CN115075071A - 一种隧间桥交通转换带及其设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种隧间桥交通转换带及其设计方法，与现有技术相比，本发明基于行车速度、左右幅间距和S型转弯半径的基本条件，来计算交通转换带的开口长度，进而优化交通转换带的长度，同时通过设置安全防护棚和落石缓冲措施等防护结构，确保转换带能抵抗一定的落石冲击，不仅能够确保隧间桥的运营安全，使得在发生紧急情况时还能保持道路的畅通，同时通过充分利用废旧轮胎等废旧材料，不仅降低了建设成本，还降低了转换带路面养护成本，节能环保，并有利于降低碳消耗。

Description

一种隧间桥交通转换带及其设计方法
技术领域
本发明涉及公路隧道技术领域，具体涉及一种隧间桥交通转换带及其设计方法。
背景技术
不少高等级公路、铁路修入山区，比如近年来的成昆铁路、川藏铁路、沿金沙江高速公路等等，隧道的路线占比均超过50％，遇水架桥，遇山钻洞，越来越多的隧道被修建。不少段落是隧道接桥梁，再接隧道，由于复杂的地形地貌，山高坡陡，岩层风化严重，隧间桥上方山坡上有危岩落下，影响道路运营安全，比如雅康高速、雅西高速等均发生落石危及桥梁，桥梁修复周期漫长，特长隧道群里面的隧间桥的安全尤其重要，而且由于视线的限制，在隧道内看不到坡面的情况，极易发生安全问题。安全讲究冗余原则，发生安全的时间、概率不易预测，但是落石下来后如何降低损失，及时恢复交通是非常必要的。近些年来，工程技术人员确实在这方面做了很多工作，比如在隧道内设置交通转换带，在主线桥梁上设置钢棚洞等。但是也存在很多问题，隧道内视线较差，截止目前隧道内交通转换带几乎没有使用过，而且造价极其昂贵，断面大，交叉口多，施工风险高，不少业主呼吁取消这种结构。同时，为了避免落石危害，主桥上设置钢棚洞，也仅仅局限常规的简支梁桥等常规的桥梁，对于特殊结构桥梁，钢棚洞设计困难，或者无法设置。
目前公路路线设计规范要求交通转换带长度不宜大于40m，8车道及以上车道数可适当增加，但不超过50m，然后再也没有其他规定。这导致设计时为满足设计规范的要求，都按照40m进行设置，但却给工程造成了浪费。如果能减少交通转换带纵向长度，能节约很多工程造价，降低施工难度。特别是左右幅隧间桥间距大于20米以上的分离式结构。此外，隧间桥下方的冲沟多为泥石流沟，隧间桥多为一跨而过，且这些桥梁多为特殊结构桥梁，常规简支桥梁很少，要么为钢混叠合梁，要么为钢管拱桥，在左右幅这些特殊结构桥梁之间如何拼宽，转换带桥幅如何设置，三幅特殊结构桥梁如何衔接等问题都没有解决方案。因此，如何对隧间桥交通转换带进行优化设计，对于避免落石冲击保证中央分隔带的安全和节约投资具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于公开一种隧间桥交通转换带结构和设计方法，基于行车速度、左右幅间距和最大转弯半径的基本条件，来计算交通转换带的开口长度，进而优化交通转换带的长度。
本发明通过下述技术方案实现：
一种隧间桥交通转换带设计方法，包括以下步骤：
S1：交通转换带的位置设置在隧间桥之间；
S2：在掉头工况和借道工况条件下，根据交通转换带限制速度VL，路面与轮胎之间的横向摩阻系数
Figure BDA0003700525930000025
和横坡ih，计算掉头工况转换公路转弯半径R1和借道工况转换公路转弯半径R2，并将R1和R2的最大值作为交通转换带最大转弯半径R；
S3：根据公式
Figure BDA0003700525930000021
计算防护棚支柱沿所述公路长度方向的间距T，式中β为借道工况行车轨迹圆曲线转角，R为交通转换带最大转弯半径；
S4：根据公式
Figure BDA0003700525930000022
计算交通转换带最小长度L，式中R为交通转换带最大转弯半径，B为掉头工况或借道工况行车轨迹偏移横向距离；
S5：沿路线纵向长度方向，在交通转换带最小长度L范围内，在公路两侧公路建筑限界以外每间隔距离T设置防护棚支柱，由于左右线车道均为单向行驶，进行交通转换的两种工况一个是转弯掉头，另一个为S型换道行驶，交通转换带中间靠近左右车道的位置始终不会为车辆行驶轨迹覆盖，同时该点也不会造成行车视线障碍，故在此处设置防护棚支点，将横向一跨调整为三跨，纵向一跨调整为两跨，不仅减小了防护棚跨度，更大大减小了弯矩和剪力，便于防护棚的生产和施工。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤S1中，所述的交通转换带的位置之间的间距，沿公路纵向长度方向小于等于4公里。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤S2中，所述的掉头工况转换公路转弯半径R1和借道工况转换公路转弯半径R2，根据下式计算出
Figure BDA0003700525930000023
式中，R1、2为交通转换带车辆掉头行驶工况的转换公路转弯半径和/或借道行驶工况转换公路转弯半径，单位m，VL为交通转换带限制速度，单位km/h，
Figure BDA0003700525930000024
为路面与轮胎之间的横向摩阻系数，ih为横坡，按照交通转换带处最不利超高横坡方向取。
作为本发明的一种优选技术方案，所述交通转换带限制速度VL小于等于20km/h。
作为本发明的一种优选技术方案，还包括掉头工况转换公路转弯半径R1按照铰接列车的计算总长进行计算。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤S4中，所述掉头工况或借道工况行车轨迹偏移横向距离B满足B＝B1+B2的关系，且B1为左线第一车道宽度或右线第一车道宽度，B2为中间带宽度。
一种隧间桥交通转换带，采用一种隧间桥交通转换带设计方法进行设计，包括防护棚、防护棚支柱和公路；所述防护棚由设置在所述公路建筑限界以外的所述防护棚支柱支撑；所述公路包括桥幅公路和转换公路，所述防护棚在所述桥幅公路宽度方向两跨架设，在所述转换公路宽度方向三跨架设；所述交通转换带的一端紧靠隧间桥洞口设置，从而能够充分利用隧间桥洞口的路基，减少工程量并方便施工。
作为本发明的一种优选技术方案，为确保“小石块不坏、中石块可修，大石块不倒”的目标，不仅需要设置防护棚，同时需要加强转换带路面的抗冲击能力，还需要在交通转换带的路面铺设防水层后，在其上设置抗冲击层，因此所述公路的路面由下至上包括基层、防水层和抗冲击层，且所述抗冲击层由下至上包括橡胶层、钢板层和碎石层。
作为本发明的一种优选技术方案，所述橡胶层的厚度大于等于30cm，所述钢板层的厚度大于等于16mm，所述碎石层的厚度大于等于30cm。
作为本发明的一种优选技术方案，在所述转换公路与所述桥幅公路的左/右幅隧间桥之间设置变形缝。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明基于行车速度、左右幅间距和最大转弯半径的基本条件，来计算隧间桥交通转换带的开口长度，进而优化交通转换带的长度。同时，通过设置安全防护棚和落石缓冲措施等防护结构，能够确保转换带能抵抗一定的落石冲击。
1.本发明技术方案实用性广，广泛适用于山区高速隧间桥的安全救援，解决了特长隧道群的安全救援问题。
2.本发明施工简单，易于操作，本发明涉及的防护棚、废旧轮胎、钢板等材料均易得，施工也常规。
3.本发明不必采用额外材料，并充分利用废旧材料废旧轮胎，降低建设成本的基础上，又降低转换带路面养护成本，符合工程施工中新技术、新材料、新工艺、新设备要求，有效的促进生产力的提高，降低工程成本，节能环保，并有利于降低碳消耗。
4.本发明的设计方案有利于提高山区高速的运营安全保障，一旦发生灾害，还有备选方案可以通行，虽然交通转换的时候速度略有降低，但十分有利于山区高速的通行，特别是遇到灾害时，可提供生命通道。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
图1展示了利用本发明实施例提供的一种隧间桥交通转换带设计方法流程图；
图2为本发明实施例提供的交通转换带长度计算示意图；
图3为本发明实施例提供的交通转换带防护棚示意图；
图4为本发明实施例提供的转换公路防护棚及立柱结构示意图；
图5为本发明实施例提供的桥幅公路防护棚及立柱结构示意图；
图6为本发明实施例提供的交通转换带立柱设置位置示意图；
图7为交通转换带路面结构示意图；
图8为掉头工况示意图；
图9为借道工况示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-防护棚支柱，2-防护棚，3-桥幅公路，4-转换公路，5-橡胶层，6-钢板层，7-碎石层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
实施例
本发明实施例提供的一种隧间桥交通转换带设计方法，如图1-2所示，包括以下步骤：
S1：交通转换带的位置设置在隧间桥之间；
S2：在掉头工况和借道工况条件下，根据交通转换带限制速度VL，路面与轮胎之间的横向摩阻系数
Figure BDA0003700525930000055
和横坡ih，计算掉头工况转换公路转弯半径R1和借道工况转换公路转弯半径R2，并将R1和R2的最大值作为交通转换带最大转弯半径R；
S3：根据公式
Figure BDA0003700525930000051
计算防护棚支柱沿所述公路长度方向的间距T，式中β为借道工况行车轨迹圆曲线转角，R为交通转换带最大转弯半径；
S4：根据公式
Figure BDA0003700525930000052
计算交通转换带最小长度L，式中R为交通转换带最大转弯半径，B为掉头工况或借道工况行车轨迹偏移横向距离；
S5：沿路线纵向长度方向，在交通转换带最小长度L范围内，在公路两侧公路建筑限界以外每间隔距离T设置防护棚支柱，由于左右线车道均为单向行驶，进行交通转换的两种工况一个是转弯掉头，如图8所示，另一个为S型换道行驶，如图9所示，交通转换带中间靠近左右车道的位置始终不会为车辆行驶轨迹覆盖，同时该点也不会造成行车视线障碍，故在此处设置防护棚支点，将横向一跨调整为三跨，纵向一跨调整为两跨，不仅减小了防护棚跨度，更大大减小了弯矩和剪力，便于防护棚的生产和施工。
其中，步骤S1中，所述的交通转换带的位置之间的间距，沿公路纵向长度方向小于等于4公里。
其中，步骤S2中，所述的掉头工况转换公路转弯半径R1和借道工况转换公路转弯半径R2，根据下式计算出
Figure BDA0003700525930000053
式中，R1、2为交通转换带车辆掉头行驶工况的转换公路转弯半径和/或借道行驶工况转换公路转弯半径，单位m，VL为交通转换带限制速度，单位km/h，通常VL小于等于20km/h，
Figure BDA0003700525930000054
为路面与轮胎之间的横向摩阻系数，ih为横坡，按照交通转换带处最不利超高横坡方向取。此外，由于铰接列车计算总长最长，所需转弯半径最大，即只要铰接列车能掉头，其余类型汽车均能掉头，因此需按照铰接列车的计算总长计算掉头工况交通转换带转弯半径R1。
其中，步骤S4中，所述掉头工况或借道工况行车轨迹偏移横向距离B满足B＝B1+B2的关系，且B1为左线第一车道宽度或右线第一车道宽度，B2为中间带宽度。
一种隧间桥交通转换带，如图3-6所示，采用一种隧间桥交通转换带设计方法进行设计，包括防护棚2、防护棚支柱1和公路；所述防护棚2由设置在所述公路建筑限界以外的所述防护棚支柱1支撑；所述公路包括桥幅公路3和转换公路4，所述防护棚2在所述桥幅公路3宽度方向两跨架设，在所述转换公路4宽度方向三跨架设；所述交通转换带的一端紧靠隧间桥洞口设置，从而能够充分利用隧间桥洞口的路基，减少工程量并方便施工。
其中，为确保“小石块不坏、中石块可修，大石块不倒”的目标，不仅需要设置防护棚，同时需要加强转换带路面的抗冲击能力，还需要在交通转换带的路面铺设防水层后，在其上设置抗冲击层，因此所述公路的路面由下至上包括基层、防水层和抗冲击层，如图7所示，且所述抗冲击层由下至上包括废旧轮胎层、钢板层和碎石层，所述废旧轮胎层的厚度大于等于30cm，所述钢板层的厚度大于等于16mm，所述碎石层的厚度大于等于30cm。
其中，为方便结构安全以及施工简便，在所述转换公路4与所述桥幅公路3的左/右幅隧间桥之间设置变形缝。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述事实和方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，涉及的程序或者所述的程序可以存储于一计算机所可读取存储介质中，该程序在执行时，包括如下步骤：此时引出相应的方法步骤，所述的存储介质可以是ROM/RAM、磁碟、光盘等等。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隧间桥交通转换带设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：交通转换带的位置设置在隧间桥之间；
S2：在掉头工况和借道工况条件下，根据交通转换带限制速度VL，路面与轮胎之间的横向摩阻系数
Figure FDA0003700525920000011
和横坡ih，计算掉头工况转换公路转弯半径R1和借道工况转换公路转弯半径R2，并将R1和R2的最大值作为交通转换带最大转弯半径R；
S3：根据公式
Figure FDA0003700525920000012
计算防护棚支柱沿公路长度方向的间距T，式中β为借道工况行车轨迹圆曲线转角，R为交通转换带最大转弯半径；
S4：根据公式
Figure FDA0003700525920000013
计算交通转换带最小长度L，式中R为交通转换带最大转弯半径，B为掉头工况或借道工况行车轨迹偏移横向距离；
S5：沿路线纵向长度方向，在交通转换带最小长度L范围内，在公路两侧建筑限界外每间隔距离T设置防护棚支柱，并架设防护棚。
2.根据权利要求1所述的一种隧间桥交通转换带设计方法，其特征在于，步骤S1中，所述的交通转换带的位置之间的间距，沿公路纵向长度方向小于等于4公里。
3.根据权利要求1所述的一种隧间桥交通转换带设计方法，其特征在于，步骤S2中，所述的掉头工况转换公路转弯半径R1和借道工况转换公路转弯半径R2，根据下式计算出
Figure FDA0003700525920000014
式中，R1、2为交通转换带车辆掉头行驶工况的转换公路转弯半径和/或借道行驶工况转换公路转弯半径，单位m，VL为交通转换带限制速度，单位km/h，
Figure FDA0003700525920000015
为路面与轮胎之间的横向摩阻系数，ih为横坡，按照交通转换带处最不利超高横坡方向取。
4.根据权利要求3所述的一种隧间桥交通转换带设计方法，其特征在于，所述交通转换带限制速度VL小于等于20km/h。
5.根据权利要求3所述的一种隧间桥交通转换带设计方法，其特征在于，还包括掉头工况转换公路转弯半径R1按照铰接列车的计算总长进行计算。
6.根据权利要求3所述的一种隧间桥交通转换带设计方法，其特征在于，步骤S4中，所述掉头工况或借道工况行车轨迹偏移横向距离B满足B＝B1+B2的关系，且B1为左线第一车道宽度或右线第一车道宽度，B2为中间带宽度。
7.一种隧间桥交通转换带，采用权利要求1-6所述的任意隧间桥交通转换带设计方法进行设计，其特征在于，包括防护棚(2)、防护棚支柱(1)和公路；所述防护棚(2)由设置在所述公路建筑限界以外的所述防护棚支柱(1)支撑；所述公路包括桥幅公路(3)和转换公路(4)，所述防护棚(2)在所述桥幅公路(3)宽度方向两跨架设，在所述转换公路(4)宽度方向三跨架设；所述交通转换带的一端紧靠隧间桥洞口设置。
8.根据权利要求7所述的一种隧间桥交通转换带，其特征在于，所述公路的路面由下至上包括基层、防水层和抗冲击层，且所述抗冲击层由下至上包括橡胶层(5)、钢板层(6)和碎石层(7)。
9.根据权利要求8所述的一种隧间桥交通转换带，其特征在于，所述橡胶层(5)的厚度大于等于30cm，所述钢板层(6)的厚度大于等于16mm，所述碎石层(7)的厚度大于等于30cm。
10.根据权利要求7所述的一种隧间桥交通转换带，其特征在于，在所述转换公路(4)与所述桥幅公路(3)的左/右幅隧间桥之间设置变形缝。
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