任务2.1
道路平面线形

1.路线

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为路线的平面。沿中线竖直剖切再行展开则是路线的纵断面。中线上任意一点的法向切面是道路在该点的横断面。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。为便于研究，把它分解为路线平面设计、路线纵断面设计和横断面设计。三者是相互关联的，既分别进行，又综合考虑。

无论是公路还是城市道路，其路线位置受社会经济、自然地理和技术标准等因素的制约。设计者的任务就是在调查研究、掌握大量材料的基础上，合理确定路线的几何参数，满足技术标准、行车安全和工程经济等要求，并与地形、地物相适应，与环境和景观相协调。

在设计的顺序上，一般是在尽量顾及纵、横断面平衡的前提下先定平面，沿这个平面线形进行高程测量和横断面测量，取得地面线和地质、水文及其他必要的资料后，再设计纵断面和横断面。为求得线形均衡和土石方数量的节省，必要时再修改平面，这样经过几次反复，可望得到一个满意的结果。在路线设计的范围，只限于路线的几何性质，不涉及结构。结构设计在路基路面和桥梁工程等课程中讲述。

路线的平面线形是指由直线、圆曲线和缓和曲线组成的平面线形，如图2.1.1所示。

2.平面线形设计的基本要求

1）汽车行驶轨迹

汽车行驶过程中，车轮在路面上留下的痕迹可粗略地看成是汽车的行驶轨迹。在交通繁忙的道路上，由于车辆漏油或废气、轮胎等的污染，在路面上的车道内可清晰地看到一条黑色带；在薄层的积雪上，车辆驶过也会留下明显的轮迹。研究表明，行驶中的汽车的重心轨迹在几何性质上有以下特征：

①轨迹是连续的、圆滑的；

②轨迹的曲率是连续的，即轨迹上任一点不会出现两个曲率值；

③轨迹的曲率变化率是连续的，即轨迹上任一点不会出现两个曲率变化率值。

通过对汽车行驶轨迹的研究，能了解道路平面线形的几何构成。理想的公路平面线形是行车道的边缘能与汽车的前外轮和后内轮的轮迹线完全符合或相平行。早期的公路平面线形由直线和圆曲线构成，仅符合汽车行驶轨迹特征的第①条，满足了车辆的直行和转向要求，但在直线和圆曲线相切处出现曲率不连续（直线上曲率为0，圆曲线上曲率为1/ R ），如图2.1.2所示，与汽车行驶轨迹之间有较大偏离。随着汽车交通量的增加和行驶速度的提高，现代道路在直线和圆曲线之间引入了一条曲率逐渐变化的“缓和曲线”，使整条线形符合汽车行驶轨迹特征的第①条和第②条，保持了线形的曲率连续，如图2.1.3所示，但在直线、圆曲线及缓和曲线的连接点曲率的变化率不连续，即仍不满足第③条特性的要求。考虑到道路横向宽度有足够的富余，即使轨道的曲率变化率不连续，对车辆行驶的安全性影响有限。所以，国内外道路设计仍把缓和曲线作为道路平面线形的要素广泛采用。

2）平面线形要素

行驶中的汽车的导向轮旋转面与车身纵轴之间有以下3种关系：

①角度为零；

②角度为常数；

③角度为变数。

与上述3种状态对应的行驶轨迹线为：

①曲率为零的线形：直线；

②曲率为常数的线形：圆曲线；

③曲率为变数的线形：缓和曲线。

道路平面线形由直线和平曲线组合而成。平曲线又分为圆曲线和缓和曲线两种。特别是高等级道路，由于设置了缓和曲线，使平面线形在视觉上更加平顺，能更好地引导驾驶员的视线，路线更容易被驾驶员跟踪。因此，现代道路平面线形由直线、圆曲线和缓和曲线构成，也称为平面线形三要素。

三要素是道路平面线形的基本组成，各要素所占比例及使用频率并无规定。各要素使用合理、配置得当均可满足汽车行驶要求。道路平面线形设计就是从线形的角度去研究3个要素的选用和相互间的组合等问题。 mA4mvoJ0MXTd4tOBwWSbRwSMCzRc5m+4oHO7nvXGgze/RBYhcvKS84x0xWE0Mknk