道路设计手册(工程之星用)

熊波、莫庆禄(2010.08.16)道路设计手册前言－道路设计中的术语解释中国的经济正处于快速发展的阶段，国家也加大了公路和铁路(以下统称道路)等公共交通设施的建设力度，例如投入4万亿建设高铁。使用RTK测量系统可以大大提高道路勘测放样的作业效率，所以RTK测量系统在道路勘测放样中的比重越来越大。使用RTK测量系统进行道理勘测放样作业，最重要的步骤，就是勘测放样前的道路设计，可以说道路设计正确完成后，就完成了道路勘测放样一半的工作。道路设计，分为两种方法，分别是：元素法和交点法。前言道路设计的目的：如图所示，从A到B需要修建一条新的公路，标准公路一般是由直线，圆曲线和综合曲线组合而成，修建公路之前，首先设计单位需要设计出公路《直曲表》，就是该条公路的参数数据，然后勘测方会根据该《直曲表》进行勘测放样工作，勘测放样前就需要使用道路设计，将设计方提供的《直曲表》在软件中输入生成道路设计文件，使用该道路设计文件进行勘测放样作业。道路设计中的术语解释直曲表：有多个叫法，其它的叫法还有：《直线曲线及转角表》、《曲线要素表》、《曲线表》等，我们统称为《直曲表》；它是设计单位提供的道路要素数据表。基本上，设计方都会提供《直曲表》给道路勘测放样施工方，施工方根据《直曲表》，首先使用交点法或者元素法，生成道路设计文件(*.rod)，然后才能使用生成的道路设计文件开始道路勘测放样施工。直曲表中，都是以每个交点为最小单元的，每个交点下对应一段单元线路。逐桩坐标表：根据《直曲表》中的道路要素数据计算出来的逐桩坐标；设计方提供《直曲表》的同时，也会提供《逐桩坐标表》，施工方通过道路设计软件(如工程之星)生成道路设计文件时，道路设计软件也会生成逐桩坐标，施工方首先会对比道路设计软件生成的逐桩坐标，和设计方提供的《逐桩坐标表》是否一致，如果一致，才能开始道路勘测放样施工。以下是几种典型的直曲表示例：直曲表示例一(晋焦公路焦作段)直曲表示例二(昆明市轿子山-14段)直曲表示例三(五单元和曲率突变)直曲表示例四(清织线)直曲表示例五(午城大宁段)交点法：道路设计两种方法中的一种，主要步骤是：按道路设计《直曲表》中交点的顺序,依次输入各交点。各交点的参数包括：交点名、北坐标、东坐标、第一缓曲长、半径、第二缓曲长。交点法输入界面元素法：道路设计两种方法的一种，主要步骤是：按道路设计《直曲表》中元素的顺序，依次输入个元素。元素包括：点、直线、圆曲、缓曲。有且只有第一个元素为点，另外第二个元素一定是直线。元素法输入界面《直曲表》中的主要项目：坐标和桩号：起始点和各交点的里程和坐标。计算方位角：直线的方位角。曲线间直线长：直线长度。转角：Y表示右偏，Z表示左偏；元素法设计中,转角左偏时，半径需要输入负号。半径：圆曲的半径。曲线长度：一般包含第一缓曲长、圆曲长和第二缓曲长。曲线总长：第一缓曲长+圆曲长+第二缓曲长(某些直曲表中，参数值比较特殊，只有第一、第二缓曲长和曲线总长，就需要通过计算得到圆曲长)。断链：因局部改线、分段测量或量距中发生错误等等均会造成里程桩号与实际距离不相符，这种在里程中间不连续（桩号不相连接）的情况叫“断链”。长链：桩号重叠的称长链。短链：桩号间断的称短链。断链处理：道路勘测放样施工时，断链的情况，一定要使用分段处理，生成两个道路设计文件。后面将会使用一个实例，详细解析断链情况的处理方法。卵形曲线：是指在两半径不等的同向圆曲线间插入一段缓和曲线。即圆缓圆的情况；也就是说：卵形曲线本身是缓和曲线的一段，只是在插入时去掉了靠近半径无穷大方向的一段，而非是一条完整的缓和曲线。我们简单的理解，出现圆缓圆的情况，即是卵形曲线，必须使用元素法。卵形曲线必须使用元素法设计；后面也将使用实例，详细解析卵形曲线。一般高速公路的匝道,都是卵形曲线。回头曲线：曲线总转向角大于或接近180°的曲线称为为回头曲线，亦称套线。回头曲线必须使用元素法设计；后面也将使用实例详细解析。在山区的公路建设中，由于道路选线受地形及资金的局限性较大，经常会出现回头曲线这种特殊的道路曲线线形。回头曲线也必须使用元素法。回头曲线工程之星软件--道路设计使用说明元素法一.元素组成元素法包括四种元素：点、直线、圆曲、缓曲。按单元线来分的话,一般有三种单元线：直线，圆曲线(组合形式:直圆直)，综合曲线(组合形式:直缓圆缓直)圆曲线综合曲线这两个图示，只是表示一般的情况，对于卵形曲线等特殊道路，就有特殊的组合形式，如卵形曲线，组合形式就是圆缓圆。对于特殊的情况，后面会单独使用实例来详细解析。二.各元素需要输入的数据点：第一个元素必须是点，且除了第一个元素外，后面的元素均不能为点。输入点时，需要输入点的北坐标和东坐标。直线：第二个元素必须是直线，长度可以为零，但必须输入方位角。不是第二个元素的直线，不知道方位角可以不用输入，软件会自动计算。缓曲：缓曲只需输入缓曲长。圆曲：圆曲需要输入半径和长度。且左偏时（转角为左转)，输入半径时需要加负号。三.元素法输入的规则标准的元素法输入规则是：点直线第一缓和曲线圆曲线第二缓和曲线直线第一缓和曲线圆曲线第二缓和曲线……按此规则循环依次输入。以上是标准的输入规则，上已述及，按单元线来划分的话，有直线、圆曲线和综合曲线，如果只是圆曲线的话，就是只有直圆直，综合曲线才是直缓圆缓直。不过实际道路设计中，还存在卵形曲线和回头曲线的特殊情况。四.各元素输入时的规定：1.第一个元素必须是点，且除了第一个元素外，后面的元素均不能为点。2.第二个元素必须是直线，长度可以为零，但必须输入方位角。3.不是第二个元素的直线，不知道方位角可以不用输入，软件会自动计算。4.输入时建议以直线元素结束,没有输入零直线,软件会自动增加一个零直线结束。5.卵形曲线和回头曲线，必须使用元素法。[当然卵形曲线和回头曲线属于特殊曲线，正常的道路设计，常规曲线(直缓圆缓圆直）的情况还是居多的。]6.工程之星道路设计，不允许出现“圆圆”的情况。7.直曲表中,中间的“曲线间直线长”为零，即道路设计中出现零直线，这种情况见下页详细解析四.各元素输入时的规定－－曲线间直线长为零，即线路中间出现零直线的分析方法回头曲线线路单元要素表经典卵形曲线分析的方法就是理解缓和曲线，缓和曲线和它前后的组合方式，有以下三种：直缓圆，圆缓直，圆缓圆，如果把直线的半径看成无穷大的话，可以这样定义：缓和曲线前后都有半径：1.经典卵形曲线图示，组合形式是圆缓圆，所以中间的零直线不能输入；2.线路单元要素图示和标准的线路直曲表，每个交点下都是标准的缓圆缓的情况，中间的零直线可输可不输。直缓圆缓直直缓圆缓直直缓圆缓直3.回头曲线图示：回头曲线，中间的零直线必须输入(不输入就有错误，因为出现了圆圆的情况)五.元素法在工程之星道路设计中使用的详细步骤工程之星3.0输入道路设计元素模式，进入元素法主界面，首先新建一个道路文件*.rod(打开功能可打开已有的道路文件)根据前面所述的元素法输入规则，开始按直曲表中的数据增加元素；元素共四种：点、直线、圆曲、缓曲。新建的晋焦段道路文件jnccl.rod，按直曲表输入元素。注意：不要忘记输入直曲表中的起点里程；间隔表示计算时每隔多少距离计算一个逐桩坐标。输入完成后，点“保存”按钮，保存按钮完成道路文件的保存并计算出逐桩坐标；编辑、插入、删除按钮实现修改；保存后，就可以选择图形显示查看道路线路图形了。晋焦段保存计算成功后，可以进入图形显示，以上是晋焦段的图形。下页开始以晋焦段和另外几个道路设计文件，详细解析元素法的输入方法和输入时的注意事项。保存计算成功后，进入测量道路放样道路放样库，打开晋焦段道路文件，对比《逐桩坐标表》，检查是否正确，确认正确后就可以开始道路放样了。六.实例解析直曲表示例一(晋焦公路焦作段)[元素][东坐标/长度][北坐标/方位角/半径]点4000.0000,50000.0000直线200.0000,116.37126,缓曲100.0110圆曲150.1410,1000.0000缓曲100.0530[说明:因为中间是零直线,所以输入下一交点中的缓曲,这样就出现了圆缓圆的情况，也就是卵形曲线，卵形曲线时零直线不能输入]圆曲100.0650,800.0000缓曲100.0450圆曲120.0500,1200.0000[说明:同样中间是零直线,下一交点无第一缓曲,所以输入圆曲,这样又出现圆缓圆，就是卵形曲线，卵形曲线时零直线不能输入]缓曲100.0080直线12000,155.47385,[说明:输入直曲表中结束的直线,如果不以直线结束，工程之星中的道路设计软件会自动在道路文件*.rod中增加一条零直线]经典卵形曲线直曲表－前缓或后缓长度为零,曲线间直线长为零直曲表示例二(昆明市轿子山-14段)[元素][东坐标/长度][北坐标/方位角/半径]点,510252.1410,2868216.0450直线,32.1720,359.3743611111,缓曲,42.0000圆曲,23.7090,-120.0000[因为是左转,所以圆曲半径输入负值]缓曲,35.0000缓曲,40.2700圆曲,63.1310,119.9100缓曲,55.3470缓曲,60.9120圆曲,22.8120,-124.5530[因为是左转,所以圆曲半径输入负值]缓曲,35.0000[下一交点下无第一缓曲,曲线间直线长为零,一般都是卵形曲线]圆曲,56.8230,-332.5610[因为是左转,所以圆曲半径输入负值]缓曲,45.0000直线,243.5710,333.4461944444,缓曲,50圆曲,60.938,-100.292缓曲,40交点法一.交点组成交点法相对于元素法而言，无论是理解上还是输入时，都相对简单；道路设计《直曲表》中，都是以交点为单元的，每个交点下对应一段单元线路，每段线路都是由直线、圆曲、缓曲这些基本元素组成。交点法输入时，只需要根据《直曲表》按顺序输入每个交点的参数数据值就可以了。交点法输入交点小贴士：交点法简单，那道路设计都使用交点法不是简化了客户的使用吗？前已述及，对于卵形曲线和回头曲线，只能用元素法。二.各交点需要输入的数据如上图所示，每个交点需要输入的参数数据有：交点名、北坐标、东坐标、第一缓曲长、半径、第二缓曲长。三.交点法输入的规则标准的交点法输入规则：1.起点和终点只输入北坐标和东坐标，不能输入半径和第一第二缓曲长参数。如下页图示，标准的直曲表起点和终点下本来也不会有半径等参数。2.其它交点需要输入北坐标、东坐标、第一缓曲长、圆曲、第二缓曲长。当然，交点下的单元线段只有圆曲的话，第一缓曲长和第二缓曲长不用输入。3.第一缓曲和第二缓曲长度并不一定是对称的，长度可以不同。4.无论是交点法还是元素法，出现断链的情况，一定要分段处理，从断链处分段。既清晰也不容易出错，可以开发出不用分段处理，软件后台自动处理的功能，但出错的概率很大，同时也不清晰。后续会以一个断链实例详细解析断链的处理方法。5.若分段处理，后一段的起点里程，需要使用该段第一个交点下的HZ点里程减第二切线长得到，使用第一交点的ZH点里程加第二切线长是错误的。标准的直曲表，起点(BP)和终点(EP)下，半径、缓曲长等参数，都是没有的。四.交点法在工程之星道路设计中使用的详细步骤工程之星3.0输入道路设计交点模式，进入交点法主界面，首先新建一个道路文件*.ip(打开功能可打开已有的道路文件)根据前面所述的交点法输入规则，开始按直曲表中的数据增加交点；新建的贺广段道路文件ts_gghg1.ip，按直曲表输入交点。注意：不要忘记输入起点里程；间隔表示计算时每隔多少距离计算一个逐桩坐标。输入完成后，点“保存”按钮，保存按钮完成道路文件的保存并计算出逐桩坐标；编辑、插入、删除按钮实现修改；保存后，就可以选择图形显示查看道路线路图形了。贺广段保存计算成功后，可以进入图形显示，以上是贺广段的图形。下页开始以贺广段直曲表，详细解析交点法的输入方法和输入时的注意事项。贺广段包括分段和断链两个知识点。保