曲線定線在山區(qū)公路中的應(yīng)用

摘要 隨著我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)迅速發(fā)展，區(qū)域路網(wǎng)的不斷加密，需進(jìn)一步加強(qiáng)山區(qū)公路的建設(shè)。山區(qū)地形地質(zhì)復(fù)雜，設(shè)計(jì)施工難度大，生態(tài)環(huán)境脆弱，公路載體需與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)。文章通過總結(jié)直線定線的不足，分析曲線定線的特點(diǎn)，介紹了常用曲線定線的方法，并舉例說明曲線定線在山區(qū)公路中的應(yīng)用，為山區(qū)公路，特別是山區(qū)改建路的選線提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞 山區(qū)公路；路線設(shè)計(jì)；曲線定線

中圖分類號(hào) U412.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）17-0022-03

0 引言

目前，一些設(shè)計(jì)者在山區(qū)公路選線時(shí)還采用傳統(tǒng)的導(dǎo)線法，對(duì)山區(qū)公路的特點(diǎn)、設(shè)計(jì)原則以及實(shí)地情況考慮不夠，在線形指標(biāo)的掌握上較為生硬，造成大挖大填，并設(shè)置大量人工構(gòu)筑物，工程規(guī)模大、造價(jià)高，嚴(yán)重影響沿線景觀和生態(tài)環(huán)境。隨著生產(chǎn)力的提高，電腦及軟件的輔助，工程技術(shù)人員從平面線形入手，從理論研究出發(fā)，逐步形成了實(shí)用可行的、以曲線為主體的曲線形設(shè)計(jì)方法，并運(yùn)用于實(shí)踐中，取得了良好效果。

1 直線定線的不足

早期公路的線形設(shè)計(jì)方法以先定直線，后定曲線的方案為主，即直線定線法（又稱為導(dǎo)線法）。公路設(shè)計(jì)人員根據(jù)公路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、路線走向、控制因素及社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素等，在地形圖上敷設(shè)出一條一條的導(dǎo)線控制公路的基本位置和路線走向，然后在交點(diǎn)處敷設(shè)曲線，以形成整個(gè)路線的幾何線形。在直線定線法中導(dǎo)線起主導(dǎo)作用，控制路線的方位及走向。

直線定線法主要有以下四點(diǎn)不足：

（1）難以滿足地形地物等約束條件。

（2）難以處理復(fù)雜多變的幾何線形。

（3）難以合理且充分地運(yùn)用圓曲線及緩和曲線。

（4）行車單調(diào)，容易使駕駛者產(chǎn)生疲勞，容易發(fā)生超車和超速行駛，行車時(shí)難以估計(jì)車輛之間的距離，夜間行車容易產(chǎn)生眩光等[1]。

直線定線法是先敷設(shè)導(dǎo)線，再進(jìn)行幾何參數(shù)設(shè)計(jì)。由于導(dǎo)線為直線，順應(yīng)地形不佳，導(dǎo)致曲線要素取值不合理，造成大填大挖，人為增大了工程規(guī)模及投資，且嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境。

2 曲線定線

近年來，隨著我國(guó)交通事業(yè)的發(fā)展，公路線形中曲線占比越來越多，甚至有些公路線形全由曲線構(gòu)成?！豆仿肪€設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2017）指出高速公路和承擔(dān)干線功能的一級(jí)、二級(jí)公路，應(yīng)注重立體線形設(shè)計(jì)，做到線形連續(xù)、指標(biāo)均衡、視覺良好、景觀協(xié)調(diào)、安全舒適。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)越高，路線設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)線形設(shè)計(jì)組合的要求也越高。由于直線定線法存在不足，已不能滿足設(shè)計(jì)需要，設(shè)計(jì)人員在不斷地探索中，逐步形成了以曲線為骨架的設(shè)計(jì)方法。筆者近幾年參與項(xiàng)目的曲線占地均較高，如表1所示：

路線設(shè)計(jì)人員根據(jù)地形、地物的控制要求，平曲線協(xié)調(diào)和均衡的要求，運(yùn)行速度變化小的要求，采用圓曲線和緩和曲線控制路線走向及方位，并進(jìn)行幾何計(jì)算后構(gòu)成連續(xù)的、以曲線為主的平面線形。這種定線方法就是曲線定線法。

2.1 曲線定線的特點(diǎn)

（1）不再用直線控制路線走向，而是用平曲線控制路線走向，構(gòu)成連續(xù)的、以曲線為主的平面線形。提高線形的平順度，更貼合地形，增加路線自由度，提高視覺的連續(xù)性和環(huán)境的協(xié)調(diào)性，有利于布設(shè)出技術(shù)經(jīng)濟(jì)較合理的平面線形。

（2）能夠較好地滿足各種約束條件。采用曲線定線法，先根據(jù)地形和地物采用直線和圓曲線構(gòu)筑線形骨架，再采用合適的緩和曲線連接，使整個(gè)線形較好地滿足各控制因素。

（3）采用曲線定線法進(jìn)行線形設(shè)計(jì)，使線形與公路周圍生態(tài)、景觀相融合，并能相互配合得當(dāng)，達(dá)到人與自然的協(xié)調(diào)[2]。

（4）曲線方向變化豐富，駕駛員行車注意力集中，有利于降低交通事故率。

2.2 曲線定線的方法

現(xiàn)代公路尤其是山區(qū)公路和互通式立體交叉，測(cè)設(shè)技術(shù)和手段在不斷進(jìn)步，隨著理論知識(shí)和計(jì)算方法的更新，曲線定線的方法逐漸發(fā)展壯大，主要有以下多種方法：曲直法、擬合法、積木法、綜合法、弦切線法、閉合導(dǎo)線法、端點(diǎn)受限法等。結(jié)合筆者使用的道路輔助設(shè)計(jì)軟件（緯地、EICAD），主要用到曲直法和積木法。

2.2.1 曲直法

曲直法是一種保留了直線定線方法的曲線定線法，先用直線控制路線的走向和方位，再用曲線控制具體線位，直線和曲線組合后形成路線的主骨架，再配置合理的緩和曲線。曲直法與導(dǎo)線法相比，線形更直觀、計(jì)算更靈活，在設(shè)計(jì)工作中有著重要價(jià)值。

曲直法形成的控制線位的線形骨架，根據(jù)其位置關(guān)系及線形組合形式進(jìn)行分解，主要有以下兩種基本模式：

（1）直圓模式：已知直線和圓弧，用緩和曲線連接的模式（如圖1所示）。

（2）圓圓模式：已知兩個(gè)半徑不同的圓弧，用緩和曲線連接的模式（如圖2所示）。

根據(jù)兩種基本模式又能擴(kuò)展出直圓圓模式、圓直圓模式、直圓直模式、圓圓圓模式：

（1）直圓圓模式：直圓模式+圓圓模式。

（2）圓直圓模式：直圓模式+直圓模式。

（3）直圓直模式：直圓模式+直圓模式。

（4）圓圓圓模式：圓圓模式+圓圓模式。

采用曲直法能夠輕松繪制出公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范中的卵形、S形、C形曲線，并能組合多個(gè)卵形、S形。

2.2.2 積木法

積木法，又稱線元設(shè)計(jì)法，就像搭積木一樣，把公路平面線形分成若干個(gè)線形單元（直線、緩和曲線和圓曲線），在已知一個(gè)線形單元的信息（坐標(biāo)、切線或法線方向和曲率半徑）的情況下，從已知線形單元的終點(diǎn)開始設(shè)置任一單元，同時(shí)將其作為下一個(gè)單元的起點(diǎn)信息，逐個(gè)單元往下計(jì)算，最終構(gòu)成一條連續(xù)的公路平面線形。

積木法是一種比較常用的曲線定線方法，它完全拋棄了導(dǎo)線和交點(diǎn)，用構(gòu)成公路平面線形的基本線形單元（直線、緩和曲線、圓曲線）為核心，將平面線形分解成逐個(gè)線形單元進(jìn)行計(jì)算，方法簡(jiǎn)捷、方便、明確。筆者常用的緯地三維與EICAD集成交互式道路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的立交平面設(shè)計(jì)也采用此方法（如圖3、圖4所示）。

2.3 曲線定線的應(yīng)用

山區(qū)公路線形的布設(shè)應(yīng)連續(xù)、均衡，路線的平縱橫三個(gè)方面的設(shè)計(jì)應(yīng)相互協(xié)調(diào)[3]。設(shè)計(jì)者在擬定路線方案時(shí)，應(yīng)靈活地運(yùn)用平面指標(biāo)，不要一味追求高指標(biāo)，并應(yīng)注重平縱指標(biāo)的協(xié)調(diào)，避免平面指標(biāo)高而縱面指標(biāo)低，重視指標(biāo)的連續(xù)均衡，不突兀。筆者結(jié)合已建項(xiàng)目，舉例說明曲線定線在山區(qū)公路中的應(yīng)用。

省道458線白玉縣城經(jīng)贈(zèng)科至甘孜機(jī)場(chǎng)段公路改建工程，位于四川省甘孜州白玉縣、德格縣境內(nèi)，定位為普通省道聯(lián)絡(luò)線。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用雙車道三級(jí)公路，設(shè)計(jì)速度為30 km/h，路基寬度為7.5 m，路線全長(zhǎng)165.597 km，以改建為主。K8+700—K47+800段原路為泥結(jié)碎石路面，全線路基寬度為5.5～7.5 m不等，橋梁寬度為6.5 m，路線平縱指標(biāo)基本滿足四級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，部分回頭彎為等外級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，主要特點(diǎn)是回頭曲線半徑較小、縱坡較大[4]。其中，在K35+000附近，原路為沿溪線，為更好地?cái)M合老路，減少對(duì)房屋的拆遷和河道的占用，采用了曲線定線方法，先擬定好曲線，再通過曲直法中的圓圓圓模式進(jìn)行布設(shè)，用兩個(gè)卵形曲線組成S形曲線，此段路線全為曲線（如圖5所示）。

甘孜州巴塘竹巴籠（西藏界）至得榮二龍橋（云南界）公路工程（娘扭至瓦卡段），位于四川省甘孜州巴塘縣、得榮縣境內(nèi)，為國(guó)道215線，定位為干線公路。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用雙車道三級(jí)公路，設(shè)計(jì)速度為40 km/h，路基寬度為8.5 m，路線全長(zhǎng)23.905 km，以改建為主。原路在娘扭、金沙江第一灣前后滑坡、順層、巖崩、泥石流、危巖落石等不良地質(zhì)發(fā)育，路基寬度僅為6～6.5 m，路線平縱面指標(biāo)僅滿足四級(jí)路標(biāo)準(zhǔn)[5]。羊拉大橋附近，位于高原峽谷地貌，河流深切，原路上邊坡筆直，下邊坡為陡崖，原路線形極差，視距嚴(yán)重不足，針對(duì)原路情況，此段通過積木法，逐個(gè)進(jìn)行線形單元敷設(shè)，嚴(yán)格控制曲線的轉(zhuǎn)角和曲線長(zhǎng)，盡可能地利用原路進(jìn)行加寬改建，減少對(duì)邊坡的擾動(dòng)和高大擋墻（如圖6所示）。

3 結(jié)束語(yǔ)

在山區(qū)公路及互通式立體交叉中，特別在山區(qū)公路及改擴(kuò)建公路中，曲線定線方法已有廣泛應(yīng)用，并取得了良好效果?，F(xiàn)公路設(shè)計(jì)對(duì)線形組合、運(yùn)行速度、視距等要求越來越高，也對(duì)預(yù)防視覺疲勞、提高駕乘人員的舒適性等提出了更高要求，曲線定線有著明顯優(yōu)勢(shì)。曲線設(shè)計(jì)方法也將在公路及立交線形設(shè)計(jì)中繼續(xù)發(fā)光發(fā)熱，不斷完善。

參考文獻(xiàn)

[1]吳國(guó)雄，王福建.公路平面線形曲線型設(shè)計(jì)方法[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2]何杰，邢長(zhǎng)青，楊華仕.高等級(jí)公路曲線定線法的優(yōu)越性[C].第十屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)論文集（四）.中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)部.2008：457-460.

[3]張鵬遠(yuǎn)，候欣欣，師磊.山區(qū)公路路線方案曲線定線基本方法與探討[J].建材世界，2010（2）：92-94.

[4]四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司.省道458線白玉縣城經(jīng)贈(zèng)科至甘孜機(jī)場(chǎng)段公路改建工程[R].2019-06.

[5]四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司.甘孜州巴塘竹巴籠（西藏界）至得榮二龍橋（云南界）公路工程[R].2016-07.