邱勁光

四川西南交大土木工程設(shè)計有限公司廈門分公司（361012）

公路路線設(shè)計若干問題探討

邱勁光

四川西南交大土木工程設(shè)計有限公司廈門分公司（361012）

公路路線線形是公路的骨架，路線設(shè)計直接影響著整個公路路基、橋涵、交叉、沿線設(shè)施等構(gòu)造物的規(guī)模和投資，同時，對汽車行駛的安全舒適、經(jīng)濟和車輛的通行能力起著決定性的作用，良好的路線設(shè)計是公路交通安全的基本保障。筆者結(jié)合工作實踐和理論學習中遇到的問題及體會探討公路路線設(shè)計的一些問題。

公路；路線設(shè)計；若干問題；探討

1 緩和曲線長度采用問題

直線、圓曲線、緩和曲線是公路平面線形的主要組成要素。當汽車行駛在公路上時，從直線進入圓曲線，駕駛員應逐漸改變前輪的轉(zhuǎn)向角，使其適應相應半徑的圓曲線，前輪的逐漸轉(zhuǎn)向是在進入圓曲線前的某一路段內(nèi)完成的。在直線上半徑無窮大，圓曲線半徑為R，從直線過渡到圓曲線，汽車的行駛曲率是不斷變化的，這一變化路段即為緩和曲線段。

目前我們在公路線形設(shè)計中，一些設(shè)計人員對緩和曲線的采用存在著幾種不同的情況：有的只采用《公路路線設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的的最小緩和曲線長度，有的考慮視覺需要而采用R/9的緩曲長度，還有個別不考慮地形、地物的實際情況，采用過長的緩和曲線，因而增大了工程規(guī)模，提高了造價。筆者結(jié)合設(shè)計規(guī)范和工作實踐，認為決定緩和曲線長度的因素主要有四個。

1）考慮離心加速度的變化率所需的長度。離心加速度從直線上的零增加到進入圓曲線時的最大值，離心加速度變化率應限制在使汽車駕駛員和乘客都感到舒適的范圍內(nèi)，離心加速度變化率一般為P＝0.5～0.6（m/s3），緩和曲線長度Lh=0.036 V3/R(m)，速度單位V(km/h)。緩和曲線長度與行車速度呈正比，與平曲線半徑呈反比，即平線半徑越小，緩和曲線愈長。

2）考慮駕駛員操作方向盤所需的反應時間。一般駕駛員操作汽車方向盤所需要的時間，世界多數(shù)國家按行車速度行程式的3～5 s距離考慮，我國《公路路線設(shè)計規(guī)范》按計算行車速度3 s行程距離確定緩和曲線最小長度，Lh=vt=0.83 V(m)。這個長度與行車速度呈正比，速度越大，緩和曲線愈長，相對來說也是與平曲線半徑呈正比,速度越高,平曲線半徑也愈大。

3）考慮超高所需緩和段過渡的需要?！豆饭こ碳夹g(shù)標準》指出，公路設(shè)計路線設(shè)計有時以行車邊緣線為旋轉(zhuǎn)軸，或者車道數(shù)較多、路面較寬，則可能超高所需緩和段長度大于曲率變化的緩和段長度。

4）考慮視覺和線形景觀所需的長度?；匦€的基本公式為RLh=A2（A為回旋參數(shù)），也是曲線半徑R越大，回旋曲線Lh越短，即長度與平曲線半徑呈反比。但是，為了滿足視覺和景觀的需要而導入R/3≤A≤R的條件式，即回旋曲線的參數(shù)必須大于R/3和小于R時才能滿足視覺和景觀的要求，這時回旋曲線的長度Lh＝R/9～R,線形舒順協(xié)調(diào),也就是說平曲線半徑越大，回旋線愈長，其長度與平曲線半徑呈正比。

回旋曲線能適應各種地形、地物條件，對圓曲線或直線都不能適應的地形、地物情況下，選取適當?shù)幕匦€，能較好地滿足約束條件，使線形較好地滿足各方面的限制條件。在具體設(shè)計中，如何正確合理地采用緩和曲線長度呢?個人認為《公路工程技術(shù)標準》規(guī)定的緩和曲線最小長度和超高緩和率所需的緩和曲線長度，在任何情況下都必須滿足。如視覺誘導需要，而又不過分增加工程，可采用按視覺條件要求的緩和曲線長度，一般根據(jù)計算比較取最大值（一般取5 m的整倍數(shù)）。地形、地物特殊需要時,可根據(jù)實際情況采用較長的緩和曲線。緩和曲線長度除滿足要求的最小值外，考慮線形組合要求，圓曲線長度Ly與級和曲線長度Lh之間的大小最好滿足Lh：Ly：Lh＝1：1：1或1：2：1為宜，以保證線形組合的協(xié)調(diào)、均衡。

2 小轉(zhuǎn)角問題

公路平面線形中轉(zhuǎn)角在7°以下時，曲線長度就顯得比實際短，駕駛員容易產(chǎn)生急轉(zhuǎn)彎的錯覺而急忙轉(zhuǎn)向，造成行車事故。在高等級公路平面線形設(shè)計中，應盡量避免采用小轉(zhuǎn)角。無論是紙上定線或是實地定線,采用小轉(zhuǎn)角是較簡單的布線方法，有些選線人員常以設(shè)置小轉(zhuǎn)角來解決定線中遇到的困難，而要取消一個小轉(zhuǎn)角常常要費很大功夫，要反復移動前后的路線，有時還要增加一些工程。對于設(shè)計速度低的公路,小轉(zhuǎn)角對行車安全影響不太大。但對設(shè)計速度高的公路設(shè)置小轉(zhuǎn)角一定要慎重，同時要保證圓曲線的最小長度。

3 分離式隧道處的平面布線問題

高等級公路的路面較寬，隧道的凈寬也相應較寬。在高等級公路上的隧道多為分離式的，即在上、下行兩個方向上各建一座隧道，但在分離式隧道兩端的路基又多為整體式的，即上、下行雙向都在一個平面上。分離式隧道相鄰間的凈距，因圍巖地質(zhì)條件、斷面形狀和尺寸、施工方法等因素而不同。如Ⅲ級圍巖，相鄰隧道間的最小凈距為2×B（B為隧道開挖斷面的寬度），雙向四車道的隧道，間距一般在30～50 m之間。

如何將整體式路基的中線分為分離式路基的兩條中線，一般有兩種作法，一種是采用設(shè)置四個小轉(zhuǎn)角的簡單辦法，即在隧道分離前設(shè)置兩個小轉(zhuǎn)角，將中線分開，過隧道后又設(shè)置兩個小轉(zhuǎn)角，將中線合攏。這種方法雖然方便易行，但明顯地降低了平面線形的標準，對行車安全十分不利。第二種作法是適當扭動隧道軸線，延長或后退隧道兩端的轉(zhuǎn)角點，并在隧道兩端的轉(zhuǎn)角點外采用不同或相同的平曲線半徑，在曲線上將中線分開，這種方法雖在定線過程中有一定的難度，但滿足了平面線形的技術(shù)標準的要求。在寬度不同的中央分隔帶路或山嶺區(qū)分離式路基地段，分開中線也多采用此方法。

4 公路縱斷面縱坡控制問題

1）山嶺重丘區(qū)的縱斷面設(shè)計在山嶺重丘區(qū)修

建高等級公路多受地形高差的控制，必須升坡（或降坡）以克服地形高差,才能使公路通到目的地，如采用縱坡過緩將延長展線距離,增長運輸里程，加大工程和修建費用,如設(shè)計縱坡過大、過長,將影響汽車的行駛速度和通過能力,達不到修建高等級公路的經(jīng)濟效益。我國現(xiàn)行技術(shù)標準,最大縱坡見表1。

表1 最大縱坡

載重汽車在水平路段上與小客車的平均速度相差不大，但在上坡道路段，載重汽車隨著縱坡的加大和縱坡長度的增長,行駛速度將明顯地降低。設(shè)計速度為120 km/h時，最大縱坡不大于3%，設(shè)計速度為100 km/h時，最大縱坡不大于3%，如每噸為7.35 kW的載重汽車在3%的上坡道路段，縱坡長度為800 m時，行駛速度能達到60 km/h。若縱坡長度增長為1 000 m時,則行駛速度只能達到39 km/h，縱坡長度雖只增加了200 m，但行駛速度卻降低了35%,所以我國規(guī)定設(shè)計速度為120 km/h的高速公路，3%的縱坡限制長度是900 m。又如載重汽車在5%的上坡路段，縱坡長度為780 m時，行駛速度只能達到38 km/h，即使設(shè)計速度為60 km/h的一級汽車專用公路，也不符合載重汽車容許最低速度40 km/h要求。解決這種情況的辦法，一般是減小縱坡，如不可能減小縱坡則縮短坡長，如縱坡和坡長都不能改變，則只有考慮采用增設(shè)爬坡車道的辦法，將慢速車輛分離出去，保證主車道的正常行駛速度和通過能力。

目前我國的公路交通量以載重汽車為主，因此為了不影響通過能力，減少安全事故，應慎重采用過陡、過長的縱坡。漳龍高速公路，有一段長約14 km的長連續(xù)下坡段，起點在龍巖境內(nèi)的適中鎮(zhèn)，終點在漳州南靖和溪鎮(zhèn),高差486 m,平均縱坡3.47%，最大縱坡5.8%接近允許的極限縱坡限6%，該段道路自2002年1月開通以來,發(fā)生過多起特重大交通事故，被過路司機稱為“磨鬼路段”。但在山嶺重丘區(qū)，如采用過緩的縱坡，一般需提前展線或采用長隧道的方案，如采用陡坡和長坡，雖可采用短隧道的方案，但需設(shè)置爬坡車道。因此，對山嶺重丘區(qū)高等級公路的縱面線形設(shè)計，一般應進行多方案的比較，對于連續(xù)上坡路段的縱坡設(shè)計，除上坡方向應符合平均縱坡、不同縱坡最大縱坡長規(guī)定的技術(shù)指標外，還應考慮下坡方向盤行駛安全，要采用運行速度對連續(xù)上坡方向的通行能力與下坡方向的行車安全進行檢驗。同時，從修建費用、營運費用、技術(shù)指標等方面進行同等深度的比較論證后，才能提出經(jīng)濟合理的方案，尤其在方案設(shè)計和初步設(shè)計階段，更應重視方案比選工作。

2）平原微丘區(qū)高等級公路的縱面設(shè)計

在平原微丘區(qū)設(shè)計高等級公路的縱坡,必須“精打細算”，平原微丘區(qū)的高等級公路多為填方，而填方多要借土，借土又常要占用耕地。另外，平原微丘區(qū)的縱斷面與丘陵區(qū)的縱斷面不同，丘陵區(qū)的縱斷有填有挖，縱坡設(shè)計線位上下一致，對工程影響不大，多挖了可減少填方，多填了可減少挖方。而在平原微丘區(qū),路基寬30 m的公路,如縱坡設(shè)計線高0.1 m,一公里增加的填方量約為2 000～3 000 m3，填方借土數(shù)量增多，相應地也將增加占用耕地的數(shù)量。

平原微丘區(qū)的地質(zhì)一般多為軟土地帶，如縱坡設(shè)計不當，有時還將增加橋梁的長度。所以，在平原微丘區(qū)設(shè)計縱坡前，應將橋、涵、通道、立交、路基設(shè)計水位、通處下挖深度等標高都標注在縱斷面圖上,作為縱坡設(shè)計的“控制點”，然后才開始縱坡設(shè)計，一般應反復試坡多次,使縱斷面達到最佳線位，這樣設(shè)計的縱坡方案可達到經(jīng)濟、合理的要求。

3）小于0.3%縱坡的設(shè)計問題

為保證挖路段、設(shè)置邊溝的填方路段和橫向排水不暢路段的排水，為防止積水滲入路基而影響其穩(wěn)定性,應采用不小于0.3%的縱坡。當縱坡小于0.3%，將造成路面排水不良，雨天行車濺水成霧，影響行車安全。同時，路面積水到一定厚度后，高速行車時，車輪與路面間產(chǎn)生“水膜”現(xiàn)象，使輪胎與路面間的摩阻力大大降低，汽車移到緊急情況需急剎車，往往剎不住，甚至剎車過急，引起車輛“飄移、甩尾、側(cè)翻“等，常釀成嚴重交通事故。所以，一般要求公路的縱坡要大于0.3%，但設(shè)計小于0.3%的縱坡時，應將路面的橫坡調(diào)大，同時邊溝應作單獨的縱向排水設(shè)計，防止路面積水。

5 公路平縱面線形組合問題

為保證汽車行駛的安全與舒適，應把道平、縱、橫三面結(jié)合作為立體線形來分析研究。平面與縱面線形的協(xié)調(diào)組合將能在視覺上自然地誘導司機的視線，并保持視覺的連續(xù)性。保持豎曲線半徑和平曲線半徑大小的的均衡是線形設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，即平曲線半徑大時，豎曲線半徑也要相應的大，均衡對視覺可獲得美學上的滿足，當平面和縱面都對司機吸引力一樣時，司機的注意力就集中，汽車駕駛員和乘客對線形就會產(chǎn)生一種心曠神怡的感受。平曲線和豎曲線達到均衡以后,不但線形順滑優(yōu)美，而且視覺良好，行車安全舒適。平、縱曲線均衡，主要應做到以下幾點：

1）平曲線與豎曲線對應。平曲線應包豎曲線（即平包豎）,能獲得行駛安全及平順優(yōu)美的線形。根據(jù)透視圖的分析研究，得出如下結(jié)論：平豎曲線頂點重合，為理想及滿意情況；平豎曲線頂點錯開1/ 4，為較滿意情況；平豎曲線頂點錯開1/2，為很差情況。配合得好的線形是豎曲線起迄點最好分別放在兩個緩和曲線中間，其中任一點都不要放在緩和曲線以外的直線上，也不要放在圓弧段之內(nèi)。若做不到豎曲線與平曲線較好的配合，且兩者半徑都小于某限度時，寧可把平豎曲線錯開相當距離，使平曲線位于直線坡段上或豎曲線位于直線上。

2）平豎曲線半徑大小要均衡。研究認為：當平曲線半徑在1 000 m以下時，豎曲線半徑宜為平曲線半徑的15～20倍，此時可獲得視覺與工程費用經(jīng)濟的平衡，平縱半徑的均衡指標可參考下表2。

表2 平豎曲線半徑的均衡指標

從表列數(shù)值可以看出,隨著平曲線半徑的增大，豎曲線半徑的增大倍率是逐漸擴大的。對于一般公路的視覺分析得出，平豎曲線的半徑均在下表所列數(shù)值以下時，最好避免這兩種線形重合，或把急彎與陡坡線形錯開。

表3 平豎曲線的半徑數(shù)值

3）道路線形設(shè)計時，要避免線形的突變，并以順適的線形連接與配合。平縱面線形的組合應避免下列情況：

①凸線豎曲線的頂部或凹形豎曲線的底部，不得插入小半徑平曲線。②凸線豎曲線的頂部或凹形豎曲線的底部，不得與反向曲線的拐點重合。③直線上的縱面線形不應反復凹凸，避免出現(xiàn)使司機視覺中斷的線形，如駝峰、暗凹、跳躍等。④長直線或長陡坡的頂端避免小半徑的曲線。⑤相鄰坡段的縱坡，以及相鄰曲線的半徑不宜相差懸殊。⑥道路各幾何部分的尺寸應圓滑漸變。

4）要選擇合宜的合成坡度。山區(qū)縱坡大的路段插入小半徑曲線，合成坡度過磊，對行車安全不利，車輛易出事故。平原區(qū)，縱坡很小，平曲線變坡點附近的合成坡度過小，排水不利，妨礙高速行車，故一般不應小于0.5%,考慮行車安全，在冬季路面有積雪、結(jié)冰的地區(qū)，和自然橫坡較陡峻的傍山路段，合成縱坡必須小于8%。

6 結(jié)論

文章從緩和曲線的采用和小轉(zhuǎn)角、分離式隧道、分離式路基平面布線方法、公路縱斷面設(shè)計、公路路線平縱組合等方面設(shè)計時應注意的一些問題進行了研究和探討，在實際應用中取得了較好的效果，可為公路路線設(shè)計提供一些參考。

[1]中華人民共和國交通部發(fā)布《公路路線設(shè)計規(guī)范》[S].北京：人民交通出版社,2006.

[2]中華人民共和國交通部發(fā)布《公路工程技術(shù)標準》[S].北京：人民交通出版社,2004.

[3]張金水,張廷楷,編著.道路勘測設(shè)計[M].同濟大學出版社, 2003.

[4]JTG/T 20－200X,中華人民共和國交通運輸部發(fā)布《公路路線設(shè)計細則》（總校稿）[S].

[5]吳國雄,王福建,編著.公路平面線形曲線型設(shè)計方法[M].人民交通出版社,2000.