淺談高速公路路線設(shè)計(jì)

李　廈　葉丹燕

摘要：路線設(shè)計(jì)是公路工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和靈魂。文章針對(duì)高速公路路線方案的選擇，以及路線平、縱、橫的設(shè)計(jì)，并結(jié)合目前公路建設(shè)的實(shí)際情況，提出了新型公路設(shè)計(jì)的思路與觀點(diǎn)，對(duì)提升我國(guó)高速公路的設(shè)計(jì)水平具有指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：高速公路；公路工程設(shè)計(jì)；路線設(shè)計(jì)；公路建設(shè)

中圖分類號(hào)：U416文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）11-0134-02

目前我國(guó)高速公路通車?yán)锍桃衍S居世界第二位，隨著高速公路里程的增加，高速公路交通安全的形勢(shì)越來越嚴(yán)峻。在影響交通安全的諸多因素中，公路設(shè)計(jì)本身存在的一些問題是誘發(fā)交通事故的一個(gè)重要原因，已通車的高速公路中普遍存在的事故多發(fā)點(diǎn)或路段就足以證明這一點(diǎn)。高速公路安全性評(píng)價(jià)為有效預(yù)防交通事故的發(fā)生提供了一個(gè)非常有效的手段，體現(xiàn)了“安全、環(huán)保、舒適、和諧”的新理念，對(duì)提升我國(guó)高速公路的設(shè)計(jì)水平具有一定的指導(dǎo)作用。高速公路路線設(shè)計(jì)直接影響著行車的安全及舒適性，良好的路線設(shè)計(jì)是高速公路交通安全的基本保障，因此高速公路路線設(shè)計(jì)的安全性評(píng)價(jià)是高速公路安全性評(píng)價(jià)的重要方面。

一、路線設(shè)計(jì)的重要性

在路線設(shè)計(jì)上，我們觀在仍然按照老的概念，進(jìn)行平、縱、橫斷面的設(shè)計(jì)。而對(duì)高等級(jí)公路應(yīng)當(dāng)根據(jù)汽率和車速的發(fā)展，按照交通工程學(xué)的新理論概念進(jìn)行設(shè)計(jì)，不能在各種幾何路線上仍然照搬國(guó)外的方法和參數(shù)。長(zhǎng)期以來，我們主要是修建低等級(jí)公路，對(duì)低等級(jí)公路有過不少的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)低等級(jí)公路的參數(shù)，進(jìn)行過精細(xì)核算。但對(duì)修建高等級(jí)公路，我們的經(jīng)驗(yàn)還不多，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的路線等級(jí)劃分，各項(xiàng)參數(shù)的確定，許多是照搬國(guó)外的，某些也不盡適用。我們應(yīng)當(dāng)在自己實(shí)踐的基礎(chǔ)上，根據(jù)我國(guó)的國(guó)情，運(yùn)用新的技術(shù)理論，完善我國(guó)的公路標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，使之更符合我國(guó)的實(shí)際情況，既保證質(zhì)量，又盡可能降低造價(jià)。

公路的路形設(shè)計(jì)是公路總體設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，因?yàn)楣仿肪€尤其是高等級(jí)公路的路線是公路的骨架，路線設(shè)計(jì)合理與否，將直接影響到公路的橋隧、人工構(gòu)造物、路基、路面等的設(shè)計(jì)。如果路線設(shè)計(jì)恰當(dāng)，其余各項(xiàng)設(shè)計(jì)再好也是沒有多大用處的，都將隨著路線設(shè)計(jì)的變動(dòng)而作廢。同時(shí)在公路建成后，如果再要改變路線，一般也是非常困難的，尤其是高等級(jí)公路的路線，一經(jīng)建成將長(zhǎng)期制約著公路的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的發(fā)揮。所以，有的國(guó)家提出公路路線是公路的生命，它對(duì)汽車行駛的舒適、安全、經(jīng)濟(jì)和公路的通行能力，都起著決定性的作用和影響。在過去的公路路線設(shè)計(jì)概念中，認(rèn)為公路路線即是公路的幾何線條設(shè)計(jì)。如平面線形設(shè)計(jì)，就是如何正確地運(yùn)用平面技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，定出公路的平面幾何尺寸。公路縱面線形設(shè)計(jì)，就是合理采用縱坡技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，定出縱面的幾何尺寸。這兩個(gè)方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)用好了，幾何尺寸定出來了，就算路線設(shè)計(jì)好了。

由于汽車工業(yè)和公路交通運(yùn)輸?shù)难杆侔l(fā)展，公路行車速度的不斷提高，交通量劇增，導(dǎo)致交通事故頻繁。對(duì)公路路線設(shè)計(jì)，就不能只停留在幾何尺寸的設(shè)計(jì)上，涉及路線設(shè)計(jì)和人機(jī)工程學(xué)的各個(gè)方面。公路的路線設(shè)計(jì)，不但需要滿足汽車行駛力學(xué)方面的要求，而且還要滿足汽車駕駛員心理和生理?xiàng)l件的需要，還要考慮乘客的舒適、地形地物的適應(yīng)，自然條件的平衡、環(huán)境的保護(hù)、營(yíng)運(yùn)的經(jīng)濟(jì)性等因素。所以，高等級(jí)公路的路線設(shè)計(jì)是很重要的。

二、路線設(shè)計(jì)規(guī)范

規(guī)范符合性檢查主要從平面、縱面及橫斷面著手進(jìn)行。目前的安全性評(píng)價(jià)僅對(duì)道路安全有重要影響的因素進(jìn)行檢查，而對(duì)于規(guī)范符合性的檢查應(yīng)從運(yùn)行速度的角度來進(jìn)行。如緩和曲線的最小長(zhǎng)度按3s行程計(jì)，若某處緩和曲線長(zhǎng)度為80m和設(shè)計(jì)速度為80km/h，運(yùn)行速度預(yù)測(cè)值為100km/h，若按設(shè)計(jì)速度來計(jì)算，緩和曲線長(zhǎng)度滿足要求，但按運(yùn)行速度來計(jì)算卻不滿足要求。

平面設(shè)計(jì)是否滿足規(guī)范主要有以下幾個(gè)方面：（1）長(zhǎng)直線，過長(zhǎng)的直線會(huì)使駕駛員行車單調(diào)乏味、分散注意力、增加疲勞感，難以準(zhǔn)確目測(cè)車距，對(duì)行車安全不利；（2）短直線路段同向曲線之間插入長(zhǎng)度不夠的直線，稱為斷背曲線，此類曲線容易產(chǎn)生把直線和兩端曲線看成反向彎曲的錯(cuò)覺，整個(gè)路線缺乏連續(xù)性，容易導(dǎo)致駕駛失誤，反向曲線之間的直線過短，對(duì)于有超高、加寬的反向曲線，將不能實(shí)現(xiàn)反向變化的平穩(wěn)過渡，行車也是不安全的；（3）連續(xù)多個(gè)平曲線的過渡，相鄰卵形曲線半徑之比宜在0.2～0.8之間，S形曲線應(yīng)在1～1/3為宜，連續(xù)路段的多個(gè)平曲線，其半徑值呈由大到小逐減或由小到大逐增的布置，半徑比應(yīng)小于1.5，方能達(dá)到曲率的均衡變化；（4）緩和曲線公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范總校稿規(guī)定，緩和曲線的最小長(zhǎng)度按3s行程計(jì)；（5）轉(zhuǎn)角，小轉(zhuǎn)角（7°～10°）應(yīng)設(shè)置大半徑圓曲線，否則路線會(huì)出現(xiàn)扭折，還會(huì)引起曲率看上去比實(shí)際大得多的錯(cuò)覺；（6）平曲線最小長(zhǎng)度為170m，當(dāng)轉(zhuǎn)角小于7°時(shí)，平曲線的長(zhǎng)度不應(yīng)小于1200/（轉(zhuǎn)角）。

看高速公路縱面設(shè)計(jì)是否符合規(guī)范，主要有以下幾方面：（1）縱坡度設(shè)計(jì)最大縱坡不能超過規(guī)范規(guī)定的最大縱坡值；（2）坡長(zhǎng)對(duì)于某一坡度，設(shè)計(jì)坡長(zhǎng)不能超過規(guī)范規(guī)定的最大坡長(zhǎng)；（3）豎曲線半徑在條件允許的情況下，設(shè)計(jì)豎曲線半徑最好不要小于規(guī)范容許的視覺要求的最小豎曲線半徑；（4）路塹地段是否存在小于0～3%的縱坡路塹地段縱坡過小，在遇到大雨或暴雨時(shí)，會(huì)導(dǎo)致路面積水漫流，影響交通安全；（5）高填方路段過高的填方使路側(cè)危險(xiǎn)性增高。

橫斷面主要審查路基橫斷面寬度、爬坡車道、緊急停車帶及避險(xiǎn)車道。從通行能力、運(yùn)行速度及車輛橫向偏移等方面考慮，我國(guó)規(guī)定，車行道寬度不小于3.75m，路緣寬度大于0.5m，硬路肩寬度取3m較為合適。爬坡車道的設(shè)置與否主要考慮行車速度與通行能力的關(guān)系。如導(dǎo)致行車速度過低或通行能力降低，則需考慮設(shè)置爬坡車道。目前高速公路硬路肩一般大于等于2.5m，故不必設(shè)置緊急停車帶。緊急停車帶一般設(shè)置在爬坡車道，所以對(duì)緊急停車帶的審查應(yīng)主要審查緊急停車帶的間距及緊急停車帶的漸變段、寬度等。避險(xiǎn)車道的評(píng)價(jià)除了規(guī)范符合性檢查外，還有一個(gè)重要內(nèi)容即評(píng)價(jià)其設(shè)置與否，目前較好的方法是交通部公路所2003年完成的交通部標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范項(xiàng)目《公路縱坡與坡長(zhǎng)限制》課題的研究成果，即根據(jù)能量守恒原理推算下坡路段坡長(zhǎng)、坡度、不同載質(zhì)量與剎車片溫度關(guān)系模型。當(dāng)大型貨車的制動(dòng)器溫度超過了260°的極限溫度時(shí)，車輛處于不安全的運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)受地形限制連續(xù)縱坡路段從設(shè)計(jì)上無(wú)法避免時(shí)，應(yīng)選擇合適位置設(shè)置大型貨車避險(xiǎn)車道，以提高山區(qū)高速公路的安全水平。

三、路線設(shè)計(jì)特點(diǎn)

平曲線半徑主要是將運(yùn)行速度等取極限值，來計(jì)算出需要可能不滿足要求的平曲線半徑的最大值，從而可以只對(duì)小于此半徑值的平曲線半徑進(jìn)行評(píng)價(jià)，以提高評(píng)價(jià)效率。視距包括路側(cè)視距和中央分隔帶視距，對(duì)于小半徑處的中央分隔帶來說，基本上不可能使內(nèi)側(cè)車道保證有足夠的視距，所以只有通過設(shè)置限速標(biāo)志和降低中間帶綠化植物高度來改善視距。下面主要對(duì)路側(cè)視距的安全性評(píng)價(jià)進(jìn)行討論。

小客車的停車視距是汽車以特定速度行駛時(shí)，普通駕駛員在駛抵車道上的障礙物之前能作出反應(yīng)并安全停車所需的最短距離。小客車停車視距采用路段運(yùn)行速度計(jì)算值按《指南》中提供的公式進(jìn)行計(jì)算。通過停車視距就可以計(jì)算出不同的平曲線半徑所需要的橫凈距，橫凈距是指行車軌跡線與視距曲線之間的距離。根據(jù)所設(shè)計(jì)道路的橫斷面及小客車的視高即可計(jì)算出目前所設(shè)計(jì)的道路提供的橫凈距，與計(jì)算得出的橫凈距進(jìn)行比較，即可知小客車視距是否滿足要求。

在所需視距方面，貨車與小客車相比，有以下缺點(diǎn)：空車制動(dòng)性能差；軸間不均勻荷載；鉸接貨車剎車不靈；道路曲率影響。盡管載重車駕駛員由于視點(diǎn)高能看得見相當(dāng)遠(yuǎn)處障礙物的垂直面，并且速度較慢，但這一優(yōu)勢(shì)不足以彌補(bǔ)貨車不良的制動(dòng)性能。特別在側(cè)向視距受限制的地點(diǎn)，視點(diǎn)高也會(huì)喪失優(yōu)勢(shì)。所以需對(duì)貨車所需視距進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算。貨車停車視距采用路段運(yùn)行速度計(jì)算值按《指南》中提供的公式進(jìn)行視距的計(jì)算，然后采用橫凈距的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

合成坡度的評(píng)價(jià)按《指南》中提供的方法進(jìn)行。實(shí)際操作中，最大的縱坡坡度及最大的超高橫坡度兩者都取極限值時(shí)，合成坡度值低于規(guī)范規(guī)定的要求時(shí)，高速公路整個(gè)路段就都滿足合成坡度的要求。

車輛在曲線半徑上行駛時(shí)，會(huì)產(chǎn)生橫向力。這個(gè)橫向力由橫向力系數(shù)和超高共同承擔(dān)。根據(jù)最大超高值和最大橫向力系數(shù)可以求出極限最小曲線半徑。求出最小曲線半徑后，對(duì)于大于最小曲線半徑的曲線半徑以及一定的設(shè)計(jì)速度，超高和橫向力系數(shù)之間應(yīng)當(dāng)有一定的分配方式，即橫向摩阻系數(shù)和應(yīng)用的超高率之間有著一個(gè)邏輯上的關(guān)系。按曲線半徑將和適當(dāng)比例分配，可以求出任意曲線半徑下的橫坡值和橫向力系數(shù)值。

四、路線設(shè)計(jì)綜合考慮

高速公路平縱路線的組合，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：（1）是否實(shí)現(xiàn)了安全的平包豎；（2）在小半徑豎曲線處。豎曲線半徑是否為平曲線半徑的10～20倍，是否實(shí)現(xiàn)了平曲線與豎曲線的平衡；（3）是否存在小半徑豎曲線與緩和曲線相重疊的路線。在評(píng)價(jià)過程中。還研究并采用了平縱橫組合的方法，即對(duì)長(zhǎng)直線、大縱坡、高填方、短直線、曲線過渡、小豎曲線半徑、小半徑、小轉(zhuǎn)角進(jìn)行綜合分析。進(jìn)行綜合分析的基本思想是：在以上對(duì)平面及縱面進(jìn)行分析的過程中，對(duì)于每種危險(xiǎn)情況的調(diào)查都預(yù)留了一定的余量。

五、結(jié)語(yǔ)

在高速公路規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，在注重路線設(shè)計(jì)的同時(shí)更應(yīng)重視公路建設(shè)對(duì)沿線環(huán)境的影響，并要把與環(huán)境相協(xié)調(diào)作為約束路線走向的重要因素納入路線設(shè)計(jì)的全過程，使整個(gè)公路融進(jìn)大自然環(huán)境之中，這對(duì)提高公路環(huán)境質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

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[3]公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ001-94）[S]．

作者簡(jiǎn)介：李廈（1981－），浙江衢州交通設(shè)計(jì)有限公司助理工程師，研究方向：道路工程；葉丹燕（1979－），浙江衢州交通設(shè)計(jì)有限公司工程師，研究方向：道路工程。