鄭志明

（中國(guó)公路工程咨詢集團(tuán)有限公司,北京 100089）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高，人們生活質(zhì)量不斷提升，汽車成為出行主要交通工具之一，為保證交通安全暢通，必須要加強(qiáng)公路設(shè)計(jì)工作。山區(qū)公路溝壑縱橫、地質(zhì)條件復(fù)雜，巖石風(fēng)化嚴(yán)重，存在巖性破碎、遇水軟化或崩解等特點(diǎn)。如果選線位置不當(dāng)或相關(guān)線形指標(biāo)不合理，容易引發(fā)安全事故，造成一定程度的人員傷亡和不良的社會(huì)影響[1]。大量工程實(shí)踐表明，山區(qū)公路平面線路狹窄，縱斷面起伏大，平縱組合困難。因此，山區(qū)公路選線是一項(xiàng)高度綜合和系統(tǒng)的工程，深入研究公路線形設(shè)計(jì)的要點(diǎn)具有重要的工程意義。

1 山區(qū)公路選線原則和影響因素

1.1 山區(qū)公路選線原則

為了提高山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)質(zhì)量，建議遵循以下幾個(gè)原則[2]：

（1）安全性原則。通過對(duì)交通事故進(jìn)行調(diào)查和分析，在線形不良路段事故發(fā)生概率高。在路線設(shè)計(jì)階段，需要把安全性當(dāng)做首要原則，并結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，合理優(yōu)化路線走向和指標(biāo)值。當(dāng)路線穿過地質(zhì)不良路段時(shí)，要盡量繞避，以免沿線的路基或橋梁在公路運(yùn)營(yíng)期間損壞。

（2）經(jīng)濟(jì)性原則。在設(shè)計(jì)山區(qū)公路路線線形時(shí)，不能只考慮技術(shù)可行性，還要考慮工程的總體造價(jià)。造價(jià)過高，業(yè)主單位無法接受；反之，公路工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，運(yùn)營(yíng)時(shí)服務(wù)水平差。

（3）靈活性原則。現(xiàn)行路線規(guī)范給出的平、縱線形指標(biāo)均為范圍值，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況靈活選用，但是要避免兩種極端：一是認(rèn)為路線平、縱指標(biāo)越高越好。部分設(shè)計(jì)人員水平較差，生搬硬套規(guī)范，導(dǎo)致公路征地拆遷面積大、工程量大，對(duì)自然環(huán)境破壞嚴(yán)重；二是隨意突破規(guī)范。部分設(shè)計(jì)人員安全意識(shí)薄弱，隨意選擇路線平、縱指標(biāo)，導(dǎo)致公路在運(yùn)營(yíng)期間安全事故頻發(fā)。綜上，只有在地形受限制的路段才考慮突破規(guī)范值，并采取相應(yīng)的安全保障措施。

1.2 山區(qū)公路影響因素

（1）地形因素。橫坡較陡時(shí)（＞1 ∶1.25）不利于路基穩(wěn)定性，可能沿著地表整體滑移。路線走向要避開地形陡峭路段。同時(shí)，平原區(qū)公路的縱向地形對(duì)路線標(biāo)高影響不大，山區(qū)公路的縱向地形起伏大，對(duì)路線標(biāo)高影響較大。對(duì)于高填深挖路段，應(yīng)對(duì)路基與橋梁或隧道開展綜合比選。

（2）地質(zhì)因素。地質(zhì)因素包括工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等，會(huì)直接影響山區(qū)公路的安全性。對(duì)于地質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)域，路線在設(shè)計(jì)前要開展全面的地質(zhì)勘察，使路線盡量繞開不良地質(zhì)區(qū)域，以免公路在運(yùn)營(yíng)期間產(chǎn)生各種地質(zhì)災(zāi)害。

（3）生態(tài)因素。山區(qū)公路在建設(shè)期間不可避免會(huì)破壞原有地形地貌，對(duì)周邊生態(tài)產(chǎn)生不利影響。為了響應(yīng)國(guó)家綠色公路建設(shè)倡議，路線方案要盡量降低土石方規(guī)模，減少對(duì)周邊生態(tài)的破壞。

2 山區(qū)公路平、縱線形設(shè)計(jì)

2.1 路線設(shè)計(jì)步驟

山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)是一個(gè)層層推進(jìn)，不斷深入的過程，路線研究范圍不斷減小，工作內(nèi)容由宏觀向微觀，大致可分為走廊帶選擇、路段方案比選、局部線位優(yōu)化三個(gè)階。其中走廊帶選擇適用于工程可行性研究階段，是為了確定路線起點(diǎn)、終點(diǎn)、關(guān)鍵控制點(diǎn)等，在選擇走廊帶時(shí)可聽取行政主管部門的意見，但不宜盲從；路段方案比選是山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，適用于初步設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)初步勘測(cè)，對(duì)項(xiàng)目周邊的控制點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步加密；局部線位優(yōu)化適用于施工圖設(shè)計(jì)階段，各專業(yè)人員要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地形地貌、水文地質(zhì)等進(jìn)行詳盡地勘測(cè)，對(duì)局部不合理線形進(jìn)行適當(dāng)?shù)貎?yōu)化。對(duì)于咨詢的單位意見和專家意見，要及時(shí)溝通，確實(shí)需要修改的，必須修正。

2.2 路線平、縱指標(biāo)分類

山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)指標(biāo)可分成強(qiáng)制性和非強(qiáng)制性兩類。強(qiáng)制性指標(biāo)在規(guī)范中用詞為“應(yīng)”（見表1），對(duì)公路路線安全性影響大，在設(shè)計(jì)時(shí)不宜突破一般值。而非強(qiáng)制性主要影響路線美觀性和行車舒適性，在規(guī)范中用詞為“宜”。

2.3 平面線形指標(biāo)選擇

平面線形設(shè)計(jì)就是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)周邊地形、地貌、水文、地質(zhì)環(huán)境、自然及礦產(chǎn)資源分布情況進(jìn)行全面實(shí)地考察，以明確道路的基本走向，并選擇合理的指標(biāo)值[3]。

（1）直線長(zhǎng)度。山區(qū)公路的地形起伏大，直線大多布置在相鄰圓曲線之間，基本不會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)直線，該文只討論其最短直線長(zhǎng)度的取值。由規(guī)范可知，同向曲線間和反向圓曲線之間的最短直線長(zhǎng)度要分別大于6V、2V，其中V表示公路設(shè)計(jì)速度。

（2）圓曲線半徑。山區(qū)公路圓曲線半徑不宜過大或過小，圓曲線半徑過大，會(huì)增加公路的征地拆遷面積；圓曲線半徑過小，車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)受到的離心力大，容易出現(xiàn)側(cè)翻、滑移等事故，其最小半徑R應(yīng)滿足式（1）[4]：

式中，V——設(shè)計(jì)速度（km/h）；μ——路面橫向力系數(shù)；i——超高橫坡（%）。

在實(shí)際項(xiàng)目中，山區(qū)公路圓曲線半徑參考值，見表2：

表2 圓曲線半徑參考值

2.4 縱斷面線形指標(biāo)選擇

在縱斷面的設(shè)計(jì)中，至關(guān)重要的是確定變坡點(diǎn)的高程和位置，進(jìn)而確定適宜的坡長(zhǎng)、坡度和豎曲線（凹曲線和凸曲線），以確保公里路的縱坡平穩(wěn)、起伏緩和。

（1）最小坡長(zhǎng)。一般情況下，坡長(zhǎng)是指山區(qū)公路縱斷面上相鄰變坡點(diǎn)之間的長(zhǎng)度。為了確保車輛在行駛期間不顛簸，坡長(zhǎng)不宜太小。山區(qū)公路設(shè)計(jì)速度為80 km/h、100 km/h、100 km/h時(shí)，坡長(zhǎng)最小值不得小于200 m、250 m、300 m。

（2）最大縱坡。一般情況下，公路路線縱坡越大，行車安全性越差。比如在縱坡較大的上坡路段，駕駛員要頻繁換檔提高車輛動(dòng)力；在縱坡較大的下坡路段，汽車的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，車速持續(xù)加快，司機(jī)需頻繁制動(dòng)。鑒于此，該文以百萬車公里的事故率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，統(tǒng)計(jì)了多條山區(qū)公路在不同縱坡路段的平均事故率，并利用二次多項(xiàng)式函數(shù)擬合了山區(qū)公路縱坡坡度與事故率的關(guān)系，相關(guān)系數(shù)接近1，精確度滿足工程需求，如圖1所示。

圖1 山區(qū)公路事故率統(tǒng)計(jì)

由圖1 可知：山區(qū)公路縱坡坡度越大，事故率越高。當(dāng)縱坡坡度小于5%，事故率變化不明顯；當(dāng)縱坡坡度超過5%，事故率呈驟增趨勢(shì)，故建議山區(qū)公路在設(shè)計(jì)時(shí)路線最大縱坡坡度不超過5%。

（3）豎曲線。為保障山區(qū)公路線形平滑過渡，應(yīng)當(dāng)在縱坡變坡點(diǎn)處插入豎曲線（凹形豎曲線或凸形豎曲線）。由于豎曲線的前后坡差較小，在實(shí)際工程中一般將豎曲線視作圓曲線。需注意，在豎曲線變坡點(diǎn)處，應(yīng)當(dāng)遵循地勢(shì)，避免與相鄰的平曲線均采用極限值。

2.5 路線平、縱組合

（1）平縱組合原則。大量工程實(shí)踐表明，山區(qū)公路平、縱線形要從視線引導(dǎo)、合成坡度、平縱曲線均衡性等方面考慮，具體闡述如下：一是線形組合要保證線形平順，保證駕駛員視覺的連續(xù)性，緩解行車疲勞感和緊張感；二是合成坡度不宜過大或過小。合成坡度過大，車輛經(jīng)過彎道時(shí)容易因離心力過大而產(chǎn)生側(cè)滑、側(cè)翻等事故，反之，不利于路面排水，易導(dǎo)致外側(cè)車道或硬路肩雨水滯留。合成坡度I和排水不暢路段S的計(jì)算可參考式（2）和式（3）；三是要確保平縱線形指標(biāo)的均衡性，滿足“平包豎”，即平曲線半徑宜與豎曲線半徑重合，且前者長(zhǎng)度要大于后者[5]。

式中，ih——超高橫坡（%）；i——縱坡（%），imin——規(guī)范允許的最小合成坡度（%）；L0——臨界長(zhǎng)度（m）。

（2）平縱組合形式。目前，山區(qū)公路常見的平縱組合線形包括直直、直凹、直凸、平直、平凹、平凸等，不同平縱組合形式的特點(diǎn)總結(jié)見表3：

表3 山區(qū)公路路線平縱組合形式對(duì)比

3 山區(qū)公路線形設(shè)計(jì)其他要點(diǎn)

3.1 利用舊路優(yōu)化路線

由于山區(qū)公路建設(shè)環(huán)境復(fù)雜且交通量不大，其投資金額通常受到限制。同時(shí)，山區(qū)的原始道路等級(jí)較低，多數(shù)屬于三、四級(jí)公路，路線總體沿山勢(shì)布設(shè)，埡口的選用十分合理，其工程規(guī)模已初具規(guī)模。為了提高線路通行能力和服務(wù)水平，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)優(yōu)先選擇那些建設(shè)難度較小、工程量相對(duì)較少的布線位置，以便于利用舊路對(duì)路線進(jìn)行優(yōu)化，降低施工難度和工作量，從而提高路線方案的經(jīng)濟(jì)性。

3.2 避險(xiǎn)車道設(shè)計(jì)

山區(qū)公路避險(xiǎn)車道有上坡式、平坡式、下坡式等，其中上坡式避險(xiǎn)車道能減緩車輛行駛速度，保證行車安全，應(yīng)用較廣泛。避險(xiǎn)車道的線形要與主線線形相協(xié)調(diào)，宜布置在直線路段，不宜布置在曲線路段，以保證駕駛員視線的不受遮擋。此外，山區(qū)公路避險(xiǎn)車道的長(zhǎng)度L需考慮設(shè)計(jì)速度、避險(xiǎn)車道坡度等因素，見式（4）：

式中，μ——車輛輪胎與路面的摩擦因子，無量綱；i——避險(xiǎn)車道坡度（%）。

3.3 路線方案比選

山區(qū)公路在設(shè)計(jì)時(shí)要初步擬定多條路線方案，并從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境保護(hù)等方面進(jìn)行綜合比選。在路線設(shè)計(jì)階段，要抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，選擇有代表性的路線方案比選指標(biāo)，具體見表4。

表4 山區(qū)公路路線方案比選指標(biāo)

3.4 路線安全性評(píng)價(jià)

車輛在山區(qū)公路上的運(yùn)行速度與設(shè)計(jì)速度不一定完全相同，甚至相差較大，此時(shí)路線線形指標(biāo)可能不滿足行車安全。為了解決這一問題，在路線設(shè)計(jì)階段要對(duì)路線線形開展安全性評(píng)價(jià)，一般用某一路段設(shè)計(jì)速度與運(yùn)行速度的差值Δ 評(píng)價(jià)，當(dāng)Δ ＜10 km/h、10 km/h ＜Δ ＜20 km/h、Δ ＞20 km/h 時(shí)，對(duì)應(yīng)的路線線形安全性等級(jí)分別為好、較好、不良。

4 結(jié)論

該文總結(jié)了山區(qū)公路的路線設(shè)計(jì)原則，影響因素，平、縱指標(biāo)選擇，平縱組合等，得到了以下幾個(gè)結(jié)論：

（1）山區(qū)公路在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)堅(jiān)持安全性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性等原則。

（2）山區(qū)公路路線線形設(shè)計(jì)是分階段進(jìn)行的，要嚴(yán)格遵守路線設(shè)計(jì)規(guī)范來選擇平、縱線形指標(biāo)。

（3）山區(qū)公路平、縱線形要從視線引導(dǎo)、合成坡度、平縱曲線均衡性等方面綜合考慮，選擇合理的組合形式。除此之外，山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)還要重視避險(xiǎn)車道設(shè)計(jì)、路線方案比選、安全性評(píng)價(jià)等內(nèi)容。