王坤

（菏澤市公路規(guī)劃設計院，山東 菏澤 274000）

1 引言

公路作為一種線狀構造物，線形在其中發(fā)揮著重要的作用，是公路的骨架，是各項線形技術指標的立體組合，線形設計的優(yōu)劣不僅僅控制著工程的造價，還對公路在運營期的質量起著關鍵性的作用。因此，在進行公路線形設計時要結合車輛行駛的安全性與舒適性、工程的經濟性以及線形的美觀等方面來綜合考慮。公路線形設計可分為2 個方面，即宏觀設計和微觀設計【1】。宏觀設計是在前期做好路網的交通評測工作，并針對性地對公路的需求進行分析來進行公路的設計。微觀設計則是對線形要素進行設計，是決定公路最終使用功能的關鍵步驟。

2 公路線形設計關鍵問題

2.1 平面線形設計

平面線形設計的作用是使公路與地形以及周邊環(huán)境之間達到協(xié)調【2】。在平原等地勢平坦區(qū)域，公路平面線形以直線為主；而在丘陵以及山區(qū)等地勢起伏大的區(qū)域，則應選擇曲線線形。在進行線形設計時，直線、曲線、回旋曲線的設計要因地制宜，不論是哪種等級的公路，在進行曲線設計時首先要考慮采用半徑大的圓曲線，確保平曲線足夠長。根據長期的實踐證明，線路轉角的大小與行車的舒適性有直接關系，而采用較長的平曲線可以避免在行車時產生急轉彎的錯覺。當線形采用直線時，路線的縱坡不宜過大，長直線路段的盡頭與曲線相接時，曲線的設置要結合半徑、超高以及視距等因素來進行考慮。

2.2 縱斷面線形設計

進行縱斷面線形設計時要與公路沿線的地形密切結合，將線形設計為連續(xù)的平順曲線，避免線形出現較大的起伏。長距離的上坡或者下坡路段要避免，縱坡最大的路段應該設計在坡段的下部，越接近坡段的頂部，縱坡要越小。相鄰兩段坡段的縱坡代數差小的時候，要采用較大半徑的豎曲線來進行過渡。在平原地區(qū)，路線的縱坡要平緩，在山區(qū)與丘陵地區(qū)應盡量控制縱坡，不宜過大。

2.3 線形綜合設計

進行線形設計時，不應當只從技術角度出發(fā)，考慮長度、坡度以及曲線半徑等技術參數，還要考慮到視覺心理等問題。當交通環(huán)境單調時，公路線形組合可適當復雜，避免長時間行車時面對簡單枯燥的視景，導致駕駛員產生視覺疲勞；而交通環(huán)境復雜時則要采取單調的線形組合。設置車道線、交通標志以及綠化等也可解決路線沿途視景單調的問題。

公路線形的綜合設計要以視距條件為出發(fā)點，在進行縱斷面線形設計時，可以在適當的位置設計凹形豎曲線，不僅有助于解決線形單調呆板問題，還能帶來行車視覺的改變，提高行車的舒適性，應當注意的是，要避免采用較短的凹形豎曲線。2 個凹形豎曲線之間不可以通過短直線來進行連接，這種連接過于直接，對行車的舒適性和安全性都不利，而采用復合曲線連接2 個凹形豎曲線則效果要好得多。

在進行平面線形設計時，要合理設置平曲線半徑，與直線以及圓曲線之間相互配合，能夠達到較好的路旁景觀效果，若平曲線半徑偏小、直線長度過短時，都會導致視覺曲折現象。同時還要結合縱斷面線形設計來綜合考慮，避免急轉彎和陡坡出現在同一路段上。

3 公路線形設計影響因素

3.1 行車安全

作為公路線形設計的一項影響因素，行車安全與線形設計的各個指標之間有著直接的關聯(lián)，如直線長度、圓曲線半徑以及縱坡坡度等。

3.1.1 對直線長度的影響

直線路段的視距良好，方向明確，車輛行駛時受力狀態(tài)簡單，易于駕駛，但經過長期的研究以及實踐表明，直線路段發(fā)生交通事故的概率并不低，尤其是連接同向曲線與反向曲線的直線段【3】。當直線段過短時，車輛出彎道之后馬上又要進入下一個彎道，容易導致駕駛人員反應不及而發(fā)生事故。JTG D20—2017《公路路線設計規(guī)范》中規(guī)定，當設計速度大于或等于60km/h 時，連接同向圓曲線的直線最短長度要不小于6 倍的設計速度；連接反向圓曲線的直線最短長度不小于2 倍的設計速度。設計速度小于或等于40km/h 時，也可按照上述規(guī)定來執(zhí)行。直線段的最大長度也與行車安全相關，在直線段行車會導致行車視覺單調、分散注意力、易疲勞；同時由于直線段的路況好，極易導致駕駛人員在行車過程中超速駕駛，導致車輛失控。研究表明，在高速公路上，直線段長度的增加會導致事故發(fā)生概率的增加。因此，在進行公路線形設計時，直線段的長度也不宜過長，通常的做法是將直線段的長度控制在3min 路程以下。如圖1 所示，在地勢平坦區(qū)域，通過設計一些曲線路段控制直線段的長度。

圖1 平原地區(qū)公路線形

3.1.2 對圓曲線半徑的影響

作為公路平面線形元素的重要組成，圓曲線可保持道路線形的連續(xù)性，使車輛轉彎順暢。圓曲線半徑要根據汽車在彎道上的受力情況來進行計算，圓曲線半徑過小會引起離心力過大從而導致車輛在彎道處發(fā)生側滑甚至是翻車。因此，在進行公路線形設計時要根據設計速度、橫坡超高來確定圓曲線的最小半徑，如表1 所示。

表1 圓曲線最小半徑

3.1.3 對縱坡坡度的影響

縱坡坡度是縱斷面的重要控制指標，縱斷面的坡度以及坡長對行車安全具有很大的影響?？v坡坡度大、坡長越長，在上坡段行駛的車輛將會面臨速度衰減的問題，尤其是載重貨車，會對其他行駛速度快的車輛造成干擾，存在安全隱患；而在下坡路段，車輛在自重的作用下速度變大并伴隨著向下的慣性，為了控制車速就需要頻繁剎車，可能會導致剎車失靈而威脅行車安全。而且，長距離的陡坡路段也會給駕駛人員帶來心理上的壓力，在一定程度上也會給行車安全帶來影響。因此，在進行縱斷面設計時要嚴格控制坡度與坡長，避免出現長大陡坡路段。

3.1.4 對豎曲線的影響

作為縱斷面線形的必要組成部分，豎曲線的主要功能是對變坡點處的縱坡突變進行緩和。由于在繪圖和計算方面容易實現，進行豎曲線設計時通常采用大半徑的圓曲線。

豎曲線的控制指標為半徑與弧長，其取值和駕駛感受、停車視距等相關，直接關乎著行車安全。豎曲線分為凸形豎曲線和凹形豎曲線2 種，對行車視距有著明顯的控制。當豎曲線對變坡點的過渡效果比較差的時候，會造成縱斷面起伏幅度大，對行車安全是一個很不利的因素。因此，在進行豎曲線設計時，行車安全是一個不容忽視的因素。

3.2 線形美學

線形美學也是公路線形設計的一個重要影響因素，涉及直線、平曲線、緩和曲線、縱坡以及豎曲線，目前在公路線形設計中線形美學越來越受到重視。線形美學就是要求在進行公路線形設計時做到與地形地貌以及周邊的自然環(huán)境相適應，不僅僅要做到線形均勻、連續(xù)，還要避免單調。如果公路線形與地形地貌以及周邊環(huán)境之間不協(xié)調，不僅僅影響線形的美觀，還會對行車的安全性以及舒適性造成負面的影響。因此，在進行公路線形設計時在滿足規(guī)范的基本要求的前提下，對線形進行優(yōu)化，提高美感，對增加行車舒適性和安全性方面都是大有裨益的。

3.3 技術經濟

在進行公路線形設計時，在技術以及經濟方面的可行性也是一個重要的影響因素。首先，要確保線形設計在技術方面可行，能夠滿足規(guī)范的各項要求，并且通過施工來實現；其次，在保證技術可行的基礎上，要追求經濟上的節(jié)約，就是控制好工程造價，通過合理的選線，優(yōu)化線形，控制好工程量，進而對工程造價進行控制，節(jié)約投資。如優(yōu)化平面線形，避開建筑區(qū)，減小拆遷工程量；優(yōu)化縱斷面線形，避免高填深挖等。

4 結語

公路線形設計是公路設計的重要工作，與公路的工程質量有著直接的關聯(lián)。本文通過平面線形設計、縱斷面線形設計以及線形綜合設計3 個方面研究了公路線形設計的關鍵內容，并從行車安全、線形美學以及技術經濟3 個方面對公路線形設計的影響因素進行了分析，能夠為公路線形設計工作提供參考，具有一定的指導意義。