現(xiàn)行公路路線設(shè)計規(guī)范對緩和曲線（回旋線）長度與參數(shù)取值有相應(yīng)地條文規(guī)定。實際工作中，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)、不同項目的具體情況靈活選用，切忌生搬硬套、盲目使用。要做到這一點，需要對標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范條文有深刻理解，不僅知其然，還要知其所以然。文章從回旋線作用、設(shè)置考慮因素、長度與參數(shù)計算確定過程等方面進(jìn)行闡述，深入解讀規(guī)范條文，有助于設(shè)計人員掌握靈活布線技巧，更好地做到精細(xì)化設(shè)計。

公路; 緩和曲線; 長度與參數(shù)

U412.34?? A

[定稿日期]2021-07-22

[作者簡介]鄒鋒（1981～），男，本科，高級工程師，研究方向為公路與城市道路。

1 緩和曲線定義和作用

緩和曲線是構(gòu)成公路平面線形的三種基本要素之一，是設(shè)置在直線與圓曲線之間或兩個不同半徑的同向或反向圓曲線之間的曲率連續(xù)變化的曲線，是一種線形過渡曲線。

緩和曲線的作用為：平面線形緩和，符合行車軌跡，與直線、圓曲線組合，線形協(xié)調(diào)美觀;行車緩和，離心加速度逐漸變化，保障行車安全，駕乘人員感覺舒適;為超高與加寬漸變提供了適當(dāng)?shù)奈恢门c長度，行車更加平穩(wěn)。

2 緩和曲線采用回旋線

公路緩和曲線一般均采用回旋線，因為回旋線的數(shù)學(xué)表達(dá)式與汽車行駛的軌跡相一致，即汽車以一定的速度從直線駛?cè)雸A曲線（或從圓曲線駛?cè)雸A曲線）時，其行駛軌跡的弧長與曲線的曲率半徑乘積為一常數(shù)。

回旋線的基本公式為：

RL=A2（1）

式中：R為回旋線上某點的曲線半徑m;L為回旋線上某點到原點的曲線長m;A為回旋線參數(shù)m。

3 回旋線長度L值的確定

回旋線長度主要應(yīng)滿足汽車動力學(xué)、安全行車、舒適性及視覺美觀等方面的要求。

3.1 從控制方向操作的最短時間（司機操作反應(yīng)時間）考慮

國外研究資料表明，在緊急情況下，大多數(shù)沒有戒備的駕駛者完全能在2.5 s時間內(nèi)對明確的信息作出反應(yīng)。因此駕駛者的反應(yīng)時間可選用2.5 s作為理想最低值。以此為基礎(chǔ)，一般認(rèn)為汽車在回旋線上的行駛時間至少應(yīng)有3 s，以避免車輛在回旋線上運行的時間過短而使司機無法正常反應(yīng)操作車輛的情況發(fā)生。

即：

LS（min）=V1.2（2）

式中：LS（min）為回旋線最小長度m;V為設(shè)計速度km/h。

根據(jù)式（2），可得出公路回旋線最小長度計算（表1）。

3.2 考慮超高漸變長度的要求

當(dāng)直線與圓曲線、不同半徑的圓曲線連接時，一般會存在路拱橫坡的變化，即超高變化，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范要求則必須設(shè)置超高過渡段。在高等級公路設(shè)計時，尤其是設(shè)計速度不小于60 km/h時，超高過渡段一般應(yīng)在回旋線長度范圍內(nèi)完成。若回旋線長度過短，使得超高漸變率過大，將會使路面路拱橫坡急劇變化而變得扭曲，不利于行車安全;若超高過渡段過長，使得超高漸變率過小，將使得路面排水不暢或者雨水徑流長度過長，造成雨水條件下的行車安全隱患。因此，JTG D20-2017《公路路線設(shè)計規(guī)范》第7.5.4條規(guī)定了合適的超高漸變率，且明確公路超高過渡宜采用線性過渡漸變的方式。根據(jù)超高過渡段長度與超高漸變率之間的關(guān)系，可得出回旋線所必需的最小長度值，見式（3）。

LS（min）=BVP（3）

式中： B為超高旋轉(zhuǎn)軸至行車道（設(shè)路緣帶時為路緣帶）外側(cè)邊緣的寬度m;△i為超高橫坡度和路拱坡度的代數(shù)差%;P為超高漸變率。

根據(jù)式（3），按常見公路等級及標(biāo)準(zhǔn)橫斷面布置情況，可得出公路回旋線長度計算表2～表4。

以上表格中B值計算方式默認(rèn)為高速公路、一級公路采用繞中央分隔帶邊緣旋轉(zhuǎn)的方式，二、三、四級公路采用繞行車道中心線旋轉(zhuǎn)的方式。實際設(shè)計中，B值應(yīng)根據(jù)項目具體情況選用，△i根據(jù)JTG D20-2017《公路路線設(shè)計規(guī)范》條文說明表7-1進(jìn)行取值，再按照以上表格建議值計算回旋線最小長度值。

3.3 從控制回旋線離心加速度變化率考慮

汽車在回旋線上行駛，其離心加速度隨回旋線曲率的變化而變化。若變化過快，將會使駕乘人員受到橫向的沖擊，進(jìn)而感到不舒適，影響行車安全。

離心加速度的變化率計算公式為式（4）。

as=at=v2Rt=v347RLS（4）

式中：V為設(shè)計速度（km/h）;R為圓曲線半徑（m）;a為離心加速度（m/s2）;t為汽車在回旋線上行駛時間（s）。

根據(jù)式（4）可以推出回旋線最小長度公式為式（5）。

LS（min）=V347Ras（5）

公路離心加速度變化率a采用什么值，各國采用情況不一致。目前國內(nèi)借鑒日本經(jīng)驗，控制在0.45～0.6 m/s2之間。對于高速公路宜小些，減小至0.45 m/s2，低速公路可大些。因此，根據(jù)式（5），可得出公路回旋線最小長度（表5）。

綜上所述，回旋線長度L值應(yīng)同時滿足3.1、3.2、3.3節(jié)要求，以三者之間最大值為最小控制值。

4 回旋線參數(shù)A值的確定

回旋線參數(shù)A表示回旋線曲率變化的急緩程度。同等條件下，A值越大，曲率變化越緩，A值越小，曲率變化越急。

4.1 從控制方向操作的最短時間（司機操作反應(yīng)時間）考慮

根據(jù)式（1），式（2），可得

A（min）=VR1.2（6）

根據(jù)式（6），可得設(shè)計速度下的最小參數(shù)Amin（表6）。

4.2 從控制回旋線離心加速度變化率考慮

由式（4）可推算得到：

αs=0.0214V3RLS=0.0214V3A2（7）

因此，

A（min）=0.0214V3αs（8）

限定離心加速度的變化率αs，則可按式（8）求出設(shè)計速度下的最小參數(shù)Amin（表7）。

4.3 從視覺要求考慮

考慮駕駛者視覺，當(dāng)回旋線過短使其回旋線角β<3°時，則回旋線極不明顯，在視覺上容易被忽略;當(dāng)回旋線過長使回旋線角不小于29°時，圓曲線與回旋線不能很好協(xié)調(diào)。因此，從適宜的回旋線角值在3～29°這一區(qū)間可以推導(dǎo)出合適的A值。

由回旋線角計算公式得：

β=90°πLsR（9）

則：

A=LsR=β28.6479（10）

將β=3°和β=29°代入式（9）得：R/3≤A≤R

經(jīng)驗證明，當(dāng)R小于100 m時，A宜大于或等于E;當(dāng)A接近于100 m時，A宜等于R;當(dāng)R較大或接近于3 000 m時，A宜小于R/3。

4.4 考慮線形組合設(shè)計要求

（1）S形曲線的兩回旋線參數(shù)A1與A2宜相等。當(dāng)采用不同的參數(shù)時，A1 與A2之比應(yīng)小于2.0，有條件時以小于1.5為宜，當(dāng)A2≤200時，A1應(yīng)不大于1.5倍A2。

（2）卵型回旋線的參數(shù)宜選R2/2≤A≤R2 （R2為小圓曲線半徑）。

（3）復(fù)合曲線的兩個回旋線參數(shù)之比以小于1.5為宜。

綜上所述，回旋線參數(shù)A值應(yīng)滿足4.1、4.2節(jié)要求，宜滿足4.3、4.4節(jié)要求。

5 回旋線的省略

在直線與圓曲線之間設(shè)置回旋線后，圓曲線產(chǎn)生了內(nèi)移值△p。在回旋線長度Ls一定的情況下，△p與R成反比。當(dāng)R大到一定程度時，△p值很小，即使直線與圓曲線徑相連接，汽車也能完成回旋線的行駛，因為行車道的富裕寬度已經(jīng)包含了這個內(nèi)移值△p。所以在下列情況下可不設(shè)回旋線。

（1）直線同不小于不設(shè)超高的圓曲線最小半徑徑相連接時，可以省略回旋線。

（2）半徑不同的同向圓曲線徑相連接時，符合以下條件時方可不設(shè)回旋線。①小圓半徑大于不設(shè)超高的圓曲線最小半徑時;②小圓半徑大于表8規(guī)定，且符合下列條件之一者：小圓按最小回旋線長度設(shè)置時，大圓與小圓的內(nèi)移值之差小于0.1 m時;設(shè)計速度不小于80 km/h，大圓半徑（R1）與小圓半徑（R2）之比小于1.5時;設(shè)計速度小于80 km/h，大圓半徑（R1）與小圓半徑（R2）之比小于2.0時。

6 結(jié)束語

公路線形設(shè)計，尤其是山區(qū)高速公路的線形設(shè)計的水平對工程規(guī)模和投資影響甚大，可謂每米必爭，特別是受地形與環(huán)境條件限制時，往往需要設(shè)計人員更加精細(xì)地調(diào)整優(yōu)化路線線形設(shè)計。設(shè)計人員在把握規(guī)范意圖的基礎(chǔ)上，可通過本文分析，選用適宜的回旋線長度與參數(shù)，進(jìn)而獲得理想的平面線位以及線形組合方式，有效改善公路線形設(shè)計指標(biāo)，確保工程安全性與經(jīng)濟(jì)性，以滿足各方要求。

參考文獻(xiàn)

[1] JTG B01 -2014 公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] JTG D20-2017 公路路線設(shè)計規(guī)范[S].

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