫向凈距未作定量規(guī)定。

表3 各國停車視距規(guī)范值

對停車視距的影響因素包括上下坡道對車速的影響，小汽車與重型汽車車速差異的影響，交通量的影響等。各國在綜合考慮上述標準后制定了自己的標準，一般以滿足小汽車的要求為標準確定停車視距。

歐美部分國家考慮到夜間高速行駛安全的要求，采用車前燈照視距離作為凹型豎曲線最小半徑的驗算依據(jù)，而我國對凹型豎曲線最小半徑的取值與日本類似，一般依據(jù)車前燈照視距離和行車舒適感兩個標準來確定，同時以行車舒適感來進行驗算。根據(jù)標準規(guī)定，我國在停車視距計算時目高取值1.2m，物高取值0.1m，前燈上仰角為1°。按小汽車車前燈照視距離要求計算凹曲線最小半徑如表4。

表4 小汽車車前燈照視距離要求計算凹曲線最小半徑

對于跨線橋下的凹形豎曲線，當(dāng)豎曲線位于平曲線起點時，若豎曲線半徑過小，駕駛員在到達底部前，無法識別前方路線的走向，平縱面組合無法引導(dǎo)駕駛員的視線，尤其在夜間行車時，還存在燈光照射問題，對視線的影響更加嚴重。駕駛員在行駛時，更多的時候需要正確識別路況、路線走向、路側(cè)狀況、路段及其它車輛的行駛狀態(tài)和速度等來進行操作的決策，所以路段的視距應(yīng)滿足駕駛員識別需要的視距，而不是停車的距離。

對于跨線橋下凹形豎曲線，在不考慮跨線橋?qū)σ暰嘤绊懙那闆r下，如果豎曲線的半徑足夠大，滿足識別視距的要求時，就不存在駕駛員視線引導(dǎo)的問題。對于凹形豎曲線，主要考慮夜間豎曲線半徑滿足燈光照射的要求，夜間駕駛員的注視點多為路面標線，所以在計算過程中取物點高為0。根據(jù)夜間燈光照射下凹形豎曲線最小長度與視距的關(guān)系[5]，可以得到如下關(guān)系：

(4)

式中：ST——識別視距(m)； ω——坡差； h——車前燈高度，取0.75m； σ——車前燈光束擴散角，取1.5°。

根據(jù)豎曲線半徑和豎曲線長度的關(guān)系換算并將數(shù)據(jù)代入公式得：

(5)

通過計算得出滿足夜間行車識別視距的凹形豎曲線最小半徑如表5所示。

表5 滿足識別視距的凹形豎曲線半徑

比較可得跨線橋下可不滿足平包豎的曲線最小半徑取值如表5所示。

四、結(jié)論

路線是一條三維空間線形，在道路設(shè)計過程中，除需考慮平縱斷面的各項技術(shù)指標滿足設(shè)計要求外，還必須綜合考慮路線環(huán)境的條件，對路線進行展線。在行車過程中，駕駛員需要對前方路段的道路交通情況進行觀察和了解，并做出正確的判斷與合理的操作，隨時適應(yīng)新的行車條件。不管在直線路段還是曲線路段，由于駕駛員的視線均是直線，因此，應(yīng)盡量使路線的線型順暢、舒適，以保證行車安全。如果道路的線型組合不協(xié)調(diào)，駕駛員在行駛過程中就會因為視線原因產(chǎn)生視覺障礙，從而導(dǎo)致事故的發(fā)生。

通常情況下，道路線型設(shè)計一般要滿足平包豎，即平曲線包含豎曲線能讓線型舒順、協(xié)調(diào)，并容易滿足各項線型指標，但很多時候要嚴格滿足這樣的線型要求通常很困難，尤其在地形起伏的山區(qū)地形中，將遇到許多平曲線與豎曲線組合的情況，所以本文從不滿足平包豎的角度出發(fā)，以跨線橋下的凹形豎曲線為對象，論證了可不滿足平包豎的情況。通過規(guī)范符合性分析，主要從路面排水與識別視距兩個方面進行了論證：

1、圓曲線半徑大于不設(shè)超高的圓曲線半徑時，在整個曲線路段均設(shè)置雙向路拱，此時無論縱坡大小如何，任何情況下的平縱面組合均能使路面合成坡度大于等于路拱橫坡，從而滿足排水要求。

2、當(dāng)豎曲線的半徑足夠大，滿足識別視距時，則不存在引導(dǎo)駕駛員的視線的問題，同時也能使駕駛員作出正確的操作決策。

[1]道路平縱線形組合設(shè)計原則_秦緒忠

[2]道路勘測設(shè)計(第三版)_楊少偉

[3]平包豎組合中的坡度與排水分析_林志英

[4]視距要求對路線平豎曲線半徑的影響_王吉雙

[5]中華人民共和國交通部，《公路路線設(shè)計規(guī)范》(JTGD20-2006)，北京：人民交通出版社，2006.10

[6]保證夜間視距的警告類標志前置距離研究_潘兵宏

[7]道路幾何設(shè)計對車輛行駛特性的影響機理研究_徐進

[8]平包豎組合中的坡度與排水分析_林志英

[9]視距要求對路線平豎曲線半徑的影響_王吉雙

[10]跨線橋下凹形豎曲線的設(shè)計_陸錫銘

[11]跨線橋下凹形豎曲線的視距驗算_宣道光

This paper is based on existed summarizes,it discusses the theoretical analysis and research on the path linear index of the horizontal package under the bridge,mainly from both satisfies the requirement of drainage and the line of sight guidance of concave vertical curve under the flyover,consider the minimum radius of concave vertical curve in the condition that the two designed speed can not meet the condition of flat bag vertical that the minimum radius of concave vertical curve,and finally obtaine the minimum index by comparison and analysis all the indexes.

crossing bridge,flat package vertical,concave vertical curve,drainage demand,vision guidance

岳川(1990-)，男，彝族，貴州畢節(jié)人，長安大學(xué)公路學(xué)院，道路與鐵道工程，研究方向：路線工程。