LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT ĐƯỜNG ÔTÔ CLOTHOID HIỆN ĐẠI

b
b
ộ
ộ


g
g
i
i
á
á
o
o


d
d
ụ
ụ
c
c


v
v
à
à


đ

đ
à
à
o
o


t
t
ạ
ạ
o
o


t
t
r
r


ờ
ờ
n
n
g
g


đ

đ
ạ
ạ
i
i


h
h
ọ
ọ
c
c


g
g
i
i
a
a
o
o


t
t
h
h
ô

ô
n
n
g
g


v
v
ậ
ậ
n
n


t
t
ả
ả
i
i




{
{

h
h
à
à


n
n
ộ
ộ
i
i


-
-


2
2
0

0
0
0
8
8






V
V
ũ
ũ


Q
Q
u
u
ố
ố
c
c


T
T
o

o
ả
ả
n
n







l
l
u
u
ậ
ậ
n
n


v
v
ă
ă
n
n

t
t
h
h
ạ
ạ
c
c


s
s
ỹ
ỹ


k
k
h
h
o
o
a
a


h
h
ọ
ọ

c
c


k
k
ỹ
ỹ


t
t
h
h
u
u
ậ
ậ
t
t

p
p
h
h


ơ
ơ
n

n
g
g


p
p
h
h
á
á
p
p


k
k
h
h
ả
ả
o
o


s
s
á
á
t

t




đ
đ


ờ
ờ
n
n
g
g


ô
ô
t
t
ô
ô


c
c
l
l
o

o
t
t
h
h
o
o
i
i
d
d


h
h
i
i
ệ
ệ
n
n


đ
đ
ạ
ạ
i
i

b
b
ộ
ộ


g
g
i
i
á
á
o
o


d
d
ụ
ụ
c

c


v
v
à
à


đ
đ
à
à
o
o


t
t
ạ
ạ
o
o


t
t
r
r

ờ
ờ
n
n
g
g


đ
đ
ạ
ạ
i
i


h
h
ọ
ọ
c
c


g
g
i
i
a

a
o
o


t
t
h
h
ô
ô
n
n
g
g


v
v
ậ
ậ
n
n


t
t
ả
ả
i

i




{
{

x
x
â
â
y
y


d
d
ự
ự
n
n
g
g


c
c
ô
ô
n
n
g
g

t
t
r
r
ì
ì
n
n
h
h


g
g
i
i
a
a
o
o


t
t
h
h
ô
ô

n
n
g
g




H
H
ọ
ọ
c
c


v
v
i
i
ê
ê
n
n


t
t
h
h

ự
ự
c
c


h
h
i
i
ệ
ệ
n
n






V
V
ũ
ũ


Q
Q
u
u

ố
ố
c
c


T
T
o
o
ả
ả
n
n

G
G
i
i
á
á
o
o


v
v
i
i
ê

ê
n
n


h
h


ớ
ớ
n
n
g
g


d
d
ẫ
ẫ
n
n


k
k
h
h
o

o
a
a


h
h
ọ
ọ
c
c










p
p
g
g
s
s
.
.
t

t
s
s
.
.


B
B
ù
ù
i
i


X
X
u
u
â
â
n
n


C
C
ậ
ậ
y

y

h
h
à
à


n
n
ộ
ộ
i
i


-
-


2
2
0
0
0
0
8
8

l
l
u
u
ậ
ậ
n
n


v
v
ă
ă
n
n


t
t
h
h

ạ
ạ
c
c


s
s
ỹ
ỹ


k
k
h
h
o
o
a
a


h
h
ọ
ọ
c
c

k
k
ỹ
ỹ


t
t
h
h
u
u
ậ
ậ
t
t





p
p
h
h


ơ
ơ
n

n
g
g


p
p
h
h
á
á
p
p


k
k
h
h
ả
ả
o
o


s
s
á
á
t

t




đ
đ


ờ
ờ
n
n
g
g


ô
ô
t
t
ô
ô


c
c
l
l
o

o
t
t
h
h
o
o
i
i
d
d


h
h
i
i
ệ
ệ
n
n


đ
đ
ạ
ạ
i
i

i
Lời cảm ơn

Trong quá trình thực hiện luận văn thạc sĩ, tác giả đã nhận
đ ợc sự giúp đỡ, tạo điều kiện nhiệt tình và quý báu của nhiều cá
nhân, tập thể.
Lời đầu tiên tác giả xin đ ợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới
thầy giáo PGS.TS Bũi Xuân Cậy đã tận tâm h ớng dẫn trong
suốt quá trình học tập tại tr ờng Đại học Giao thông vận tải Hà
Nội, cho tới nay đã hoàn thành cuốn luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy cô trong Bộ
môn Đ ờng bộ, trong phòng Đào tạo đại học và sau đại học tr ờng
Đại học Giao thông vận tải Hà Nội đã tận tình h ớng dẫn,
truyền đạt kiến thức trong suốt thời gian theo học, thực hiện và
hoàn thành luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn, Ban lãnh đạo Tổng công ty
T vấn thiết kế giao thông vận tải (TEDI), Ban lãnh đạo Công ty
T vấn thiết kế Đ ờng bộ, các đồng nghiệp Phòng Thiết kế đ ờng

2 và văn phòng Dự án đ ờng cao tốc Hà Nội - Hải Phòng mới
đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ trong suốt thời gian học cao học, thực
hiện và hoàn thành luận văn.
Tác giả xin cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của bạn bè, đồng
nghiệp trong thời gian làm luận văn.
Một lần nữa tác giả xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày 25 tháng 8 năm 2008
Tác giả

Vũ Quốc Toản
Luận án thạc sỹ: Ph.ơng pháp khảo sát đ.ờng ôtô clothoid Vũ Quốc Toản



Mục lục

MụC LụC
Ch ơng I. phần mở đầu 1
ch ơng II. đặc điểm của đ ờng clothoit và tính phù hợp
của nó với đ ờng cao tốc 6
II.1 Đặc điểm của đ ờng ôtô Clothoid. 7
II.1.1 Tìm hiểu sự chuyển động của ôtô trong đ ờng cong. 7
II.1.2 Các đ ờng cong toán học áp dụng làm đ ờng cong chuyển tiếp 13
II.1.3 Các dạng kết hợp đ ờng cong chuyển tiếp 15
a. Đ ờng cong tròn nối 2 đ ờng cong chuyển tiếp đối xứng.
b. Đ ờng cong tròn nối 2 đ ờng cong chuyển tiếp không đối xứng
c. Đ ờng cong chuyển tiếp liên tục.
d. Kết hợp các cung Clothoid liên tục.
e. Kết hợp các đ ờng cong Clothoid ng ợc chiều.
f. Kết hợp các đ ờng cong Clothoid cùng chiều.

II.2 Tính phù hợp của đ ờng ôtô Clothoid với
đ ờng cao tốc. 26
Ch ơng III. Tổng quan công tác triển tuyến trong khảo
sát đ ờng ô tô thông th ờng và đặc điểm của quy trình
khảo sát đ ờng ôtô hiện tại 28
III.1 Khái quát công tác khảo sát đ ờng ô tô 28
III.2 Các công tác triển tuyến khảo sát đ ờng ô tô 29
III.3 Hiện trạng khảo sát đ ờng ô tô thông th ờng 31
III.3.1 Đo góc và đo chiều dài tổng quát tuyến đ ờng 31
III.3.2 Bố trí đ ờng cong trên tuyến đ ờng 32
III.3.3 Đo chiều dài chi tiết tuyến đ ờng và bố trí cọc H 56
III.3.4 Đo độ cao tuyến đ ờng 57
Luận án thạc sỹ: Ph.ơng pháp khảo sát đ.ờng ôtô clothoid Vũ Quốc Toản



Mục lục

III.3.5 Đo vẽ mặt cắt ngang. 58
III.3.6 Đo vẽ bình đồ tuyến 59
Ch ơng iV: Các công nghệ và máy móc hiện đại áp dụng cho
công tác khảo sát. 60
IV.1 hệ thống định vị toàn cầu (GPS) và ứng dụng trong
khảo sát đ ờng ô tô 60
iV.1.1 Giới thiệu khái quát về GPS 60
a. Lịch sử ra đời hệ thống định vị toàn cầu (GPS). 60
b. Các bộ phận cấu thành hệ thống định vị toàn cầu (GPS). 63
c. Nguyên tắc hoạt động của GPS. 68
d. Các ph ơng pháp định vị (đo) của GPS. 70
IV.1.2 ứng dụng của GPS trong khảo sát đ ờng ô tô 78

a. Xác định h ớng tuyến ngoài thực địa. 78
b. Lập l ới khống chế mặt bằng. 80
c. Lập l ới khống chế độ cao. 85
d. Đo mặt cắt ngang, mặt cắt dọc tuyến đ ờng. 88
e. Đo vẽ bình đồ. 91
IV.2 khảo sát đ ờng ô tô bằng máy toàn đạc điện tử 92
iV.2.1. khái quát về máy toàn đạc điện tử 92
a. Sơ đồ khối của máy toàn đạc điện tử (TĐĐT). 92
b. Máy TĐĐT và các phụ kiện kèm theo. 98
c. Tính năng của máy toàn đạc điện tử. 102
c.1. Đo góc. 102
c.2. Đo chiều dài. 103
c.3. Đo cao. 101
c.4. Đo bình đồ. 103
Luận án thạc sỹ: Ph.ơng pháp khảo sát đ.ờng ôtô clothoid Vũ Quốc Toản



Mục lục

c.5. Bố trí công trình. 108
c.6. Chức năng đo gián tiếp (Tie Distance). 109
c.7. Chức năng giao hội nghịch (Free Station). 100
c.8. Chức năng đo chiều cao ch ớng ngại vật ( Remote Hieght). 111
c.9. Đo và tính diện tích. 111
iV.2.2. ứng dụng máy toàn đạc điện tử vào khảo sát
đ ờng ô tô. 112
a. Lập l ới khống chế mặt bằng (l ới đ ờng chuyền cấp 2). 119
b. Đo bình đồ. 114
c. Đo vẽ tuyến đ ờng trên thực địa. 114

d. Đo cao bằng máy TĐĐT trong khảo sát đ ờng ô tô. 116
Ch ơng V: áp dụng vào thiết kế và khảo sát thực tế 118
VI.1 Thuyết minh về đoạn tuyến đ ờng cao tốc Hà nội
hải phòng và số liệu thiết kế ban đầu 118
VI.1.1 Sơ bộ về tuyến đ ờng 118
VI.1.2 Tiêu chuẩn thiết kế và cấp hạng kỹ thuật 119
VI.2 Các b ớc thực hiện thiết kế và khảo sát đoạn
Km6+00 Km11+29 120
VI.2.1 Các b ớc thiết kế 120
VI.2.2 Thiết kế chi tiết cho các đ ờng cong 122
Ch ơng VI Kết luận và các tồn tại của đề tài 138
Luận án thạc sỹ: Ph.ơng pháp khảo sát đ.ờng ôtô clothoid Vũ Quốc Toản



Ch ơng I. Phần mở đầu

1
Ch ơng I. Phần mở đầu

Giao thụng vn ti l k tc ca nn sn xut, l c s vt cht ca mt quc gia,
l mch mỏu lu thụng ca mi vựng t nc, l tin cho s phỏt trin kinh t - xó
hi ca mt nc, mt vựng, mt khu vc. Thc t cho thy ni no giao thụng phỏt trin
thỡ ni ú mi hot ng kinh t - xó hi tr nờn sụi ni, tp np v nỏo nhit.
C s h tng giao thụng l mt b phn quan trng, mt khõu khụng th thiu
c trong kt cu h tng k thut, nhng thnh tu kinh t t c trong nhng nm
va qua giao thụng vn ti cng ó úng gúp mt phn ỏng k. C s h tng giao thụng
vn ti c bit l c s h tng giao thụng ng b ó to iu kin cho nn kinh t - xó
hi phỏt trin. Nhn thc c tm quan trng ú ng v Nh nc ta ó ban hnh
nhiu c ch chớnh sỏch khuyn khớch cỏc ngun vn u t cho c s h tng giao thụng

ng b.
nh hng chin lc phỏt trin giao thụng luụn l nhim v hng u ca ngnh
giao thụng vn ti mi nc. Vi nhng nc ang phỏt trin, nn kinh t cũn gp nhiu
khú khn, ngnh giao thụng ang phỏt trin giai on u nh nc ta. Nhim v nh
hng chin lc cho ngnh xõy dng giao thụng khụng ch l u t tin phỏt trin
xõy dng giao thụng m cn tp trung nghiờn cu ng dng k thut cn thit phc v
cho ngnh giao thụng.
Trong nhng nm gn õy phc v cụng cuc i mi ca t nc, phỏt trin
kinh t - xó hi v hi nhp vi khu vc. Nh nc ta cú ch trng ci to nõng cp mt
s tuyn quc l bng cỏc ngun vn trong nc, vn vay ca cỏc nc, ca ngõn hng
th gii (WB), ca ngõn hng phỏt trin Chõu (ADB) v ngõn hng Nht Bn (JBIC)
gm QL1A, QL5, QL18, QL10 Nh ú m b mt giao thụng ó khi sc, vic i li
c d dng v thụng sut. Tuy nhiờn cựng vi s phỏt trin ca nn kinh t thỡ nhu cu
vn ti ngy mt tng m nng lc lu thụng ca h thng ng quc l hin ti thỡ cú
hn v vic m rng nõng cp gp nhiu khú khn. Do vy vic phi tin hnh u t xõy
dng mi mt h thng ng cú k thut cao, tc xe chy v nng lc lu thụng ln
Luận án thạc sỹ: Ph.ơng pháp khảo sát đ.ờng ôtô clothoid Vũ Quốc Toản



Ch ơng I. Phần mở đầu

2
l rt cp thit. Mt khỏc ngun vn ca chỳng ta s dng cho vic u t xõy dng
cỏc con ng ny ch yu l ngun vn i vay phỏt trin nờn vic s dng lm sao
cho cú hiu qu v phự hp vi nn kinh t l rt quan trng.
H thng giao thụng ng b cú ý ngha rt quan trng cho vic phỏt trin kinh t
xó hi v quc phũng ca mi quc gia. Cỏc tuyn ng ụ tụ cú tiờu chun k thut cao,
tc xe chy ln, trang thit b kim soỏt giao thụng hin i, cỏc nỳt giao khỏc mc
liờn thụng hon chnh vi kin trỳc cụng trỡnh a dng, phự hp v gim thiu tỏc ng

mụi trng s l biu tng sc mnh kinh t ca mt quc gia phỏt trin.
Số l ợng hành khách vận chuyển hiện nay mới đạt 79.5% tổng l ợng khách
vận chuyển yêu cầu. Tổng chiều dài đ ờng hiện có :224.633 km,
Trong đó:
Quốc lộ : 17.295 km
Tỉnh lộ : 23.105 km
Các đ ờng xã : 124.943 km
Đ ờng chuyên dụng : 7.622 km
Đ ờng đô thị: 6.654 km
Đ ờng huyện :45.014km
Bằng nguồn vốn đầu t trong n ớc cũng nh vốn vay u đãi ODA, nhiều
công trình giao thông đã đ ợc khôi phục, nâng cấp. Chỉ trong vòng 5 năm trở lại
đây, đã khôi phục, nâng cấp đ ợc hơn 3.000 km Quốc lộ quan trọng, làm mới đ ợc
12.500m cầu lớn, củng cố và nâng cấp một số tuyến đ ờng sắt, mở rộng và nâng
cấp hệ thống cảng tổng hợp Quốc gia, các tuyến đ ờng thuỷ huyết mạch, hệ thống
giao thông đô thị đã đ ợc cải thiện một b ớc, giao thông nông thôn có sự phát
triển v ợt bậc, làm thay đổi bộ mặt nông thôn; nhiều công trình đã đi vào khai thác
và phát huy hiệu quả rõ rệt.
Hiện nay ở n ớc ta mới chỉ có khoảng 30km tuyến Pháp Vân - Cẫu Giẽ thiết
kế theo tiêu chuẩn đ ờng cao tốc. Còn lại các tuyến khác vẫn trong giai đoạn lập
dự án, đang thiết kế hoặc đang xây dựng.
Luận án thạc sỹ: Ph.ơng pháp khảo sát đ.ờng ôtô clothoid Vũ Quốc Toản



Ch ơng I. Phần mở đầu

3
Để phục vụ phát triển kinh tế - xã hội, trong thập kỷ tới phải từng b ớc hình
thành mạng l ới đ ờng bộ cấp cao và cao tốc. Từ nay đến năm 2010, triển khai xây

dựng 1655km đ ờng cao tốc, bao gồm các đoạn, tuyến sau
- Đ ờng Nội Bài Hạ Long: chiều dài 145km, quy mô 4 6 làn xe;
- Tuyến Hà Nội Hải Phòng: chiều dài 100km, quy mô 4 6 làn xe;
- Tuyến Hà Nội Lào Cai: chiều dài 218km, quy mô 4 6 làn xe;
- Đoạn Hà Nội Thái Nguyên: chiều dài 62km, quy mô 4 6 làn xe;
- Tuyến Lạng Sơn Hà Nội Vinh: chiều dài 463km, quy mô 4 6 làn
xe;
- Đ ờng vành đai III Hà Nội: chiều dài 78km, quy mô 4 6 làn xe;
- Đ ờng Láng Hòa Lạc: chiều dài 30km, quy mô 4 6 làn xe;
- Đoạn Đà Nẵng Quảng Ngãi: chiều dài 124km, quy mô 4 6 làn xe;
- Đoạn Đà Nẵng Huế: chiều dài 105km, quy mô 4 6 làn xe;
- Đoạn thành phố Hồ Chí Minh Long Thành Dầu Giây: chiều dài
50km, quy mô 4 6 làn xe;
- Tuyến thành phố Hồ Chí Minh Long Thành Vũng Tầu: chiều dài
85km, quy mô 4 6 làn xe;
- Đoạn thành phố Hồ Chí Minh Thủ Dầu Một: chiều dài 40km, quy mô 4
6 làn xe;
- Đoạn thành phố Hồ Chí Minh Cần Thơ: chiều dài 155km, quy mô 4 6
làn xe.
Sau năm 2010 dự kiến xây dựng 1518km đ ờng cao tốc, bao gồm các đoạn,
tuyến sau:
- Đoạn Hạ Long Mông D ơng Móng Cái: chiều dài 175km, quy mô 4
6 làn xe;
- Đoạn Hoà Lạc Trung Hà: chiều dài 40km, quy mô 4 6 làn xe;
- Đ ờng vành đai IV Hà Nội: chiều dài 125km, quy mô 6 8 làn xe;
- Đoạn Huế Quảng Trị: chiều dài 90km, quy mô 4 6 làn xe;
- Đoạn Dầu Giây Phan Thiết: chiều dài 128km, quy mô 4 6 làn xe;
Luận án thạc sỹ: Ph.ơng pháp khảo sát đ.ờng ôtô clothoid Vũ Quốc Toản

Ch ơng I. Phần mở đầu

4
- Đoạn Thủ Dầu Một Chơn Thành: chiều dài 50km, quy mô 4 6 làn xe;
- Đ ờng vành đai III thành phố Hồ Chí Minh: chiều dài 110km, quy mô 6
8 làn xe;
Nghiên cứu xây dựng một số tuyến song song với QL1A ở các đoạn còn lại:
Quảng Ngãi Nha Trang, Nha Trang Phan Thiết, Cần Thơ - Bạc Liêu với
chiều dài khoảng 800km.
nc ta, khi nn kinh t ngy cng phỏt trin , nhu cu vn ti ngy cng tng,
cng xe chy ln, ngnh cụng nghip ụ tụ ó bc u hỡnh thnh v phỏt trin thỡ
cng ũi hi h thng ng giao thụng hin i, ỏp ng c nhu cu phỏt trin trong
tng lai. ng ụtụ ngy cng phi cú cht lng cao v mt k thut v m thut
tho món cỏc yờu cu v an ton, thun li cho xe chy. Ngoi vic tho món cỏc yờu cu
v mt k thut, tuyn ng phi to iu kin lao ng tt cho ngi lỏi, khụng chúng
mt, khụng b mt mi, khụng ch quan n mc d bun ng, to hng thỳ khi ng
cho hnh khỏch v ngi qua li. Cụng trỡnh ng phi cú tỏc dng lm p thờm cnh
quan ca khu vc, tn lng lp li mụi trng ó sinh ra nú.
Tớnh thm m ca mt con ng t ra nhim v cho ngi thit k l phi ỏp
dng nguyờn tc thit k tuyn ng mm sao cho ng xõy dng phi mm mi ,un
ln bao quanh a hỡnh ,kt hp hi ho bỡnh tuyn vi a hỡnh a phng v vi
cnh quan xung quanh .Mt ng cng tt, cng bng phng, cng bng phng, trong
khi tuyn ng thit k phi hp khụng tt thỡ ú li l mt yu t tim n tai nn giao
thụng .
Hiện nay ở n ớc ta, hệ thống đ ờng ôtô cấp cao vẫn đang trong quá trình xây dựng
và hoàn thiện, hầu hết các tuyến đ ờng đã xây dựng vẫn triển tuyến theo ph ơng pháp cổ
điển là định đỉnh cắm cong theo các đ ờng s ờn, tuyến đ ờng là những đoạn thẳng đ ợc
nối với nhau bởi các đ ờng cong tròn. Thực tế này gây bất lợi cho các ph ơng tiện tham
gia giao thông trên tuyến với tốc độ cao vì khi chuyển tiếp từ đ ờng thẳng sang đ ờng

cong và ng ợc lại sẽ xuất hiện lực ly tâm rất lớn làm lật xe gây nguy hiểm tới tính mạng
và tài sản của ng ời tham gia giao thông.
Luận án thạc sỹ: Ph.ơng pháp khảo sát đ.ờng ôtô clothoid Vũ Quốc Toản



Ch ơng I. Phần mở đầu

5
Chất l ợng khai thác đ ờng ôtô hiện đại ngày càng đòi hỏi nâng cấp 1 cách đồng
bộ về chất l ợng xây dựng nh công trình, nền, mặt đ ờng cùng với các yêu cầu về thiết
kế hình học của tuyến đ ờng. Nếu chất l ợng mặt đ ờng tốt, bằng phẳng sẽ giúp ph ơng
tiện giao thông nâng cao tốc độ chạy xe nh ng các yếu tố hình học của tuyến phối hợp
không tốt với không gian xung quanh, không đáp ứng đ ợc các yêu cầu động lực học của
xe khi chạy tốc độ cao sẽ xuất hiện nguy cơ xảy ra tai nạn giao thông.
Vì vậy, yêu cầu đề ra ph ơng pháp thiết kế tuyến đ ờng đáp ứng đ ợc nhu cầu
giao thông hiện đại từ lâu đã đ ợc đặt ra, nhất là tại các n ớc phát triển nhằm đảm bảo
tuyến đ ờng hài hoà, phù hợp với điều kiện chuyển động tốc độ cao của ôtô, tạo tuyến
đ ờng với quang cảnh phù hợp, các thông tin về ngoại cảnh đ ợc thu nhận thông qua thị
giác ng ời lái đ ợc dễ dàng uyển chuyển và đều đặn. điều đó giúp thần kinh ng ời lái
khỏi mệt mỏi, căng thẳng khi chạy xe trên những tuyến đ ờng dài. Đó chính là ph ơng
pháp thiết kế đ ờng ôtô Clothoid.
Tuyến đ ờng ôtô Clothoid là tuyến đ ờng bao gồm các đ ờng cong tròn và đ ờng
cong Clothoid nối tiếp nhau mà không có đoạn thẳng chêm hoặc nếu có thì đoạn thẳng
chêm rất ngắn, không đáng kể. Nh vậy đ ờng cong Clothoid từ là 1 yếu tố phụ giúp xe
ôtô chuyển tiếp từ đ ờng thẳng sang đ ờng cong và ng ợc lại để giảm bớt sự gia tăng đột
trên tuyến đ ờng cấp cao đ ợc êm thuận trở thành 1 yếu tố cơ bản, liên tục trong ph ơng
pháp thiết kế tuyến Clothoid. Điều đó giúp giả quyết đ ợc các vấn đề về yêu cầu độ đều
đặn, rõ ràng quang học của tuyến đ ờng, tăng c ờng sự thích hợp về mặt động lực học
của ôtô và tạo điều kiện cho lái xe đánh giá, phán đoán tình huống sắp xảy ra dễ dàng và

điều khiển ph ơng tiện tốt hơn góp phần gia tăng tốc độ chạy xe, giảm thiểu tai nạn giao
thông và tăng c ờng hiệu quả khai thác của tuyến đ ờng. Xu h ớng áp dụng tuyến đ ờng
ôtô Clôthid với tốc độ xe chạy cao vào xây dựng công trình đ ờng bộ ngày càng trở nên
cấp thiết nhất là trong giai đoạn phát triển hệ thống đ ờng ôtô cao tốc của Việt Nam hiện
nay.
Nhng nghiờn cu mi gn õy Vit Nam cng nh cỏc nc trờn th gii v
phng phỏp ny ó ch ra nhng tớnh u vit ca nú v tin hnh xõy dng nờn mt quy
trỡnh thit k ỏp dng. Phng phỏp ny ó c ỏp dng khỏ ph bin trong thit k
Luận án thạc sỹ: Ph.ơng pháp khảo sát đ.ờng ôtô clothoid Vũ Quốc Toản



Ch ơng I. Phần mở đầu

6
ng cp cao, điển hình là trong thiết kế đ ờng cao tốc. Vit Nam cng ó ỏp dng
phng phỏp ny vo thit k cỏc cụng trỡnh nh : ng cao tc H Ni -Lo Cai, Liờn
Khng- Lt và hiện nay đang áp dụng trong đ ờng cao tốc Hà Nội - Hải Phòng.
Vic s dng ng cong clothoid l mt yu t c lp cú chiu di ln hn nhiu
so vi chiu di ng cong, chuyn tip khi thit k thụng thng bng cỏch kt hp
trc tip vi nhau hoc vi cỏc ng cong trũn cú bỏn kớnh ln v cỏc on thng ngn
cho phộp ta thit k c mt bỡnh tuyn mm mi, c trin khai theo mt a hỡnh
mt cỏch t nhiờn s tho món c nhng yờu cu về thm m v cnh quan ca
tuyn ng, m bo v mt ng lc hc ụtụ, t ú to thun li ti a cho ngi lỏi xe
ỏnh giỏ v hnh x khi iu khin phng tin, gúp phn gim thiu tai nn giao thụng
v tng cht lung khai thỏc ca ng. Mt tuyn c thit k nh vy c gi l
tuyn clothoid. Nguyờn tc vch tuyn Clothoid l thay th cỏc ng thng bng cỏc
ng cong trũn cú bỏn kớnh ln kt hp vi ng cong Clothoid
Công tác khảo sát cung cấp số liệu đầu vào cho công tác thiết kế nên nó có vai trò
hết sức quan trọng. Việc cung cấp các số liệu chính xác trong công tác khảo sát địa hình

ảnh h ởng trực tiếp đến giải pháp thiết kế và khối l ợng thi công sau này. Có thế nói
trong công tác khảo sát đ ờng ô tô thì nội dung đ ợc quan tâm hàng đầu chính là số liệu
về địa hình. Hiện nay ph ơng pháp khảo sát tuyến cơ bản vẫn là định đỉnh cắm cong và
đo vẽ số liệu theo các đ ờng s ờn cơ bản đã vạch sẵn. Ph ơng pháp đo vẽ địa hình này áp
dụng cho tuyến đ ờng Clothiod sẽ không còn phù hợp vì tuyến đ ờng Clothoid rất khó
xác định đỉnh để định ra khu vực đo vẽ. Do vậy, đề tài này đ ợc nghiên cứu nhằm phân
tích các đặc điểm, yếu tố cơ bản của đ ờng Clothoid, áp dụng vào thực tế thiết kế đ ờng
ôtô cao tốc và đề ra ph ơng pháp khảo sát phù hợp.

Luận án thạc sỹ: Ph.ơng pháp khảo sát đ.ờng ôtô clothoid Vũ Quốc Toản


Ch ơng II: Đặc điểm của đ ờng Clothoid v tính phù hợp của nó với đ ờng cao tốc

7
Ch ơng II
đặc điểm của đ ờng clothoit
và tính phù hợp của nó với đ ờng cao tốc

II.1 Đặc điểm của đ ờng ôtô Clothoid.
II.1.1 Tìm hiểu sự chuyển động của ôtô trong đ ờng cong.
Trên bình đồ, một tuyến đ ờng ôtô đ ợc thiết kế bao gồm các đ ờng thẳng và đ ờng
cong tròn. Khi xe chạy từ đ ờng thẳng sang đ ờng cong có bán kính nhỏ tức là chuyển
trạng thái chạy từ độ dốc 2 mái của mặt đ ờng sang dộ dốc siêu cao 1 mái của đ ờng cong
và ng ợc lại cần bố trí đoạn nối siêu cao cho đoạn chuyển độ dốc trên.
Với các tuyến đ ờng ôtô cấp thấp, tốc dộ xe chay không cao, thì chuyển tiếp giữa đ ờng
thẳng và đ ờng cong chỉ cần đoạn nối siêu cao là đủ. Nh ng đối với đ ờng cấp cao, tốc độ
chạy xe lớn thì chỉ đoạn nối siêu cao không đủ để xe chạy an toàn khi chuyển tiếp giữa
đ ờng thẳng và đ ờng cong mà cần phải bố trí thêm đ ờng cong chuyển tiếp để nối đ ờng
thẳng và đ ờng cong tròn. Đoạn đ ờng cong chuyển tiếp này có chiều dài lớn hơn đoạn nối

siêu cao để đảm bảo chuyển đổi siêu cao đ ợc đều đặn.
Theo tiêu chuẩn thiết kế đ ờng ôtô của Việt Nam hiện hành ( TCVN 4054-05), đ ờng
ôtô thiết kế với vận tốc V
tk
60 Km/h thì không cần bố trí đ ờng cong chuyển tiếp mà chỉ
bố trí đoạn nối siêu cao.
Công thức xác định đoạn nối siêu cao:
L
i B
i
sc
sc
n
=
+
( )


i
sc
: Độ dốc siêu cao lấy i
sc max
.
B : Chiều rộng phần xe chạy.

Trong tr ờng hợp đoạn nối siêu cao nằm trong đoạn đ ờng có độ dốc dọc tại tim đ ờng
i
d
thì độ dốc nâng siêu cao i
nsc

đ ợc xác định bằng công thức:
Luận án thạc sỹ: Ph.ơng pháp khảo sát đ.ờng ôtô clothoid Vũ Quốc Toản


Ch ơng II: Đặc điểm của đ ờng Clothoid v tính phù hợp của nó với đ ờng cao tốc

8
nsc
n
dnsc
L
Bi
ii
)(

+
+=

Khi thiết kế, tính toán chiều dài đoạn nối siêu cao cần đối chiếu các trị số đoạn nối siêu
cao tối thiểu phụ thuộc vào tốc độ thiết kế, bán kính cong R và trị số độ dốc siêu cao đ ợc
quy định trong TCVN 4054-05.
Trong điều kiện địa hình phức tạp cần thiết phải bố trí nhiều đ ờng cong thì cần phải xem
xét bố trí các đ ờng cong trong 1 tổ hợp để thiết kế cho hợp lý. Không nên bố trí đ ờng
cong có bán kính lớn nằm giữa 2 đ ờng cong có bán kính nhỏ gần nhau vì lái xe không thể
đi với tốc độ thấp ở đ ờng cong có bán kính nhỏ thứ nhất rồi tăng tốc đi vào đ ờng cong có
bán kính lớn ở giữa rồi lại giảm tốc độ để đi vào đ ờng cong bán kính nhỏ thứ 2. T ơng tự,
không nên bố trí đ ờng cong có bán kính nhỏ nằm giữa 2 đ ờng cong có bán kính lớn vì sẽ
gây nguy hiểm khi xe dang chạy tốc độ cao phải giảm tốc độ đột ngột khi vào đ ờng cong
có bán kính nhỏ ở giữa. Do vậy, nguyên tắc khi lựa chọn bán kính 2 đ ờng cong liền nhau
là phải đảm bảo tốc độ xe chạy trên 2 đ ờng cong không chênh nhau quá 10-15km/h đồng

thời phải bố trí đ ờng cong chuyển tiếp có chiều dài phù hợp với địa hình và điều kiện xe
chạy.
Nh vậy, ta thấy độ ổn định và an toàn xe chạy trên đ ờng cong phụ thuộc vào sự
xuất hiện đột ngột và độ lớn của lực ly tâm (C), thành phần cơ bản của lực ngang có xu
h ớng kéo xe khỏi đ ờng cong. Theo các con số thống kê về tai nạn giao thông xảy ra trên
đ ờng cong nhiều hơn hẳn trên các đoạn đ ờng thẳng, ta phải giải quyết vấn đề lựa chọn
tốc độ tính toán và các trị số bán kính cong và cần bố trí 1 đoạn đ ờng cong chuyển tiếp có
bán kính giảm dần để lực ly tâm (C) tăng dần từ 0 cho đến giá trị cực đại C=G.v
2
/R khi xe
chạy vào đ ờng cong có bán kính R.
Ta thể hiện sự biến đổi đột ngột của lực ly tâm khi xe chạy từ đ ờng thẳng vào đ ờng cong
nh sau :

Luận án thạc sỹ: Ph.ơng pháp khảo sát đ.ờng ôtô clothoid Vũ Quốc Toản


Ch ơng II: Đặc điểm của đ ờng Clothoid v tính phù hợp của nó với đ ờng cao tốc

9

Hình II-1
Nếu nối giữa 2 đ ờng thẳng là đ ờng cong tròn thì lực ly tâm C xuất hiện đột ngột tại tiếp
đầu và biến mất tại tiếp cuối của đ ờng cong. Nếu bố trí đ ờng cong chuyển tiếp ở 2 đầu
đ ờng cong tròn thì lực ly tâm sẽ tăng dần đến 1 giá trị nhất định và không đổi trong đ ờng
cong tròn sau đó lại giảm dần khi xe ra khỏi đ ờng cong tròn.
Để tìm ra dạng đ ờng cong dùng làm đ ờng cong chuyển tiếp ta cần khảo sát các
điều kiện chạy xe trên đoạn đ ờng cong chuyển tiếp này. Trên hình vẽ biểu thị góc quay
của ôtô ứng với bán kính R. Khi xe vào đ ờng cong, ôtô thực hiện 2 chuyển động độc lập:
chuyển động tịnh tiến với tốc độ v(m/s) và chuyển động quay với vận tốc góc (1/s). Gọi S

là chiều dài đ ờng cong chuyển tiếp và là gốc ngoặt của bánh xe tr ớc thì vận tốc v và
tốc dộ góc đ ớc xác định:
dt
ds
v =
và
dt
d

=

Luận án thạc sỹ: Ph.ơng pháp khảo sát đ.ờng ôtô clothoid Vũ Quốc Toản


Ch ơng II: Đặc điểm của đ ờng Clothoid v tính phù hợp của nó với đ ờng cao tốc

10

Ta có
R
l
tg = trong đó : l - Chiều dài khung
gầm ôtô (m)
R Bán kính
đ ờng cong.
Do bán kính R rất lớn so với khung gầm xe nên
góc quay


l

từ đó ta có


d
l
d
2
2
= và
ds
dl


2
2
= .

Thay vào công thức tính vận tốc và vận tốc góc trên ta có
2



dvl
ds =
Hình II-2
Khi xe chạy vào đ ờng cong với vận tốc góc không đổi, tích phân ph ơng trình ds trên sẽ
đ ợc:
C
vl

s +=

0
.

với điều kiện ứng với vị trí đầu đ ờng cong chuyển tiếp thì s=0, = nên C=0.
Trong tr ờng hợp cụ thể, tốc độ v và vận tốc góc
0
cũng nh chiều dài gầm xe l là các trị
số không đổi nên ta đặt
0
.

vl
C =
, nh vậy ph ơng trình đ ờng cong chuyển tiếp sẽ là


C
S=


ở cuối đ ờng cong chuyển tiếp có chiều dài L và bán kính
R
=

nên ta có

R
C

L =
Thông số của đ ờng cong chuyển tiếp có thể đ ợc biểu diễn d ới dạng C = R.L


B
R
1
R
2
R

Luận án thạc sỹ: Ph.ơng pháp khảo sát đ.ờng ôtô clothoid Vũ Quốc Toản


Ch ơng II: Đặc điểm của đ ờng Clothoid v tính phù hợp của nó với đ ờng cao tốc

11

Nh vậy bố trí đ ờng cong chuyển tiếp dạng

C
S =
theo toạ độ cực sẽ làm gia tốc ly tâm
tăng từ từ tức là góc ngoặt của bánh lái cũng tăng từ từ khiến cho xe chuyển tiếp từ đ ờng
thẳng vào đ ờng cong 1 cách thuận lợi. Tuy nhiên, trên thực tế thì đối với đ ờng cong có
bán kính lớn, quỹ đạo của xe khi ra vào đ ờng cong không có sự khác biệt nhiều ( chỉ
khoảng 30-40cm), do vậy với đ ờng cấp thấp, tốc độ xe chạy nhỏ thì không cần bố trí
đ ờng cong chuyển tiếp mà chỉ cần bố trí đoạn nối siêu cao chuyển trắc ngang từ 2 mái
sang 1 mái.
Ta thấy đ ờng cong chuyển tiếp đ ợc bố trí để giảm bớt sự xuất hiện đột ngột của lực ly

tâm không gây cảm giác khó chịu cho ng ời ngồi trên xe, tức là trên toàn bộ chiều dài
đ ờng cong chuyển tiếp, gia tốc ly tâm không v ợt quá giá trị làm cho ng ời ngồi trên xe
cảm thấy khó chịu. Đây chính là điều kiện đầu tiên để xác định chiều dài đ ờng cong
chuyển tiếp.
Điều kiện thứ 2 là trên chiều dài đ ờng cong chuyển tiếp phải đủ để thực hiện việc
chuyển tiếp từ trắc ngang 2 mái về trắc ngang 1 mái với độ dốc
isc
. Nh vậy điều kiện này
đ ợc thể hiện L
ct
L
sc
.
Ngoài ra, điều kiện thứ 3 với đ ờng cấp hạng cao, đ ờng cao tốc thì chiều dài đ ờng
cong chuyển tiếp phải đ ợc lựa chọn sao cho tuyến hài hoà, êm thuận và đều đặn trong
không gian, đạt đ ợc độ bằng phẳng về mặt quang học. điều kiện này giúp lái xe yên tâm
điều khiển xe chạy với tốc độ cao trên đ ờng cong chuyển tiếp và hành khách trên xe cảm
thấy dễ chịu.
Để bố trí đ ợc 1 đ ờng cong chuyển tiếp đạt yêu cầu cần thoả mã cả 3 điều kiện trên. Đối
với điều kiện thứ nhất:
Gia tốc ly tâm tăng từ từ trong khoảng 0 đến giá trị
R
v
2
, độ tăng của gia tốc này đ ợc
tính nh sau:
t
R
v
I

.
2
=
.
Thời gian t là thời gian xe đi hết đoạn đ ờng L của đ ờng cong chuyển tiếp, thay vào công
thức trên ta có
)/(
.
3
3
sm
L
R
v
I =
.
Luận án thạc sỹ: Ph.ơng pháp khảo sát đ.ờng ôtô clothoid Vũ Quốc Toản


Ch ơng II: Đặc điểm của đ ờng Clothoid v tính phù hợp của nó với đ ờng cao tốc

12

Từ đó ta có chiều dài đ ờng cong chuyển tiếp
)(
.
3
m
I
R

v
L =

Với: v - là tốc độ xe chạy không đổi trên đ ờng cong chuyển tiếp (m/s)
R- bán kính đ ờng cong tròn (m)
Nếu V tính là km/h và L tính bằng m thì
)(
.
47
3
m
I
R
V
L =

Với mỗi quốc gia có các nghiên cứu và đ a ra trị số giới hạn khac nhau về độ tăng
gia tốc ly tâm I ví dụ: ở Mỹ chọn I=1,3 feet/s
3
, ở Pháp chọn I= (0,65 1,0) m/s
3
, tại CHLB
Đức I= (0,3 0,8) m/s
3
, tại Thuỵ Điển I=0,8 m/s
3

Từ công thức tính chiều dài đ ờng cong chuyển tiếp ta thấy nếu tăng bán kính đ ờng
cong tròn thì chiều dài đ ờng cong chuyển tiếp và ng ợc lại nếu tăng tốc độ xe thiết kế thì
chiều dài đ ờng cong chuyển tiếp tăng lên đáng kể. Ta thấy rõ rằng, ứng với tốc độ thiết kế

( đ ợc quy định cho mỗi cấp đ ờng) nếu bán kính cong đ ợc thiết kế với trị số lớn thì
đ ờng cong chuyển tiếp tính theo điều kiện thứ nhất sẽ không còn ý nghĩa vì quá ngắn, do
vậy với các đ ờn cong bán kính R lớn, bố trí đ ờng cong chuyển tiếp chỉ để thoả mãn điều
kiện thứ 3: tạo độ bằng phẳng quang học cho tuyến đ ờng trong không gian. Các đ ờng
cong chuyển tiếp đ ợc thiết kế lớn hơn giá trị cần thiết theo điều kiện thứ nhất nhằm loại bỏ
sự sai lệch thị giác về hình dạng tuyến đ ờng khi xe đang chạy. Để dảm bảo độ đều đặn,
bằng phẳng thị giác khi đi trên đ ờng cong chuyển tiếp thì góc ngoặt của tuyến không nhỏ
hơn 3
0
và chiều dài đ ờng cong chuyển tiếp không nhỏ hơn 1/4 đ ờng cong tròn cơ bản.
Xét 1 cách toàn diện thì tuỳ thuộc vào cấp đ ờng, tốc độ thiết kế và điều kiện cụ thể của địa
hình để quyết định lựa chọn chiều dài của đ ờng cong chuyển tiếp ứng với mỗi bán kính
thiết kế của đ ơng cong tròn. Chiều dài đ ờng cong chuyển tiếp thoả mãn các điều kiện đã
nêu trên, đó là :
- Bảo đảm gia tốc ly tâm tăng từ từ trên suốt chiều dài đ ờng cong chuyển tiếp cho
đến giá trị cực đại khi vào đ ờng cong tròn cơ bản.
- Bảo đảm trên đ ờng cong chuyển tiếp thực hiện đ ợc đoạn nối siêu cao chuyển từ
trắc ngang 2 mái sang trắc ngang 1 mái có độ dốc ngang isc kể cả khi đ ờng cong
chuyển tiếp nằm trên đoạn có độ dốc dọc tại tim đ ờng.
Luận án thạc sỹ: Ph.ơng pháp khảo sát đ.ờng ôtô clothoid Vũ Quốc Toản


Ch ơng II: Đặc điểm của đ ờng Clothoid v tính phù hợp của nó với đ ờng cao tốc

13

- Bảo đảm độ đều đặn không gian và êm thuận về mặt quang học của tuyến trên đ ờng
cong chuyển tiếp để lái xe yên tâm điều khiển xe chạy với tốc độ thiết kế mong muốn,
nâng cao an toàn và thuận lợi cho xe chạy.
- Bảo đảm cho lái xe có trình độ trung bình có đủ thời gian điều khiển tay lái quay từ

từ.
Ngoài ra, khi thiết kế chiều dài đ ờng cong chuyển tiếp còn phải tính đến sự thay đổi
vận tốc khi xe chạy vào đ ờng cong chuyển tiếp với giá trị khác trên đ ờng thẳng. Cụ thể,
khi xe chạy vào đ ờng cong chuyển tiếp, lái xe th ờng hãm phanh giảm tốc độ chay từ vận
tốc v
t
sang vận tốc v
c
và sinh ra gia tốc âm còn khi ra khỏi đ ờng cong tròn lái xe sẽ tăng
tốc tạo gia tốc d ơng. Tr ờng hợp này chủ yếu xảy ra trong các nút giao thông khi xe đi
vào đ ờng rẽ ( rẽ phải hoặc rẽ trái) và từ trong đ ờng cong ra khỏi đ ờng rẽ lái xe phải tăng
tốc độ. Tốc độ xe chay trong đ ờng rẽ thấp hơn tốc độ trên đ ờng chính nên đ ờng cong
chuyển tiếp ở 2 đầu đ ờng rẽ sẽ thiết kế với vận tốc thay đổi và đ ợc tính từ điều kiện hãm
xe với tốc độ cuối bằng tốc độ hạn chế t ơng ứng với đ ờng cong tròn có bán kính R đ ợc
thiết kế.
II.1.2 Các đ ờng cong toán học áp dụng làm đ ờng cong chuyển tiếp.
Đ ờng cong chuyển tiếp có dạng phần đầu (phía cuối đoạn thẳng) có bán kính bằng
vô cùng, cong phần cuối tiếp nối với đ ờng cong tròn thì có bán kính bằng bán kính đ ờng
cong tròn. Trong toán học có 1 số dạng đ ờng cong thoả mãn 1 số yêu trên. đó là các
đ ờng cong xoắn ốc Clothoid, đ ờng hoa thị Lemniscat Becnuli, đ ờng Parabol bậc 3 và
bậc 3. Ng ời ta sử dụng 1 phần đ ờng cong này để lam đ ờng cong chuyển tiếp hoặc phố
hợp 3 đ ờng cong có bán kính khác nhau để làm đ ờng cong chuyển tiếp. Trong thực tế,
các đ ờng cong này đ ợc áp dụng rộng rãi trong thiết kế đ ờng ôtô bởi các yếu tố sau;
- Dạng đ ờng cong phù hợp với quỹ đạo chuyển động của xe.
- Tính toán và cắm cong đ ợc đơn giản, dễ dàng.
Hiện nay, đ ờng cong clothoid đ ợc áp dụng làm đ ờng cong chuyển tiếp nhiều hơn và phổ
biến hơn ở nhiều n ớc.
Ph ơng trình đ ờng cong clothoid nh sau:
Luận án thạc sỹ: Ph.ơng pháp khảo sát đ.ờng ôtô clothoid Vũ Quốc Toản

Ch ơng II: Đặc điểm của đ ờng Clothoid v tính phù hợp của nó với đ ờng cao tốc

14

+ Trong toạ độ độc cực
S
A
2
=
trong đó A - Thông số đ ờng cong.
- bán kính đ ờng cong, tỷ lệ nghịch với chiều dài đ ờng cong chuyển tiếp S
+ Trong toạ độ vuông góc
dsdsx
ss
)
!4!2
1(cos
42
00
+==



dsdsy
ss
)
!5!3
(sin
53

00
+==



từ đó, ta tính ra toạ độ theo thông số LRA .= thì

3456
40
8
9
2
5
+=
A
S
A
S
Sx


336
6
6
7
2
3
=
A
S

A
S
y

2 chuỗi x,y hội tụ rất nhanh nên khi tính toán để cắm cong ta chỉ cần lấy 2 số hạng đầu.
Đ ờng cong chuyển tiếp có đặc điểm là các đ ờng cong khác nhau có chiều dài và
thông số khác nhau nh ng chúng luôn giống nhau về mặt hình học và chiều dài đ ờng cong
thay đổi tỷ lệ thuận với thông số A. Sự giống nhau về mặt hình học cho phếp xác lập mối
t ơng quan giữa các thông số A, R, L, tại các điểm đặc tr ng của đ ờng cong Clothoid.
Điều đó đ ợc thể hiện qua khái niệm bán kính đơn vị
A
R
r =
A=rL
R=rA=r
2
L

2
r
R
r
A
L ==


2
2
1
2

r
R
L
==

Luận án thạc sỹ: Ph.ơng pháp khảo sát đ.ờng ôtô clothoid Vũ Quốc Toản


Ch ơng II: Đặc điểm của đ ờng Clothoid v tính phù hợp của nó với đ ờng cao tốc

15



Hình II-3 Các đặc tr ng Clothoid
Các điểm đặc tr ng của đ ờng cong Clothoid đ ợc tính toán lập bảng để tiện tra cứu
phục vụ công tác tính toán cắm cong. Phạm vi sử dụng đ ờng cong clothoid làm đ ờng
cong chuyển tiếp chỉ lấy trong đoạn từ 1 đến 4 trong hình vẽ đặc tr ng đ ờng cong
clothoid tứ góc giữa các đ ờng tang ở vị trí này là =0,5rad.
Một đặc điểm khác của đ ờng cong chuyển tiếp là 2 đ ờng cong clothoid đồng dạng
khi các thông số S
1
=k.S
2

R
1
=k.R
2

A
1
=k.A
2
Với S
1
, R
1
, A
1
là thông số đ ờng cong Clothoid thứ 1
S
2
, R
2
, A
2
là thông số đ ờng cong Clothoid thứ 2
Từ đó, ng ời ta lập bảng tính sẵn các toạ độ x,y của đ ờng cong clothoid có thông số
A=1 để cắm đ ờng cong có thông số A bất kỳ. Các toạ độ của đ ờng cong chuyển tiếp
clothoid thiết kế tại mỗi điểm đều có trị số:
Luận án thạc sỹ: Ph.ơng pháp khảo sát đ.ờng ôtô clothoid Vũ Quốc Toản


Ch ơng II: Đặc điểm của đ ờng Clothoid v tính phù hợp của nó với đ ờng cao tốc

16

X
i

= x
bảng
.A
Y
i
= y
bảng
.A
Với x
bảng,
y
bảng
là toạ độ của đ ờng cong chuyển tiếp có A=1.
II.1.3 Các dạng kết hợp đ ờng cong chuyển tiếp.
Đ ờng cong Clothoid có các dạng kết hợp sau:
- Hai đ ờng cong Clothoid kết hợp trực tiếp với nhau và đối xứng.
- Kết hợp trực tiếp hai đ ờng cong Clothoid nh ng không đối xứng
- Kết hợp 2 đ ờng cong Clothoid đối xứng có 1 đoạn chêm tròn.
- Kết hợp 2 đ ờng cong Clothoid đối xứng không có đoạn chêm tròn.
* Kết hợp các đ ờng cong cùng chiều:
- Bố trí đoạn thẳng chêm giữa 2 đ ờng cong Clothoid.
- Không bố trí đoạn thẳng chêm giữa 2 đ ờng cong.
- Kết hợp các cung Clothoid liên tiếp nhau.
* Kết hợp các đ ờng cong ng ợc chiều:
- Bố trí đoạn thẳng chêm giữa 2 đ ờng cong Clothoid ng ợc chiều.
- Kết hợp trực tiếp giữa 2 đ ờng cong Clothoid ng ợc chiều.
a. Đ ờng cong tròn nối 2 đ ờng cong chuyển tiếp đối xứng.
Tr ờng hợp này đ ợc áp dụng phổ biến trong thiết kế tuyến đ ờng ôtô, theo tiêu chuẩn Việt
Nam TCVN 4054-2005 thì các tuyến đ ờng có tốc độ thiết kế V 60 km/h đều phải thiết kế
đ ờng cong Clothoid chuyển tiếp giữa đ ờng thẳng và đ ờng cong.

Hình II-4
Luận án thạc sỹ: Ph.ơng pháp khảo sát đ.ờng ôtô clothoid Vũ Quốc Toản


Ch ơng II: Đặc điểm của đ ờng Clothoid v tính phù hợp của nó với đ ờng cao tốc

17

Hai đ ờng cong chuyển tiếp Clothoid có cùng thông số A. Thực tế tr ờng hợp này chỉ
thuận lợi cho nh ng nơi tuyến đi qua ít có điểm khống chế. Để thuận lợi khi tính toán và
cắm cong ngoài thực địa, ta sử dụng các bảng tính sẵn khi biết bán kính đ ờng cong tròn R
và chiều dài đ ờng cong chuyển tiếp L.
Các thông số và công thức cơ bản để tính toán:
+ Góc ngoặt
+ Góc t ơng ứng với phần còn lại của đ ờng cong tròn ==2
+ Chiều dài đ ờng cong tròn cơ bản

2
)(

tgpRT
k
+=

+ Đ ờng tang toàn bộ đ ờng cong: T= T
k
+ t
+ Chiều dài đ ờng cong tròn
180
o

R
K

=

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4054-2005 có quy định 1 số giá trị tối thiểu và nên dùng đối
với tuyến Clothoid theo bảng
Bán kính R (m) 500 800 1200 1600
Thông số A
(m)
Nên dùng 270 350 450
Tối thiểu 200 270 350
Và chiều dài đ ờng cong tròn chêm giữa 2 đ ờng cong chuyển tiếp phải có chiều dài tối
thiểu phụ thuộc vào tốc độ xe chạy thiết kế:
Tốc độ xe chạy thiết kế (km/h) 30-40 50-60

70-80 90-100
Chiêu dài tối thiểu đ ờng cong tròn (m) 20 35 50 70
b. Đ ờng cong tròn nối 2 đ ờng cong chuyển tiếp không đối xứng
Tr ờng hợp nối tiếp này có 2 đ ờng cong Clothoid 2 đầu với thông số A khác nhau. Tuy
nhiên, để đảm bảo tính thẩm mỹ, không nên chọn 2 thông số A v ợt quá tỷ số
3
1
2
1

A
A
.
Dạng kết nối này th ờng dùng khi muốn đặt tuyến qua các điểm đã cho tr ớc. Do 2 đ ờng

Luận án thạc sỹ: Ph.ơng pháp khảo sát đ.ờng ôtô clothoid Vũ Quốc Toản


Ch ơng II: Đặc điểm của đ ờng Clothoid v tính phù hợp của nó với đ ờng cao tốc

18

Clothoid có chiều dài khác nhau nên độ dịch p khác nhau, do vậy ta cần hiệu chỉnh khi xác
định chiều dài toàn bộ của đ ờng cong.

Hình II-5

Hình II-6
Luận án thạc sỹ: Ph.ơng pháp khảo sát đ.ờng ôtô clothoid Vũ Quốc Toản


Ch ơng II: Đặc điểm của đ ờng Clothoid v tính phù hợp của nó với đ ờng cao tốc

19

Giả sử 2 đ ờng cong Clothoid có chiều dài L
1
, L
2
và L
1
<L
2
. Mối đ ờng cong Clothoid có
các thông số t ơng ứng với chỉ số 1 và 2: Chiều dài L, góc tiếp tuyến , độ chuyển dịch p,

đ ờng tang lớn T và đ ờng tang phụ t.
+ Đ ờng tang K đ ợc tính
2
)(
1

tgpRT
k
+=

+ Các đại l ợng phụ trợ z
1
, z
2
đ ợc tính:



gppz
pp
z
cot)(
sin
121
12
1
=

=

+ Chiều dài đ ờng tang ở 2 nhánh đ ợc tính theo công thức:

2121222
1
12
1111
cot)(
2
)(
sin2
)(
tgpptgpRtzTT
t
pp
tgpRtzTT
k
k
++=+=
+

++=++=





+ Góc ở tâm ứng với phần đ ờng cong tròn:
)(
21
+=

c. Đ ờng cong chuyển tiếp liên tục.
Là sự kết hợp trực tiếp 2 đ ờng cong chuyển tiếp Clothoid với nhau mà không có đoạn
chêm tròn. Dạng kết hợp này làm tăng chiều dài đ ờng cong nên tuyến đ ờng êm thuận và
cải thiện đ ợc chế độ xe chạy. Tr ờng hợp này th ờng đ ợc áp dụng khi bị địa hình khống
chế: bán kính cong tại điểm tiếp xúc của 2 đ ờng cong đ ợc lựa chọn có trị số lớn và góc
ngoặt nhỏ.
Chiều dài đ ờng cong chuyển tiếp đ ợc tính bằng công thức:

0
3,57

R
L =

1. Đ ờng cong chuyển tiếp Clothoid liên tục dạng đối xứng.