公路路線線形擬合設(shè)計的思路研究

張輝、何善晶

（江西省贛南公路勘察設(shè)計院，江西贛州341000）

0 引言

公路路線線形擬合設(shè)計作為公路工程設(shè)計中一項非常關(guān)鍵的設(shè)計內(nèi)容，其設(shè)計方案是否科學直接影響到了線路的應(yīng)用。因此，在該項工作的開展階段，要意識到公路路線線形擬合設(shè)計的重要性，只有從實際出發(fā)做好設(shè)計方案的優(yōu)化，才能夠提高設(shè)計效果，達到公路項目的建設(shè)標準。

1 平面線形組合類型

公路路線線形擬合設(shè)計是重要的設(shè)計理念和方式，在設(shè)計環(huán)節(jié)，要綜合分析平面線形組合、曲率變化、適用范圍等要素，并充分掌握曲率變化的實際情況。如果能通過模擬軟件分析和計算出擬合曲線曲率變化的參數(shù)值，并掌握實際的特征點及線形組合類型，就能有效解決公路平面線形擬合方面的實際問題。為了保證曲線擬合法能夠被有效應(yīng)用到實際的公路工程中，必須綜合分析各項參數(shù)指標，從而更好地擬合各種具體方案，為公路路線線形設(shè)計提供基礎(chǔ)，這也是保證公路運行效果的關(guān)鍵。

2 平面線形組合的設(shè)計原則

在改、擴建公路的設(shè)計環(huán)節(jié)中，必須分析公路建設(shè)與改建公路結(jié)構(gòu)形式之間存在的關(guān)系。其設(shè)計的基本原則就是選線，必須要能夠達到公路工程技術(shù)標準及路線設(shè)計規(guī)范要求，同時還要考慮到橋梁運行情況，靈活使用多種線形的形式，來滿足經(jīng)濟、環(huán)保、科學、安全等方面的要求，從而對公路路線的正常使用起到積極的促進作用。針對公路改建，綜合性考慮、分析工程的增加量、技術(shù)指標、地形地貌、地質(zhì)條件、水文狀況等方面的因素，掌握占地環(huán)境、安全性等方面的要素，從而保證設(shè)計方案更加科學、合理。公路中心線擬合設(shè)計環(huán)節(jié)，要保證其上跨主線分離式的立交橋凈寬限制公路的中心線符合實際應(yīng)用的標準，達到運行的標準要求。在平、縱線形設(shè)計環(huán)節(jié)，要考慮到結(jié)構(gòu)物的特點和要求，不會對實際運行的產(chǎn)生任何影響。通過結(jié)構(gòu)物的位置及高程擬合線路的方式達到一致，然后計算結(jié)構(gòu)承載性能參數(shù)和標準，保證縱面、橫面都符合要求，達到科學、合理。公路改、擴建的方案在實施過程中，要遵守國家標準與行業(yè)規(guī)范要求，通過各項參數(shù)的計算、分析，確保其達到協(xié)調(diào)性與穩(wěn)定性的標準要求，滿足實際運行需要。

同時，設(shè)計人員還要分析交通事故的發(fā)生率，及時總結(jié)、了解該線路的幾何設(shè)計與沿線公路等缺陷問題，以確定最佳的路線改造施工方案，明確交通保障技術(shù)和標準，落實管理措施和要求，進行公路的自我檢驗與完善，全面提升現(xiàn)場的勘察能力和水平，滿足使用標準。綜合分析目前已經(jīng)存在的路網(wǎng)條件，與當前已有公路有效結(jié)合，實現(xiàn)城市協(xié)調(diào)化一體化發(fā)展，構(gòu)建符合我國需要的交通路網(wǎng)系統(tǒng)，為經(jīng)濟與社會發(fā)展起到積極的推動作用。

此外，還要考慮到公路施工現(xiàn)場的具體情況，做好現(xiàn)場風險分析和控制工作，使公路線形的運行完全達到規(guī)范標準。同時，還要和沿線景觀保持協(xié)調(diào)，不能犧牲環(huán)境質(zhì)量而建設(shè)公路項目。在初測與初設(shè)環(huán)節(jié)，要積極做好各項環(huán)境保護措施，不會因為公路建設(shè)而產(chǎn)生嚴重的環(huán)境破壞和污染的問題，而引發(fā)生態(tài)災(zāi)難，必須嚴格對待。對于目前公路建設(shè)施工過程中所存在的環(huán)境污染問題，應(yīng)及時予以治理，充分保護生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，恢復已遭破壞的生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)生態(tài)平衡與發(fā)展。為了避免對環(huán)境、景觀造成任何危害和影響，在設(shè)計階段必須保護地形、地貌條件，防止大范圍拆遷，如果可能因為工程建設(shè)對環(huán)境造成嚴重的破壞或負面影響，比如植被損壞、噪聲污染、水土流失等，在設(shè)計方案中應(yīng)明確具體的處理方法和應(yīng)對措施，以消除對環(huán)境的干擾和影響，大幅提升生態(tài)環(huán)保水平[1]。

3 項目概況

某高速公路項目，在設(shè)計方案中明確了該項目運行的最高時速為120km/h，路基寬42m，其他結(jié)構(gòu)尺寸及方案設(shè)計完全符合國家規(guī)定和要求。因為公路等級相差比較大，且在設(shè)計時技術(shù)標準比較少，監(jiān)督管理也不嚴格，造成該項目施工效果比較差。所以在設(shè)計中，需要對該公路工程進行設(shè)計等級的統(tǒng)一設(shè)置，考慮到不同路段的具體情況，選擇最佳的設(shè)計方案，才能符合公路交通的運行標準，為交通質(zhì)量的改善和提升做出貢獻。

3.1 路線平面擬合設(shè)計

3.1.1 舊路平面現(xiàn)狀

選擇該項目中一段長度為95.28km 的路段進行設(shè)計與施工，設(shè)計時速為120km/h，平面線形由直線、圓曲線、緩和曲線組成，并以曲線為主，平曲線占路線總長度的55.91%。

3.1.2 平面線形擬合原則

（1）結(jié)合自然下沉條件、地理環(huán)境確定符合現(xiàn)場要求的擴建施工方案。

（2）設(shè)計路線方案時，應(yīng)該保證現(xiàn)場組織方案符合實際情況。

（3）分析、了解現(xiàn)場的結(jié)構(gòu)特點，明確平面線形擬合具體的應(yīng)用情況。

（4）方案設(shè)計時，要減少土地資源的使用量，盡量避免大規(guī)模拆遷。

（5）檢測原路面結(jié)構(gòu)的平、縱標準，確保其符合運行的要求。

（6）充分利用現(xiàn)有的公路工程項目。

（7）根據(jù)平、縱、橫向設(shè)計方案對沿線結(jié)構(gòu)物進行控制。

（8）不會對其他的基礎(chǔ)設(shè)施和公路運行造成任何負面影響。此外，在線路方案設(shè)計環(huán)節(jié)，還應(yīng)綜合分析、了解現(xiàn)場的管道、線路以及電力設(shè)施等方面的情況，以保證不會對現(xiàn)場的各項設(shè)施帶來任何影響，確保結(jié)構(gòu)的運行效果符合實際要求。

3.1.3 平面線形擬合方案

根據(jù)改擴建線路的特性，考慮到該工程的具體狀況，選擇使用如何擬合的原則進行設(shè)計：以實際線位作為設(shè)計的依據(jù)和標準，擬合數(shù)據(jù)與實際測量數(shù)據(jù)之間的偏差必須控制在10cm 以內(nèi)。樁號的使用應(yīng)符合我國國家標準要求，通過機載激光雷達現(xiàn)場采集老路面4 點數(shù)據(jù)，然后根據(jù)需要在電子地圖上進行擬合與計算，地圖比例設(shè)定為1∶2000。為了保證擬合曲線和已有的線路匹配，避免存在過大誤差，在擬合設(shè)計與數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)，首先要利用雷達獲取到路面車道邊的位置，并通過這4 個點采用內(nèi)插法的方式進行內(nèi)邊2點計算、分析，以實現(xiàn)中線擬合，最后進行最外側(cè)2 點檢查、驗算。通過分析最終的結(jié)果數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，99.46%的觀測點誤差都符合誤差的標準要求，說明該方案符合實際需求，具有可行性[2]。

3.2 路線縱面擬合設(shè)計

3.2.1 舊路縱面現(xiàn)狀

縱面線形主要包含直坡段、圓形豎曲線，在線路內(nèi)分布著108 個變坡點，其中坡長最短的部分達447.627m，縱坡最大為4.809，豎曲線占路線總長度的57.3%?，F(xiàn)場測量之后確定，該線路內(nèi)的路基為26m寬，其他路段部分的路基寬為28m。該路段內(nèi)的縱向指標相對比較低，且該路段內(nèi)的原路面結(jié)構(gòu)已經(jīng)基本改造完畢，所以這就對該項目的擴建提出了全新的要求，需要做好現(xiàn)場的事故調(diào)查以及老路面結(jié)構(gòu)的運行分析，考慮路線指標及技術(shù)參數(shù)等方面的信息，可以在最大線路內(nèi)采用原公路結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上確定合適的路線設(shè)計方案，以達到運行標準要求[3]。

3.2.2 縱面線形擬合原則

（1）縱面結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)要求以及結(jié)構(gòu)物的限制條件進行設(shè)置，并按照國家標準和規(guī)范要求進行檢查、設(shè)計和使用，保證擬合線路滿足運行需求。

（2）根據(jù)縱面設(shè)計的基本原則，結(jié)合結(jié)構(gòu)特點進行分析，在縱面擬合中，在保證沒有任何隱患的前提下，縱坡設(shè)計可以選擇確定規(guī)范內(nèi)的最低限值，避免開挖量過大的情況。

（3）加鋪瀝青層結(jié)構(gòu)的厚度是縱面設(shè)計控制標高參數(shù)的關(guān)鍵，還要分析施工、測量、標高擬合誤差等方面的情況。

（4）結(jié)合橋面改造方案的特性，達到橋面標高的要求，對于不設(shè)置加鋪層結(jié)構(gòu)的橋梁來說，應(yīng)根據(jù)原橋面結(jié)構(gòu)的擬合線路展開縱面設(shè)計，根據(jù)加鋪層的結(jié)構(gòu)形式確定縱面設(shè)計標高參數(shù)，保證其運行性能合格。

（5）綜合分析現(xiàn)場對于排水性能的要求，調(diào)整局部縱坡過緩的路段，以提高排水效果。

3.2.3 縱面線形擬合方案

根據(jù)目前擬合路線的具體情況，在路面結(jié)構(gòu)平面內(nèi)每間隔20m 的長度，進行車道邊緣4 點高程的數(shù)據(jù)確定，以橫坡參數(shù)為基礎(chǔ)進行原路面左右標高的計算和控制，然后明確縱面線形擬合方案。經(jīng)過現(xiàn)場勘察、分析確定，原公路左右標高并不存在過大差別，所以并不需要對于原公路結(jié)構(gòu)實施分幅縱面擬合處理，可以通過應(yīng)用左右設(shè)計標高參數(shù)的方式實現(xiàn)縱面擬合處理。以激光雷達的檢測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，展開驗算分析，發(fā)現(xiàn)該公路的擬合相關(guān)性符合要求，和實際線路完全貼合。

3.3 路面橫坡擬合

3.3.1 舊路橫坡現(xiàn)狀

根據(jù)老路橫坡勘查的結(jié)論，在正常路拱及超高段橫坡中，設(shè)計橫坡參數(shù)值±0.3%的范圍內(nèi)占比在86%左右，所以應(yīng)該結(jié)合具體的拱段及超高段橫坡的設(shè)計要求，來實現(xiàn)平衡性設(shè)置。該公路工程中包含40 處超高漸變段，經(jīng)過路面加寬施工后，只有4 處超高漸變段達到了標準要求，所以該超高漸變段范圍內(nèi)的路拱橫坡為滿足要求，要提升或者做降低處理，各個斷面的參數(shù)值都是不同的，且參數(shù)的變化并不存在規(guī)律性，只通過瀝青層實現(xiàn)橫坡調(diào)平是難以達到要求的，施工過程也不方便。因此，在實際中，要把原公路結(jié)構(gòu)和路床清理掉，再次進行路床結(jié)構(gòu)的鋪設(shè)施工，保證路床橫坡調(diào)平后符合要求，再在表面統(tǒng)一鋪設(shè)路面結(jié)構(gòu)層，達到結(jié)構(gòu)性能的標準。

3.3.2 舊路橫坡擬合設(shè)計

在舊路面擴建項目中，平縱組合的方式還要保證橫斷面的尺寸合格。對于高速公路的立體線形進行評價分析，不但要看平、縱線形是否達到匹配要求，還要看其與周邊的地形、環(huán)境是否相互適應(yīng)。一方面，應(yīng)該通過設(shè)計使得平、縱曲線和地形條件達到協(xié)調(diào)、均衡。另一方面，要確保高速公路的斷面和地形條件是相互協(xié)調(diào)的。所以，在擴建方案的設(shè)計中，必須綜合分析地形條件的特性，確保平、縱組合設(shè)計與橫斷面設(shè)計滿足要求，同時還要考慮到兩者間組合性的作用，從而保證路線設(shè)計滿足要求，符合運行標準[4]。

目前，公路擴建主要采用的施工方式是通過整體拼接實現(xiàn)橫斷面拓寬，施工人員對于這種方式的應(yīng)用經(jīng)驗比較豐富，技術(shù)水平也比較高。但是在橫斷面的設(shè)計環(huán)節(jié)中，并沒有可以參考的規(guī)范標準，我國的改擴建技術(shù)指標通常是按照普通四車道公路形式進行設(shè)計的。然而，公路在經(jīng)過改擴建施工后，環(huán)境產(chǎn)生了很大的變化，其方法和技術(shù)指標需要在某些條件下才能應(yīng)用。超高漸變段也是重要的組成部分，在橫斷面設(shè)計中，最重要的指標就是超高漸變率，指的是旋轉(zhuǎn)軸和行車道外側(cè)邊緣之間的比例參數(shù)，實際上也是行車道外側(cè)邊緣縱斷面設(shè)計中，可以根據(jù)需要合理的調(diào)整坡度值參數(shù)。超高漸變率達到科學、合理，既不會對路面運行安全產(chǎn)生任何影響，又能保證路面線形達到平順度的要求，美觀性和運行質(zhì)量也會得到保障。

在改、擴建項目中，設(shè)計速度也是重要的技術(shù)參數(shù)。地形條件允許的情況下，可以適當增大圓曲線半徑與曲線長度參數(shù)。在公路改、擴建項目中，如果設(shè)計為長度較長的緩和曲線，那么容易出現(xiàn)超高漸變率較小的情況，易導致積水無法排出，尤其是縱坡較小的情況下，不但車輛行駛的安全性無法滿足要求，同時也會造成邊緣位置出現(xiàn)扭曲變形的問題。通過外業(yè)測量獲取到的大量數(shù)據(jù)信息，可以用于建設(shè)路面三維模型，通過應(yīng)用CARD/1 進行全線超高圓曲線設(shè)置，然后統(tǒng)計超高橫坡參數(shù)。以行車速度進行現(xiàn)有路面原設(shè)計超高和橫坡值驗算分析，以確保該參數(shù)滿足運行要求。以此次項目改擴建工程的要求為出發(fā)點，路線縱坡相對平緩，八車道的公路寬度較大，為保證雨水可以被及時排出，達到運行安全標準，在超高漸變段設(shè)計中，計算確定行車道寬度為16.25m，并未包含硬路肩寬度尺寸，只考慮了路緣帶寬度，還要綜合分析各項數(shù)據(jù)，以滿足公路運行要求。

4 結(jié)語

綜上所述，在公路路線線型擬合設(shè)計階段，對設(shè)計方案的精確性要求非常高。所以，在設(shè)計階段要按照公路路線設(shè)計的標準，對線形擬合設(shè)計的思路進行分析，對涉及的設(shè)計要點進行綜合分析、了解，同時還要將新思路、新技術(shù)、新方法應(yīng)用到實踐當中，這樣才能夠提高設(shè)計水平。