關于高速公路線形設計的探討

阿布扎爾

高速公路線形是高速公路的骨架，直接承載著車輛的運行，它控制著整個公路的路基、橋涵、交叉、沿線設施等構造物的規模和投資。同時，對汽車行駛的安全、舒適、經濟和車輛的通行能力起著決定性作用。其一旦確定，將是長期存在的，無論優劣，都很難改變。因此，公路設計者應特別重視線形設計質量，任何一個不安全的指標、一個不良的組合設計，都將造成駕駛員視覺上的判斷失誤或心理效應上的不良反應，都可能形成交通安全隱患。

1 路線平面線形的選擇

路線平面線形通常是直線、圓曲線和緩和曲線3種基本線形要素的組合，其中直線是采用較多的線形，它具有最直接、方向最明確、易于布設等特點，然而直線線形缺乏靈活性，難以適應地形、地物，不易與周圍景觀相協調，因而在應用上自然會受到限制。而且，直線過長，易使駕駛者感到疲勞犯困，易造成車速過快，并使駕駛者目測車距容易產生誤差而引發事故;因此，長直線設計應該慎重。采用直線線形時，應根據路線所處的地形、地貌、地物，并考慮駕駛者的視覺、心理狀態等合理布設。當地形條件及其他特殊情況限制而采用長直線時，為彌補長直線路段景觀單調缺陷，應結合沿線具體情況采取相應的技術措施。

以曲線為主的道路，要求駕駛者必須經常移動注意點來進行駕駛操作，同時，車輛在沿著彎道行駛時，展現在駕駛者前面的是經常變化著的自然景色，顯得更加有趣和多樣化。國外如日本、德國等一些發達國家，強調高速公路平面線形以曲線為主的理念。從國內近年來設計的幾條高速公路來看，以曲線為主的設計方法也正在更多地被采用。實踐證明，曲線線形舒順流暢、平縱線形配合優美，能較好地適應地表、地物變化，具有柔和的幾何形態，更符合駕乘人員的心理。

同樣的線形在不同的環境中給人的感覺不同。調查發現，由于線形與周圍景觀的不良配合，會給駕駛者造成精神壓力或因錯覺引發交通事故。線形與環境景觀的協調設計首先要考慮交通安全。在山嶺重丘區，以曲線為主的平面設計是較為理想的，也易于做到。在平原微丘區，以曲線為主的平面設計亦應是方向，但在平原微丘區，一般都有規劃整齊的農田水利網和道路網，在這些地區，適當地采用直線，避免對原有的和規劃的農田水利網及道路網進行不必要的切割和破壞，影響其使用功能。直線和曲線都有各自的優缺點，很難單一的評述其優劣。采用何種線形，主要取決于路線與地形及周圍環境相適應的程度，以及平縱線形配合的情況。高速公路線形設計，還要特別注意平面與縱面線形的配合。

2 曲線要素的運用

圓曲線的選用與設計速度、地形、相鄰曲線的協調均衡、曲線長度、曲線間的直線長度、縱面線形的配合等諸多因素有關。選用過大的圓曲線半徑，常常會造成平曲線過長。曲線過長且地形平坦、景觀單調時，同樣會使駕駛者感到疲勞、反應遲鈍。一般情況下，宜采用超高為2%～4%的圓曲線半徑。當地形條件受限時，方可考慮采用規范規定的圓曲線“一般值”;當地形條件特殊困難而不得已時，方可采用“極限值”。

緩和曲線(A1)，圓曲線(R)，緩和曲線(A2)的長度以大致接近為宜。兩個緩和曲線的參數值亦可以根據地形條件設計成非對稱的曲線，但A1∶A2不應大于 2.0。較長的緩和曲線，在視覺上線形變得自然平順，行駛更加安全舒適。緩和曲線過長時，同樣會使駕駛者感到疲勞、反應遲鈍。當平曲線半徑R＞3 000 m時，緩和曲線的參數值A宜小于R/3。

3 關于斷背曲線的處理

兩個同向曲線間連以短的直線叫斷背曲線。對該短直線的長度世界各國的推薦值大致相同，均以動態行車視距而定。我國路線規范規定直線長度不小于設計速度(以km/h計)的6倍為宜。這樣在公路線形設計上對直線路段長度的限定就比較明確，在6V～20V之間。

這樣的規定盡管是為了避免出現斷背曲線和行駛時的直線行車時間過長，但是滿足直線長度不超過20 V比較容易，而必須大于6V的條件有時就比較困難。且不說在新建公路線形受到地形、地物限制時難以做到，僅就公路的改造升級而言就十分困難。這是因為目前我國的線形狀況，若完全按此規定辦理，會使線形調整的幅度過大，舊路利用率降低，占地拆遷等各項費用大大提高，投資將與新建公路無相差。如何處理這個問題，根據學習和實際工作經驗，提出如下的方法:

設斷背曲線的直線長度為 L，緩和曲線長度 Ls，“標準”規定為:

1)當 L≤Ls時，可以做成復合曲線;

2)當Ls＜L≤2Ls時，可以用卵形曲線連接兩個同向曲線，有些不宜用卵形曲線連接的可以用兩重卵形曲線連接;

3)當 2Ls＜L＜6 V時，可以做成C形曲線，條件適宜時亦做成卵形或兩重卵形曲線。對斷背曲線的直線段 L經如此處理之后，就已經不再是斷背曲線，而成為改造后的不標準的復合曲線(1)除外)，我們不妨稱其為“不標準復合曲線”。這種“不標準復合曲線”在行駛力學上完全滿足要求，而且從線形上連續順暢、美觀、視線平順而具有安全感，同時緩和曲線部分極大地照顧了原舊路直線段的位置，使其利用率提高，節省占地減少拆遷，因而是經濟的。此外，由于“不標準復合曲線”的做法所采用的緩和曲線的長度與普通的復合曲線相比有很大增加，因此容易適應自然地形，并且增加了線形設計的自由度，使平縱協調更容易。故此，不論是在新建還是在改建公路中，對可能出現斷背曲線處，采用這種處理方法，都會收到較好的效果。

4 平、縱面組合設計

高速公路線形設計，必須注重路線的平、縱面組合設計，應充分考慮駕駛者在視覺上和心理上的要求。豎曲線與平曲線一一對應，兩者重合，豎曲線完全包在平曲線之內，是平、縱最好的組合。對于長而緩的平曲線，應當采用平順而流暢的縱坡，且平、豎曲線都應采用較大的半徑，特別是凹形豎曲線處，兩者的半徑更應該大些。要避免在凸形豎曲線的頂部和凹形豎曲線的底部設置小半徑平曲線。對于凸形豎曲線，這種組合失去了引導視線的作用，使駕駛者感到茫然;對于凹形豎曲線，只要線形要素較大，行車可能不危險，但線形會顯得扭曲，不順適美觀。同理，也不能把豎曲線的頂部或底部設置在反向平曲線的拐點處或設置在緩和曲線段內，以免造成路面排水不暢。一個長的平曲線內設有幾個豎曲線，或一個長的豎曲線內含有幾個平曲線，這樣的線形組合看起來很別扭，特別是當坡差較大時尤為明顯，容易使駕駛者把公路看成是被分割成了幾段似的，這樣的組合應避免。確有困難時，一般一個長的平曲線內設置豎曲線的數目不應超過3個，使駕駛者在任何地段所看到的縱坡變化不超過3個為宜。豎曲線半徑應與所對應的平曲線半徑相協調，良好的立體線形是通過平、豎曲線的均衡與配合來獲得的。平曲線半徑較大時，豎曲線半徑也應相應增大;平曲線較長時，豎曲線長度也應相應增長。對平、縱配合難以判別優劣時，可通過透視圖來檢驗。關鍵還是應明確判斷標準，使駕駛者最終能獲得一個理想的視覺環境。

5 結語

隨著高速公路建設的發展，對高速公路線形設計的要求越來越高，因此在路線設計中直線、曲線、緩和曲線的設計指標運用要靈活，在符合設計標準的前提下，做到線形均衡、連續，保證行駛的可預見性。在路線設計中掌握平、縱指標配合，盡可能與地形、地貌相吻合，以避免造成空間線形扭曲、暗凹、跳躍等景觀缺陷，重視公路自身的線形設計，特別是公路線形與結構物和環境的協調設計，充分優化平、縱、橫組合，做到流暢連續。

[1] JTG D20-2006，公路路線設計規范[S].

[2] 辛 強.關于高等級公路線形設計的幾點認識[J].遼寧交通科技，2005(2):5-7.

[3] 焦建華，王曉楠.淺談公路線形的適宜性問題[J].山西建筑，2008，34(2):280-281.