方凱

（中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330031）

0 引言

某路橋工程位于江西地區(qū)，是高速公路與省道之間的重要交通傳輸紐帶，路線全長(zhǎng)為9.6km，樁號(hào)起止為0K+000—9K+600。路線內(nèi)包括2 座橋梁，路橋按照一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，公路寬度為33.2m，路拱橫坡度為1.5%，路肩寬度為3m，道路為雙向八車道，兩座橋梁長(zhǎng)度分別為602m 和394m，道路工程為瀝青混凝土道路，與橋梁相一致。公路沿線地質(zhì)多為粉質(zhì)黏土，多巖石地質(zhì)，部分地形較為平坦，但地下水含量較多，路線走向設(shè)計(jì)受到沿線地質(zhì)、既有建筑等因素影響，需確保相關(guān)指標(biāo)滿足要求。路橋工程項(xiàng)目技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示。

表1 路橋工程項(xiàng)目技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1 路橋路線設(shè)計(jì)問題

1.1 直線、曲線搭配不均衡

直線、曲線搭配不均衡是路線設(shè)計(jì)問題的表現(xiàn)之一，工程項(xiàng)目處于平原地段，視野開闊，多使用直線設(shè)計(jì)方案。經(jīng)過鄉(xiāng)村、城市等區(qū)域后，周邊既有建筑、地下管線數(shù)量較多，結(jié)合地形變化需要將直路線段轉(zhuǎn)化為曲路線段，并在轉(zhuǎn)換位置設(shè)計(jì)緩和曲線，實(shí)現(xiàn)車輛在行駛過程中的平穩(wěn)過渡。在平面路線設(shè)計(jì)中，問題主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是路段中設(shè)計(jì)直線比較長(zhǎng)，雖然長(zhǎng)期直路線設(shè)計(jì)能夠降低成本，但也會(huì)使得駕駛?cè)顺霈F(xiàn)視覺疲勞，容易發(fā)生交通事故。二是設(shè)計(jì)曲線半徑不合理，路線設(shè)計(jì)中的曲線半徑過小會(huì)導(dǎo)致車輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)速度變化過大，并且容易引發(fā)交通事故[1]。

1.2 縱斷面不合理

路橋工程路線設(shè)計(jì)中的縱斷面包括上坡、下坡、連續(xù)坡等，尤其是在公路與橋梁的貼合處，復(fù)雜的坡度變化則可能會(huì)影響駕駛?cè)藛T的體驗(yàn)，產(chǎn)生一系列的安全隱患。在縱斷面內(nèi)，由于上坡或者下坡坡度過大或者過小，會(huì)對(duì)駕駛員的視野和車輛的行駛穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響，增加交通事故的風(fēng)險(xiǎn)。坡長(zhǎng)的設(shè)計(jì)也會(huì)影響到駕駛的安全性，在上坡或者下坡時(shí)，駕駛?cè)藛T為了保證行車穩(wěn)定性，會(huì)通過踩剎車或者放松油門的方式控制車速，安全隱患也有所增加，道路路線坡度設(shè)計(jì)問題表現(xiàn)如圖1 所示。

圖1 道路路線坡度設(shè)計(jì)問題

1.3 缺乏地形適應(yīng)性

在路橋工程路線設(shè)計(jì)中，地形適應(yīng)性是指將道路或橋梁設(shè)計(jì)與周圍地形特征協(xié)調(diào)的能力。地形起伏較大的區(qū)域，路線設(shè)計(jì)未考慮到行車安全，在坡度和曲線設(shè)計(jì)上，存在過大的坡度會(huì)導(dǎo)致車輛制動(dòng)困難、失控和翻車等問題[2]。

1.4 視距安全不夠

路線設(shè)計(jì)未考慮行車人員的變化，停車視距、安全交叉停車視距未能滿足實(shí)際要求，出現(xiàn)視距偏小的問題，駕駛?cè)嗽谛旭偲陂g速度過快，在盲區(qū)范圍內(nèi)容易與對(duì)向來車發(fā)生碰撞事故。

2 路橋路線設(shè)計(jì)要點(diǎn)把握

2.1 合理設(shè)置曲線半徑

針對(duì)路線設(shè)計(jì)曲線半徑不合理的問題，應(yīng)從路線外形上進(jìn)行控制。設(shè)計(jì)人員應(yīng)全面分析公路、橋梁所處的空間位置，結(jié)合實(shí)際的地形情況，獲取有關(guān)數(shù)據(jù)，確定公路路線設(shè)計(jì)的上限值，并根據(jù)交通量、車型等，做好選線設(shè)計(jì)工作，以避免出現(xiàn)直線長(zhǎng)度、曲路線過長(zhǎng)的問題[3]。在曲線半徑設(shè)計(jì)上，基于設(shè)計(jì)速度標(biāo)準(zhǔn)，做好曲線半徑一般值和極限值的路線配置和設(shè)計(jì)工作，具體曲線半徑設(shè)計(jì)應(yīng)滿足要求，如表2 所示。

表2 路線曲線半徑設(shè)計(jì)要求

表2中的一般曲線半徑表示為較為平緩的曲線半徑數(shù)值要求，但受地質(zhì)條件、既有環(huán)境影響的情況下，可適當(dāng)減少曲線半徑參數(shù)，以極限曲線半徑為標(biāo)準(zhǔn)。合理設(shè)置曲線半徑，使得路線中直線、曲線等路線的長(zhǎng)度能夠滿足要求，即可增強(qiáng)路線設(shè)計(jì)的安全性和合理性。在路橋路線設(shè)計(jì)上，根據(jù)不同的限速要求，進(jìn)行公路平曲線最小長(zhǎng)度的計(jì)算，具體公式如式（1）所示。

式中：L——平曲線的最小長(zhǎng)度，m；R——曲率半徑，m；H——限制速度。

通過計(jì)算得到的結(jié)果即為相應(yīng)限速要求下的平曲線最小長(zhǎng)度。需要注意的是，這些計(jì)算結(jié)果僅供參考，實(shí)際設(shè)計(jì)中還需結(jié)合實(shí)際情況、相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)和評(píng)估。

2.2 縱斷面設(shè)計(jì)

縱斷面設(shè)計(jì)受沿線地質(zhì)結(jié)構(gòu)影響，公路與橋梁的轉(zhuǎn)接處的坡度也會(huì)受到橋梁長(zhǎng)度影響。路線設(shè)計(jì)期間，通過適當(dāng)延長(zhǎng)橋梁長(zhǎng)度的方式，以減少上坡和下坡的坡度。涉及地形坡度較大的地質(zhì)，設(shè)計(jì)同向連續(xù)坡，以合理的坡度變化路徑和坡度系數(shù)，確保路橋路線的安全性、科學(xué)性。坡度的長(zhǎng)度、角度、連續(xù)坡長(zhǎng)之間相互影響，共同作用影響路線內(nèi)車輛行駛的安全性。因此，設(shè)計(jì)人員在坡度、坡長(zhǎng)、相對(duì)高差的設(shè)計(jì)中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，確保各參數(shù)之間的適應(yīng)性，按照80km/h 的公路設(shè)計(jì)速度，具體設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)詳情如表3 所示。

表3 路橋工程坡度與坡長(zhǎng)關(guān)系

基于上述標(biāo)準(zhǔn)，在路線縱斷面設(shè)計(jì)中，應(yīng)結(jié)合道路設(shè)計(jì)情況，合理設(shè)計(jì)坡度、坡長(zhǎng)、相對(duì)高差等，以避免坡度過大或者過小對(duì)行車安全性造成的影響。

2.3 線型合理搭配

線型設(shè)計(jì)需要充分考慮交通流、安全性和流暢性等因素，依據(jù)國家和地區(qū)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行各個(gè)道路類型的合理搭配和連接。尤其是本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中涉及匝道，對(duì)線型搭配設(shè)計(jì)提出了更高的要求。在路線設(shè)計(jì)方案中，盡可能避免道路與橋梁連接處出現(xiàn)突變的情況，確保連接的平滑線。在匝道線型設(shè)計(jì)中，設(shè)置充足的過渡區(qū)域，避免駕駛員需要突然調(diào)整速度和行駛方式所引發(fā)的危險(xiǎn)。道路交叉口位置，以正交為主進(jìn)行設(shè)計(jì)，或者設(shè)計(jì)標(biāo)識(shí)，減少路線內(nèi)盲區(qū)對(duì)行車的影響，路線盲區(qū)警示如圖2 所示。

圖2 路線盲區(qū)警示

2.4 地形適應(yīng)性優(yōu)化

地形起伏較大的區(qū)域，需要考慮合理的坡度和曲線設(shè)計(jì)，以確保車輛行駛的舒適性和安全性。在山區(qū)或易發(fā)生泥石流和滑坡的地區(qū)，設(shè)計(jì)人員需要考慮到自然災(zāi)害的影響，采取相應(yīng)的防護(hù)措施，如設(shè)置擋土墻、排水系統(tǒng)等，以保護(hù)道路或橋梁免受損壞。在低洼地區(qū)或有高地下水位的區(qū)域，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)地下水位進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，并考慮其對(duì)路橋結(jié)構(gòu)的影響。合理處理地下水排水和防水措施是確保道路或橋梁穩(wěn)定性的關(guān)鍵[4]。在存在巖石和土壤穩(wěn)定性問題的地區(qū)，需要進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘察和工程地質(zhì)分析，確保路橋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，采取加固或改造措施，如巖體爆破、擋墻設(shè)置等，以確保路線安全穩(wěn)定。

2.5 視距設(shè)計(jì)要點(diǎn)

視距設(shè)計(jì)通過調(diào)整路線的長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)彎半徑等實(shí)現(xiàn)，通過各路線段內(nèi)道路兩側(cè)的環(huán)境，考慮樹木等對(duì)視線的遮擋，適當(dāng)調(diào)整路線角度，設(shè)置路線坡度及半徑?；诎踩钥紤]，路線設(shè)計(jì)中應(yīng)確保交叉停車的視距滿足要求，如表4 所示。

表4 公路視距設(shè)計(jì)要求

3 路橋路線設(shè)計(jì)優(yōu)化方法

3.1 數(shù)字模型構(gòu)建

由于整個(gè)路橋工程的路線具有復(fù)雜性，考慮到每個(gè)階段、每個(gè)節(jié)點(diǎn)的具體路線參數(shù)存在差異，建立數(shù)字形象模型，應(yīng)用Open Roads 軟件模擬整個(gè)路段內(nèi)的實(shí)際情況，建立路線的不規(guī)則數(shù)據(jù)分布點(diǎn)，進(jìn)行模型的創(chuàng)建。模型創(chuàng)建基于地質(zhì)勘察結(jié)果，應(yīng)用過濾器組，進(jìn)行高程信息的標(biāo)記，識(shí)別路線中的高程點(diǎn)和等線高，完成地形三角網(wǎng)的編輯和剪切，控制數(shù)據(jù)誤差在可控范圍內(nèi)，道路路線模型如圖3 所示。

圖3 道路路線模型（局部）

在模型構(gòu)建過程中，收集和整理有關(guān)區(qū)域的地理、地質(zhì)、土壤、地貌等相關(guān)數(shù)據(jù)。對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，了解地質(zhì)條件、周邊道路網(wǎng)絡(luò)情況、車流量分布等。利用地形數(shù)據(jù)進(jìn)行地形分析，包括劃定谷口、山脈、河流等地形特征，并確定最佳走廊。將設(shè)計(jì)模型與實(shí)地情況進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，通過勘測(cè)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行校正和調(diào)整，確保設(shè)計(jì)方案的可行性。路橋路線設(shè)計(jì)模型應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐南嚓P(guān)法規(guī)和規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，并經(jīng)過工程師和專業(yè)團(tuán)隊(duì)的多學(xué)科協(xié)作和復(fù)審，確保設(shè)計(jì)結(jié)果滿足安全、經(jīng)濟(jì)和可行性要求。

3.2 平面路線優(yōu)化設(shè)計(jì)

基于模型進(jìn)行路橋路線段內(nèi)的平面設(shè)計(jì)優(yōu)化，模擬道路中心線和水平線的設(shè)計(jì)方案，使用交點(diǎn)法進(jìn)行連續(xù)單元的路線模擬繪制，完成路橋工程的完整路線設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)使用交點(diǎn)法進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)地質(zhì)條件、環(huán)境、安全指標(biāo)等，同時(shí)設(shè)計(jì)多個(gè)路線方案，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)可行性、技術(shù)可行性、安全可行性的綜合分析，得到最優(yōu)方案。平面路線設(shè)計(jì)嚴(yán)格按照《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2017）文件要求，將起止點(diǎn)、坐標(biāo)點(diǎn)、地形結(jié)合，確定平面內(nèi)合適的曲線半徑及曲線長(zhǎng)度，自動(dòng)生成平滑的道路中線，生成路線坐標(biāo)。利用模型進(jìn)行平面設(shè)計(jì)，有效解決了不同性質(zhì)道路之間的路線銜接問題，且確保曲線半徑等相關(guān)參數(shù)滿足要求。

3.3 縱斷面路線優(yōu)化設(shè)計(jì)

縱斷面設(shè)計(jì)激活模型后，提取地面線數(shù)據(jù)，確定圓曲線和緩和曲線的位置。模型結(jié)合地質(zhì)情況，設(shè)計(jì)縱斷面數(shù)據(jù)，確保挖填均衡性，在多個(gè)縱斷面方案中進(jìn)行比選，選擇最適宜的路線縱斷面設(shè)計(jì)方案。其中包括縱斷面的長(zhǎng)度數(shù)據(jù)、大小數(shù)據(jù)、豎曲線半徑數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)期間共計(jì)生成變坡點(diǎn)數(shù)量18 個(gè)，根據(jù)樁號(hào)、高程等，完成線型的設(shè)計(jì)，確保直線長(zhǎng)度、坡度、豎曲線、凹形豎曲線等滿足安全性的要求[5]。

3.4 橫斷面路線優(yōu)化設(shè)計(jì)

橫斷面設(shè)計(jì)主要針對(duì)道路中的廊道，包括中間帶、路基、分隔帶、路緣帶、路肩等。依據(jù)模型，將道路廊道內(nèi)各組成的元件進(jìn)行組合、拼接，確定路基、路面的橫坡、寬度、材質(zhì)、厚度等，完成基礎(chǔ)模板的設(shè)計(jì)。隨后，設(shè)計(jì)人員通過添加約束條件，定義特征后，完成道路標(biāo)線的設(shè)計(jì)，并在存在多種橫斷面的情況下，設(shè)置漸變加寬，控制模板偏移，隨后進(jìn)行路基、路面、挖方量、土方量的計(jì)算和評(píng)估，完成橫斷面的三維視圖設(shè)計(jì)工作。

4 結(jié)語

道路與橋梁路線設(shè)計(jì)問題主要表現(xiàn)在道路的縱斷面、橫斷面、平面上，結(jié)合路橋路線設(shè)計(jì)問題，坡度、線形指標(biāo)、視距等是需要重點(diǎn)考慮的內(nèi)容。在路線設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)做好路線的線型設(shè)計(jì)、斷面設(shè)計(jì)等工作，并建立道路路線數(shù)字模型，實(shí)現(xiàn)綜合路線科學(xué)優(yōu)化，制定最佳、最合理的路線方案，以確保路線設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性、科學(xué)性、安全性。