高速铁路竖曲线高程计算软件设计
摘要:为了精确计算高速铁路任意里程对应的竖曲线的设计高程值,开发了道路竖曲线高程计算软件。

分析高速铁路竖曲线的几种构成方式,针对不同的竖曲线类型设计程序的计算公式。

竖曲线计算软件可以准确、批量的计算竖曲线的高程值,避免了因计算器手工计算考虑不周,引起的计算误差。

关键词:高速铁路竖曲线程序设计高程
道路的纵断面是沿道路中心线纵向垂直剖切的一个立面。

它表达了道路沿线起伏变化的状况。

道路纵断面设计主要是根据道路的性质和等级,汽车类型和行驶性能,沿线地形、地物的状况,当地气候、水文、土质的条件以及排水的要求,具体确定纵坡的大小和各点的标高。

竖曲线(vertical curve)在线路纵断面上,以变坡点为交点,连接两相邻坡段的曲线称为竖曲线。

竖曲线有凸形和凹形两种。

道路纵断面线形常采用直线(又叫直坡段)、竖曲线两种线形,二者是纵断面线形的基本要素。

竖曲线常采用圆曲线,可以分为凸形和凹形两种。

在道路纵断面上两个相邻纵坡线的交点,被称为变坡点。

为了保证行车安全、舒适以及视距的需要,在变坡处设置竖曲线。

竖曲线的主要作用是:缓和纵向变坡处行车动量变化而产生的冲击作用,确保道路纵向行车视距;将竖曲线与平曲线恰当地组合,有利于路面排水和改善行车的视线诱导和舒适感。

(如图示1)
相邻坡度为i1,i2,曲线半径R,切线长度T,变坡点高程为HZ,曲线上高程偏移量改正为Y。

竖曲线技术指标主要有竖曲线半径和竖曲线长度。

凸形的竖曲线的视距条件较差,应选择适当的半径以保证安全行车的需要。

凹形的竖曲线,视距一般能得到保证,但由于在离心力作用下汽车要产生增重,因此应选择适当的半径来控制离心力不要过大,以保证行车的平顺和舒适。

1 方法
在城市轨道交通盾构的过程中,根据线路的纵断面计算任意里程的设计标高是十分必要的。

根据计算的设计标高,指导盾构的开挖量。

在大量的工程实践中,计算线路的纵断面设计标高都是通过计算器手工计算,大量的计算工作量影响了施工的进度,繁琐的计算过程使得计算结果容易出现错误,进而造成严重的工程质量问题。

通过分析高速铁路竖曲线设计要求及线路特征要素。

线路纵断面归纳为两大类,及凸形竖曲线与凹形竖曲线。

又把根据竖曲线形状细分为三小类竖曲线。

本程序可以批量生成任意里程的纵断面标高,通过反复的实验证明,此方法具有普遍性规律。

竖曲线的坡度分类
线路的纵断面图里可以查询计算软件需要的所有要素,线路的纵断面示意图如下所示。

根据相邻坡度的变化情况,可以把竖曲线分为两大类即,凸形、凹形。

每一类又进步细分为三小类,详细情况如下所示:
1)凸形竖曲线:沿线路前进方向相连两纵坡中i1>i2的情况设计的,具体构成形状和任意点高程计算细分为以下三种:
i1>0,i2<0;i2<i1<0;i1>i2>0.
2)凹形竖曲线:沿线路前进方向相连两纵坡中i1<i2的情况设计的,具体构成形状和任意点高程计算细分为以下三种:
i1<0,i2<0;i2>i1>0;i1<i2<0.
2 实验与分析
竖曲线计算软件可以批量的计算任意里程的断面标高。

竖曲线计算软件主要包含两部分:曲线类型、曲线要素。

(如图1)
竖曲线计算软件使用的主要步骤
1)选择曲线类型
曲线类型是单选框,根据相邻纵坡的大小或者变坡点的高程确定
竖曲线的形式。

2)填写曲线要素
a)起点里程与终点里程是此段竖曲线的起始与终点里程,可以选择性的输入冠号。

如,在示例中输入“DK16+720”或者直接输入“16720”。

b)切线长度是竖曲线对应的切线的长,通常用T表示。

c)曲线半径是竖曲线对应的曲线的半径R,目前国内设计的纵断面竖曲线用半径较大的圆表示。

d)变坡点高度及里程是指竖曲线上对应坡度变化点的高程与对应的里程。

e)第一坡度与第二坡度是指变坡的起始于结束坡度。

f)待求点里程对话框是打开待求点的里程,此里程可以选择是否有里程上的平面坐标。

g)点击计算按钮计算结果如图2所示。

3 结论
高速铁路竖曲线计算软件操作简单,界面友好,可以批量的自动计
算任意里程对应的高程。

软件计算的高程值精度高,避免使用计算器手工计算的繁琐与易错等缺点,可以广泛应用于道路施工中的纵断面高程计算中。

参考文献
[1] 王荣权.轨道交通工程隧道结构断面测量技术与方法.铁道勘察,2008[J].
[2] GB 50308 2008城市轨道交通工程测量规范[S].
[3] TB 10101 2009铁路工程测量规范[S].。