Quay siêu cao trong Civil 3D theo TCVN

Một trong những nội dung quan trọng khi thiết kế đường ô tô là quay siêu cao trong đường cong bằng. Phần mềm Civil 3D sử dụng tiêu chuẩn ASSHITO để thiết kế siêu cao bao gồm các nội dung:

+ Cách quay siêu cao và công thức tính toán

+ Lựa chọn độ dốc siêu cao và chiều dài đoạn nối siêu cao

+ Độ mở rộng trong đoạn nối siêu cao

Có sự khác nhau giữa TCVN và ASSHITO về thiết kế đoạn nối siêu cao, do vậy để ứng dụng civil 3D theo TCVN cần có sự hiệu chỉnh cần thiết cho phù hợp.

Bài viết tập trung vào phần quan trọng đầu tiên là cách quay siêu cao và công thức tính toán

A. Phần mặt đường:

Về cách quay siêu cao, cần phân tích cấu tạo đoạn nối siêu cao để tìm hiểu sự khác nhau giữa hai tiêu chuẩn như thế nào:

Sơ đồ mô tả cấu tạo đoạn nối siêu cao theo TCVN (Hình 1):

Ta cần tìm hiểu chi tiết các thông số của đoạn nối siêu cao theo tiêu chuẩn ASSHITO và qua đó so sánh với TCVN như bảng dưới:

Thông số	Mô tả
NC	Dốc hai mái (Normal Crown).
LC	Độ dốc một mái 0% (Level Crown).
RC	Hai mái quay cùng độ dốc (Reverse Crown).
BC	Bắt đầu đường cong (Begin of Curve)Vị trí này trùng với vị trí cọc TĐ.
FS	Siêu cao (Full Super).
{e}	Độ dốc siêu cao. Độ dốc siêu cao được lấy từ bảng độ dốc siêu cao, phụ thuộc vào tốc độ thiết kế và bán kính cong. Theo TCVN thì đại lượng này tương đương với i_sc.
{t}	Chiều dài đoạn nối siêu cao được lấy từ bảng lập sẵn phụ thuộc vào tốc độ thiết kế và bán kính cong. Trong tiêu chuẩn ASSHITO thì đây chính là đoạn LCtoFS còn trong TCVN 4054-05 thì là NCtoFS tương đương với đại lượng L_sc(Chi tiết theo giải thích bảng dưới).
{c}	Độ dốc mặt đường không siêu cao. Theo TCVN thì đại lượng này tương đương với i_n.
{s}	Độ dốc lề đất không siêu cao.
{w}{l}	Bề rộng mặt đường Theo TCVN thì đại lượng này tương đương với b.Chiều dài đường ocng chuyển tiếp

Bảng sau minh họa chiều dài các đoạn nối siêu cao tương ứng trong ASSHITO và TCVN (Chi tiết xem thêm ở hình minh họa 1)

Thông số	Sơ đồ và định nghĩa	Tương ứng với đoạn trong TCVN
NCtoFS	Chiều dài đoạn từ vị trí NC tới vị trí FS	= Lsc hoặc = L1+L2+L3
LCtoFS	Chiều dài đoạn từ vị trí LC tới vị trí FS	= L2+L3
NCtoBC	Chiều dài đoạn từ vị trí NC tới vị trí BC	Theo TCVN 4054-05. Đoạn nối siêu cao bố trí trùng với đường cong chuyển tiếp hoặc một nửa trên đường cong, một nửa trên đường thằng, do vậy:+ Trong trường hợp bố trí trùng đường cong chuyển tiếp:= Lsc = Lct (Chiều dài đường cong chuyển tiếp)+ Trong trường hợp không có đường cong chuyển tiếp:= Lsc/2 hoặc (L1+L2+L3)/2
NCtoLC	Chiều dài đoạn từ vị trí NC tới vị trí LC	= L1
LCtoRC	Chiều dài đoạn từ vị trí LC tới vị trí RC	= L2

Như vậy điều khác biệt đầu tiên là sự khác nhau về thông số {t}: Theo ASSHITO là LCtoFS, theo TCVN4054-05 là NCtoFS

Tiếp theo ta cần đi sâu phân tích công thức tính các đoạn nối siêu cao theo TCVN4054-05 như thế nào:

1. Đường hai mái:

a. Với đường không có dải phân cách giữa:

+ Trường hợp 1: Quay siêu cao quanh tim đường

Theo các giáo trình về thiết kế đường thì công thức tính các thông số trong đoạn nối siêu cao như sau:

Do vậy:

NCtoFS = {t} = Lsc

if = b.(isc+in)/(2Lsc) thay vào công thức tính NCtoLC = L1 = L2 = LCtoRC = in.Lsc/(isc+in) = {c}*{t}/({e}+{c})

LCtoFS = L2 + L3 = b.isc/(2.if) thay công thức tính if ở trên vào được LCtoFS = isc.Lsc/(isc+in) = {e}*{t}/({e}+{c})

Tổng kết lại, để thiết lập công thức các thông số trong đoạn nối siêu cao theo TCVN4054-05, ta có bảng sau:

+ Với trường hợp không có đường cong chuyển tiếp:

Thông số	Công thức tính
NCtoFS	{t}
NCtoLC	{c}*{t}/({e}+{c})
LCtoRC	{c}*{t}/({e}+{c})
LCtoFS	{e}*{t}/({e}+{c})
NCtoBC	0.5*{t}

Với trường hợp có đường cong chuyển tiếp:

Thông số	Công thức tính
NCtoFS	{t}
NCtoLC	{c}*{t}/({e}+{c})
LCtoRC	{c}*{t}/({e}+{c})
LCtoFS	{e}*{t}/({e}+{c})
NCtoBC	{l} hoặc {t}

+ Trường hợp 2: Quay siêu cao quanh mép đường:

Công thức tính các thông số trong đoạn nối siêu cao như sau:

với các đại lượng tương tự như công thức tính trong TH quay siêu cao quanh tim đường.

Từ đó:

NCtoFS = {t} = Lsc

if = b.isc/Lsc thay vào công thức tính NCtoLC = L1 = L2 = LCtoRC = in.Lsc/isc = {c}*{t}/{e}

LCtoFS = L2 + L3 = (2b.isc – b.in)/(2.if) thay công thức tính if ở trên vào được LCtoFS =(2.isc – in).Lsc/(2.isc) = (2*{e}-{c})*{t}/(2*{e})

Với trường hợp không có đường cong chuyển tiếp:

Thông số	Công thức tính
NCtoFS	{t}
NCtoLC	{c}*{t}/({e})
LCtoRC	{c}*{t}/({e})
LCtoFS	(2{e}-{c}){t}/(2*{e})
NCtoBC	0.5*{t}

Với trường hợp có đường cong chuyển tiếp:

Thông số	Công thức tính
NCtoFS	{t}
NCtoLC	{c}*{t}/({e})
LCtoRC	{c}*{t}/({e})
LCtoFS	(2{e}-{c}){t}/(2*{e})
NCtoBC	{l} hoặc {t}

b. Với đường có dải phân cách giữa:

+ TH1: Trường hợp này có tâm quay tại tim đường nằm trên dải phân cách được mô tả như hình dưới:

trong đó:

Trường hợp này chiều dài các đoạn nối siêu cao được tính như TH mặt đường không dải phân cách và quay siêu cao quanh tim đường ở trên trong đó bề rộng mặt đường tính bằng giá trị b như trên hình. Cùng điểm lại bảng công thức:

Với trường hợp có không có đường cong chuyển tiếp:

Thông số	Công thức tính
NCtoFS	{t}
NCtoLC	{c}*{t}/({e}+{c})
LCtoRC	{c}*{t}/({e}+{c})
LCtoFS	{e}*{t}/({e}+{c})
NCtoBC	0.5*{t}

Với trường hợp có đường cong chuyển tiếp:

Thông số	Công thức tính
NCtoFS	{t}
NCtoLC	{c}*{t}/({e}+{c})
LCtoRC	{c}*{t}/({e}+{c})
LCtoFS	{e}*{t}/({e}+{c})
NCtoBC	{l} hoặc {t}

+ TH 2: Là trường hợp có tâm quay siêu cao tại mép trong đường như hình dưới:

trong đó:

Khi đó chiều dài các đoạn nối siêu cao được tính theo công thức dưới đây:

NCtoFS = {t} = Lsc

if = b.(isc+in)/Lsc thay vào công thức tính NCtoLC = L1 = L2 = LCtoRC = in.Lsc/(isc+in) = {c}*{t}/({e}+{c})

LCtoFS = L2 + L3 = b.isc/if thay công thức tính if ở trên vào được LCtoFS = isc.Lsc/(isc+in) = {e}*{t}/({e}+{c})

Tổng kết lại, để thiết lập công thức các thông số trong đoạn nối siêu cao theo TCVN4054-05, ta có bảng sau:

+ Với trường hợp không có đường cong chuyển tiếp:

Thông số	Công thức tính
NCtoFS	{t}
NCtoLC	{c}*{t}/({e}+{c})
LCtoRC	{c}*{t}/({e}+{c})
LCtoFS	{e}*{t}/({e}+{c})
NCtoBC	0.5*{t}

Với trường hợp có đường cong chuyển tiếp:

Thông số	Công thức tính
NCtoFS	{t}
NCtoLC	{c}*{t}/({e}+{c})
LCtoRC	{c}*{t}/({e}+{c})
LCtoFS	{e}*{t}/({e}+{c})
NCtoBC	{l} hoặc {t}

+ TH 3: Là trường hợp có tâm quay siêu cao tại mép đường phía ngoài như hình vẽ dưới đây:

trong đó:

Trường hợp này chiều dài các đoạn nối siêu cao được tính như trường hợp đường không có dải phân cách và quay siêu cao quanh mép đường ở trên.

Chúng ta cùng điểm lại công thức như sau:

Với trường hợp không có đường cong chuyển tiếp:

Thông số	Công thức tính
NCtoFS	{t}
NCtoLC	{c}*{t}/({e})
LCtoRC	{c}*{t}/({e})
LCtoFS	(2{e}-{c}){t}/(2*{e})
NCtoBC	0.5*{t}

Với trường hợp có đường cong chuyển tiếp:

Thông số	Công thức tính
NCtoFS	{t}
NCtoLC	{c}*{t}/({e})
LCtoRC	{c}*{t}/({e})
LCtoFS	(2{e}-{c}){t}/(2*{e})
NCtoBC	{l} hoặc {t}

+ TH 4: là trường hợp tâm quay siêu cao tại tim các làn đường như hình vẽ:

Trong đó:

Trong trường hợp này công thức tính chiều dài các đoạn nối siêu cao như sau:

NCtoFS = {t} = Lsc

if = b.(isc+in)/(2*Lsc) thay vào công thức tính NCtoLC = L1 = L2 = LCtoRC = in.Lsc/(isc+in) = {c}*{t}/({e}+{c})

LCtoFS = L2 + L3 = b.isc/(2*if) thay công thức tính if ở trên vào được LCtoFS = isc.Lsc/(isc+in) = {e}*{t}/({e}+{c})

Bảng tổng kết công thức tính chiều dài các đoạn nối siêu cao:

+ Với trường hợp không có đường cong chuyển tiếp:

Thông số	Công thức tính
NCtoFS	{t}
NCtoLC	{c}*{t}/({e}+{c})
LCtoRC	{c}*{t}/({e}+{c})
LCtoFS	{e}*{t}/({e}+{c})
NCtoBC	0.5*{t}

Với trường hợp có đường cong chuyển tiếp:

Thông số	Công thức tính
NCtoFS	{t}
NCtoLC	{c}*{t}/({e}+{c})
LCtoRC	{c}*{t}/({e}+{c})
LCtoFS	{e}*{t}/({e}+{c})
NCtoBC	{l} hoặc {t}

+ TH 5: là trường hợp tâm quay siêu cao tại mép ngoài các làn đường như hình dưới:

Trong đó:

Khi đó công thức tính chiều dài các đoạn nối siêu cao như sau:

NCtoFS = {t} = Lsc

if = b.(isc+in)/Lsc thay vào công thức tính NCtoLC = L1 = L2 = LCtoRC = in.Lsc/(isc+in) = {c}*{t}/({e}+{c})

LCtoFS = L2 + L3 = b.isc/if thay công thức tính if ở trên vào được LCtoFS = isc.Lsc/(isc+in) = {e}*{t}/({e}+{c})

Tổng kết lại, để thiết lập công thức các thông số trong đoạn nối siêu cao theo TCVN4054-05, ta có bảng sau:

+ Với trường hợp không có đường cong chuyển tiếp:

Thông số	Công thức tính
NCtoFS	{t}
NCtoLC	{c}*{t}/({e}+{c})
LCtoRC	{c}*{t}/({e}+{c})
LCtoFS	{e}*{t}/({e}+{c})
NCtoBC	0.5*{t}

Với trường hợp có đường cong chuyển tiếp:

Thông số	Công thức tính
NCtoFS	{t}
NCtoLC	{c}*{t}/({e}+{c})
LCtoRC	{c}*{t}/({e}+{c})
LCtoFS	{e}*{t}/({e}+{c})
NCtoBC	{l} hoặc {t}

2. Đường một mái:

Vì đường có một mái dốc nên không cần hai đoạn L1, L2 như hình trên để quay một mái dốc về 0% và về cùng độ dốc mặt đường.

Do đó: L1 = L2 = 0

a. Với đường không có dải phân cách giữa:

+ Trường hợp 1: Quay siêu cao quanh tim đường

NCtoFS = {t} = Lsc

NCtoLC = L1 = L2 = 0

LCtoFS = L2 + L3 = L3 =Lsc

Tổng kết lại, để thiết lập công thức các thông số trong đoạn nối siêu cao theo TCVN4054-05, ta có bảng sau:

+ Với trường hợp không có đường cong chuyển tiếp:

Thông số	Công thức tính
NCtoFS	{t}
NCtoLC	0
LCtoRC	0
LCtoFS	{t}
NCtoBC	0.5*{t}

Với trường hợp có đường cong chuyển tiếp:

Thông số	Công thức tính
NCtoFS	{t}
NCtoLC	0
LCtoRC	0
LCtoFS	{t}
NCtoBC	{l} hoặc {t}

+ Trường hợp 2: Quay siêu cao quanh mép đường:

Công thức tính các thông số trong đoạn nối siêu cao như sau:

NCtoFS = {t} = Lsc

NCtoLC = L1 = L2 = 0

LCtoFS = L2 + L3 = L3 = Lsc

Với trường hợp không có đường cong chuyển tiếp:

Thông số	Công thức tính
NCtoFS	{t}
NCtoLC	0
LCtoRC	0
LCtoFS	{t}
NCtoBC	0.5*{t}

Với trường hợp có đường cong chuyển tiếp:

Thông số	Công thức tính
NCtoFS	{t}
NCtoLC	0
LCtoRC	0
LCtoFS	{t}
NCtoBC	{l} hoặc {t}

b. Với đường có dải phân cách giữa:

Tương tự như trên, chúng ta cũng có 5 trường hợp khác nhau.

+ TH1: Trường hợp này có tâm quay được mô tả như hình dưới:

trong đó:

+ TH 2: Tâm quay siêu cao như hình dưới:

trong đó:

+ TH 3: Là trường hợp có tâm quay siêu cao như hình vẽ dưới đây:

trong đó:

+ TH 4: là trường hợp tâm quay như hình vẽ:

Trong đó:

+ TH 5: là trường hợp tâm quay như hình dưới:

Trong đó:

TRong cả năm trường hợp trên thì công thức tính chiều dài các đoạn nối siêu cao như sau:

NCtoFS = {t} = Lsc

NCtoLC = L1 = L2 = LCtoRC = 0

LCtoFS = L2 + L3 = L3 =Lsc ={t}

Tổng kết lại, để thiết lập công thức các thông số trong đoạn nối siêu cao theo TCVN4054-05 cho cả năm trường hợp trên , ta có bảng tổng kết sau:

+ Với trường hợp không có đường cong chuyển tiếp:

Thông số	Công thức tính
NCtoFS	{t}
NCtoLC	0
LCtoRC	0
LCtoFS	{t}
NCtoBC	0.5*{t}

Với trường hợp có đường cong chuyển tiếp:

Thông số	Công thức tính
NCtoFS	{t}
NCtoLC	0
LCtoRC	0
LCtoFS	{t}
NCtoBC	{l} hoặc {t}

Sau khi đá tính toán công thức cho tất cả các trường hợp quay siêu cao thì phần cuối cùng, để thay đổi công thức quay siêu cao trong civil 3D, bạn vào menu: “Alignments/ Design Criteria Editor..” rồi sửa lại các công thức như trên theo hình dưới:

Trên đây ta đã đi phân tích cách hiệu chỉnh công thức tính toán các thông số của đoạn nối siêu cao và nhập nó vào trong file tiêu chuẩn thiết kế. Công thức tính toán được áp dụng cho trường hợp mặt đường không có dải phân cách và quay siêu cao quanh tim đường.

B. Phần lề đường:

Theo TCVN4054-05 thì có quy định: Trong đoạn có siêu cao, lề đường phần bụng đường cong sẽ có độ dốc theo phần mặt đường và lề đường phần lưng đường cong sẽ có độ dốc không thay đổi và dốc về phía lưng đường cong. Do vậy để hiệu chỉnh siêu cao phần lề đường theo TCVN, tiến hành hai bước sau để đảm bảo phần lề đường có độ dốc theo yêu cầu trên.

Cho vấn đề được đơn giản ta sẽ phân tích một ví dụ cụ thể sau. Trong mẫu dự án này ta sử dụng lề đường loại: ”LinkWidthAndSlope” như hình vẽ:

Bước 1: Chọn tuyến đường, nhấn chuột phải rồi chọn Edit Superelevation

Chạy trình tính toán siêu cao theo các bước sau:

Trong đó, mục Shoulder slope treatment:

+ Mục Low side: phía bụng đường cong có ba lựa chọn

Default slopes: Độ dốc lề đường không thay đổi như mặc định
Match lane slopes: Độ dốc lề đường lấy bằng độ dốc phần mặt đường cùng phía
Breakover removal: Độ dốc lề đất sẽ không thay đổi theo giá trị mặc định nếu độ dốc mặt đường < giá trị cho trước và sẽ lấy bằng độ dốc phần mặt đường nếu độ dốc mặt vượt qua giá trị cho trước

Cụ thể trong trường hợp này ta chọn “Match lane slopes”

+ Mục High side: Phía lưng đường cong có hai lựa chọn

Default slopes: Độ dốc lề đường không thay đổi như mặc định
Match lane slopes: Độ dốc lề đường lấy bằng độ dốc phần mặt đường cùng phía

Cụ thể trong trường hợp này ta chọn” Match lane slopes”

Tiếp theo ta đi đến mục cuối cùng và kết thúc trình tính toán siêu cao

Như vậy qua trình tính toán siêu cao ở bước trên, Civil 3D sẽ tính toán ra độ dốc siêu cao phần măt đường và lề đường tại tất cả vị trí trong đường cong.

Bước 2:
Chọn lề đường bên phải của cắt ngang và nhấn chuột phải chọn Properties, sau đó trong mục ADVANCED, phần Use Superlevation Slope chọn Right Outside Shoulder như hình vẽ. Điều này có nghĩa là độ dốc phần lề đường bên phải sẽ lấy theo độ dốc lề đường mà Civil 3D đã tính ra sau trình tính toán siêu cao thực hiện ở bước trên