公路線形設(shè)計影響因素分析

王坤

（菏澤市公路規(guī)劃設(shè)計院，山東 菏澤 274000）

1 引言

公路作為一種線狀構(gòu)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(shù)指標的立體組合，線形設(shè)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(zhì)量起著關(guān)鍵性的作用。因此，在進行公路線形設(shè)計時要結(jié)合車輛行駛的安全性與舒適性、工程的經(jīng)濟性以及線形的美觀等方面來綜合考慮。公路線形設(shè)計可分為2 個方面，即宏觀設(shè)計和微觀設(shè)計【1】。宏觀設(shè)計是在前期做好路網(wǎng)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(shè)計。微觀設(shè)計則是對線形要素進行設(shè)計，是決定公路最終使用功能的關(guān)鍵步驟。

2 公路線形設(shè)計關(guān)鍵問題

2.1 平面線形設(shè)計

平面線形設(shè)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(diào)【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(yīng)選擇曲線線形。在進行線形設(shè)計時，直線、曲線、回旋曲線的設(shè)計要因地制宜，不論是哪種等級的公路，在進行曲線設(shè)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(jù)長期的實踐證明，線路轉(zhuǎn)角的大小與行車的舒適性有直接關(guān)系，而采用較長的平曲線可以避免在行車時產(chǎn)生急轉(zhuǎn)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(shè)置要結(jié)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(shè)計

進行縱斷面線形設(shè)計時要與公路沿線的地形密切結(jié)合，將線形設(shè)計為連續(xù)的平順曲線，避免線形出現(xiàn)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(yīng)該設(shè)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(shù)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(yīng)盡量控制縱坡，不宜過大。

2.3 線形綜合設(shè)計

進行線形設(shè)計時，不應(yīng)當只從技術(shù)角度出發(fā)，考慮長度、坡度以及曲線半徑等技術(shù)參數(shù)，還要考慮到視覺心理等問題。當交通環(huán)境單調(diào)時，公路線形組合可適當復(fù)雜，避免長時間行車時面對簡單枯燥的視景，導(dǎo)致駕駛員產(chǎn)生視覺疲勞；而交通環(huán)境復(fù)雜時則要采取單調(diào)的線形組合。設(shè)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(diào)的問題。

公路線形的綜合設(shè)計要以視距條件為出發(fā)點，在進行縱斷面線形設(shè)計時，可以在適當?shù)奈恢迷O(shè)計凹形豎曲線，不僅有助于解決線形單調(diào)呆板問題，還能帶來行車視覺的改變，提高行車的舒適性，應(yīng)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(fù)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(shè)計時，要合理設(shè)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(dǎo)致視覺曲折現(xiàn)象。同時還要結(jié)合縱斷面線形設(shè)計來綜合考慮，避免急轉(zhuǎn)彎和陡坡出現(xiàn)在同一路段上。

3 公路線形設(shè)計影響因素

3.1 行車安全

作為公路線形設(shè)計的一項影響因素，行車安全與線形設(shè)計的各個指標之間有著直接的關(guān)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(jīng)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(dǎo)致駕駛?cè)藛T反應(yīng)不及而發(fā)生事故。JTG D20—2017《公路路線設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定，當設(shè)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(shè)計速度；連接反向圓曲線的直線最短長度不小于2 倍的設(shè)計速度。設(shè)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(guān)，在直線段行車會導(dǎo)致行車視覺單調(diào)、分散注意力、易疲勞；同時由于直線段的路況好，極易導(dǎo)致駕駛?cè)藛T在行車過程中超速駕駛，導(dǎo)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(dǎo)致事故發(fā)生概率的增加。因此，在進行公路線形設(shè)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(shè)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(zhuǎn)彎順暢。圓曲線半徑要根據(jù)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(dǎo)致車輛在彎道處發(fā)生側(cè)滑甚至是翻車。因此，在進行公路線形設(shè)計時要根據(jù)設(shè)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(dǎo)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?cè)藛T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(shè)計時要嚴格控制坡度與坡長，避免出現(xiàn)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(xiàn)，進行豎曲線設(shè)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(guān)，直接關(guān)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(shè)計時，行車安全是一個不容忽視的因素。

3.2 線形美學(xué)

線形美學(xué)也是公路線形設(shè)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(shè)計中線形美學(xué)越來越受到重視。線形美學(xué)就是要求在進行公路線形設(shè)計時做到與地形地貌以及周邊的自然環(huán)境相適應(yīng)，不僅僅要做到線形均勻、連續(xù)，還要避免單調(diào)。如果公路線形與地形地貌以及周邊環(huán)境之間不協(xié)調(diào)，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(shè)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(shù)經(jīng)濟

在進行公路線形設(shè)計時，在技術(shù)以及經(jīng)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(shè)計在技術(shù)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(xiàn)；其次，在保證技術(shù)可行的基礎(chǔ)上，要追求經(jīng)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(jié)語

公路線形設(shè)計是公路設(shè)計的重要工作，與公路的工程質(zhì)量有著直接的關(guān)聯(lián)。本文通過平面線形設(shè)計、縱斷面線形設(shè)計以及線形綜合設(shè)計3 個方面研究了公路線形設(shè)計的關(guān)鍵內(nèi)容，并從行車安全、線形美學(xué)以及技術(shù)經(jīng)濟3 個方面對公路線形設(shè)計的影響因素進行了分析，能夠為公路線形設(shè)計工作提供參考，具有一定的指導(dǎo)意義。