山區(qū)公路路線設(shè)計與質(zhì)量控制的分析

王健

摘要：公路路線設(shè)計是公路建設(shè)重要的前期工作，合理的路線設(shè)計有助于加速地方經(jīng)濟發(fā)展、提高土地利用效率、節(jié)省交通通行成本、正確處理好經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護之間的關(guān)系。本文以甘肅山區(qū)公路路線設(shè)計為例，提出了在不同地理條件、氣候環(huán)境、社會經(jīng)濟水平下合理規(guī)劃和設(shè)計公路路線的有益建議和措施，為指導(dǎo)山區(qū)公路路線設(shè)計實踐提供了可靠的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：山區(qū)公路 路線設(shè)計 質(zhì)量控制

0 引言

甘肅省位于我國西北部地區(qū)，境內(nèi)多為山區(qū)地形、地質(zhì)條件復(fù)雜、自然氣候條件惡劣，對山區(qū)公路路線的設(shè)計存在諸多影響因素。雖然國家公路主管部門制定了比較完善的山區(qū)公路路線設(shè)計指導(dǎo)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，但是針對特殊山區(qū)地貌條件下的公路路線設(shè)計，尚不能提供完全的理論指導(dǎo)，必須要結(jié)合特定環(huán)境條件下的各種各樣影響因素，綜合規(guī)劃和統(tǒng)籌，科學(xué)合理的設(shè)計公路路線。本文將結(jié)合甘肅省山區(qū)公路路線設(shè)計工作，來分析山區(qū)公路路線設(shè)計應(yīng)該重點加強的方面，并提出了有益指導(dǎo)建議和措施。

1 公路路線設(shè)計的重要性

公路的路形設(shè)計是公路建設(shè)的前期重點工作，也是整個公路工程的藍圖框架。公路路線規(guī)劃是否科學(xué)合理，直接影響到整個公路施工量大小、工程造價、交通運輸效率以及環(huán)境保護等方面。一條合理設(shè)計的公路，能夠為駕駛員提供更好的駕駛感知、提高路面行駛安全性、降低公路交通運行成本。公路路線設(shè)計中，影響公路交通安全的設(shè)計因素主要有：路線彎度、路面高程落差、路面指引、安全提示等。其中，公路幾何設(shè)計直接關(guān)系到公路使用安全性水平高低，一旦公路路線敲定，公路幾何線形也就確定下來，而相應(yīng)的其他公路隧道、橋梁、排水工程、安全設(shè)施等都會隨著幾何線形的確定而確定下來。目前，我國公路路線設(shè)計依然停留在傳統(tǒng)思維和方法上，嚴(yán)重落后于現(xiàn)代公路發(fā)展要求。例如，隨著我國經(jīng)濟發(fā)展水平的不斷提高，路面上行駛的車輛數(shù)量不斷增多、車型種類日益豐富，對交通經(jīng)濟性和安全性等都提出了新的要求，而傳統(tǒng)的公路路線平面設(shè)計方法很難對這些新要求面面俱到，引發(fā)各種交通安全問題。我們必須從國內(nèi)實際情況出發(fā)，采用現(xiàn)代最新公路路線設(shè)計理論來開展公路路線規(guī)劃工作，使之滿足我國社會經(jīng)濟發(fā)展要求，在保證公路使用安全的前提下，盡可能的提高公路工程效益。今天，公路路線設(shè)計不再是依靠簡單的幾何平面設(shè)計就可以實現(xiàn)，而是要綜合車輛、交通、安全以及環(huán)保等多個因素來統(tǒng)籌設(shè)計，為駕駛員、乘客提供良好的公路使用環(huán)境和感知。因此，公路路線設(shè)計是一項關(guān)系到千秋萬代的工程，必須要高度重視。

2 平面設(shè)計

2.1 緩和曲線長度 交通部道路路線設(shè)計規(guī)范中，對緩和曲線的長度進行了明確規(guī)定。但是對于山區(qū)公路來說，其水平面上的路線十分彎曲，曲線長度容易受切線長度制約和影響，因此設(shè)計人員傾向于采用規(guī)范中的下限值作為設(shè)計參數(shù)，特別是普通公路路線設(shè)計通常會忽略超高和加寬緩和段長度的要求。這就會導(dǎo)致在確定平面之后，緩和曲線長度不兼容超高加寬過渡段長度的要求，因此，建議在設(shè)計時計算出彎度對應(yīng)的超高加寬過渡段的長度，取其上限值來調(diào)整控制最小緩和曲線的長度。

2.2 曲線間最小長度 交通部道路路線設(shè)計規(guī)范中，明確規(guī)定公路設(shè)計速度與公路曲線間最小長度之間保持六倍大小。山區(qū)地形相對復(fù)雜，這些規(guī)范的使用往往受到限制，有些設(shè)計部門提出4V，甚至還有提出2V的。最保守的做法是將緩和曲線曲率半徑設(shè)置為大于不設(shè)超高半徑部分的長度，以達到6V的設(shè)計要求。這種處理方法比較適合高速路段。而如果設(shè)計時速低于40公里，同向曲線應(yīng)不小于2V，反向曲線不小于3s行程。

2.3 超高及超高加寬過渡 通常來說，在特殊情況下車速可以采用運行速度來計算，一旦確定了車速，橫向力系數(shù)就是決定超高取值的主要參數(shù)，影響橫向力系數(shù)的因素十分多樣化，主要有車速、路面規(guī)格、車輪品質(zhì)、自然地理條件等。試驗證明，橫向力系數(shù)與車速呈反向關(guān)系。從實際經(jīng)驗來看，在達到最大超高率等要求時，橫向力系數(shù)取值在0.06～0.15范圍內(nèi)為宜。甘肅省冬夏季氣溫反差較大，在冰雪天氣與炎炎夏日下的行車要求存在較大差距，對于車流較大的路段，超高值取值要符合實際行車速度的客觀情況。

在山區(qū)環(huán)境中，公路路線容易遇到半圓形、橢圓形以及反向曲線的情況，因此在不同曲線之間設(shè)置超高過渡段要結(jié)合基本曲線設(shè)置方法來開展，把握好超高漸變率的變化規(guī)律。通常來說，現(xiàn)有的公路路線設(shè)計軟件都沒有突出這方面的差異，因此需要設(shè)計人員視具體情況來定奪。在設(shè)計超寬漸變段時，對于反向弧形曲線段，加寬要從第一個弧形段的原點平滑過渡到第二個曲線超高值等于路拱橫坡的斷面上；對于同方向彎曲的路線，加寬側(cè)要設(shè)計在同一側(cè)，可以從第一個曲線的圓緩點直接過渡到第二個曲線的緩圓點。四級道路的超高加寬過渡段可以直接參考交通部發(fā)布的道路設(shè)計規(guī)范來處理。

2.4 長直線末端最小半徑 在傳統(tǒng)平面設(shè)計規(guī)范中，要求長直線末端不得對接小半徑曲線。但是沒有明確規(guī)定小半徑的臨界值，根據(jù)交通部發(fā)布的有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，可以根據(jù)實際車輛通行速度來確定該臨界值。

在普通公路路段，可以根據(jù)如下公式來計算：V=-24.212+0.834Vin+5.729lnR。在縱坡超過3%的路段，可以根據(jù)以下公式計算：V=-31.669+0.574Vin+11.714lnR+0.176i。其中，V為車輛實際行駛速度；Vin為車輛在長直線末端時的速度；R為半徑；i為坡度。

3 縱面設(shè)計

3.1 最大縱坡 我國公路設(shè)計規(guī)范主要考慮到了國內(nèi)行駛車輛超重的情況，最大縱坡指標(biāo)要比國外高許多，并明確在特殊地形情況下，如果高速公路建設(shè)可利用原來的公路路基，則可以提高最大縱坡的長度，最大值可達1%；對于在海拔高度2500米以上的省級以下公路，最大縱坡不得超過8%。由于甘肅省境內(nèi)車流量相對較少，因此對于山區(qū)低時速公路，最大縱坡可以達到9%；對于一些旅游通行路段，主要車型為中小型客車，為了最大程度降低公路對環(huán)境的影響，可以將最大縱坡提高到9%。

3.2 長陡縱坡設(shè)計 一般而言，長大下坡路段是指車輛長時間空擋行駛或者制動的長坡路段。坡度過程會直接影響車輛的正常運行，例如引起熄火、剎車片過熱、水箱適量不足、追尾等安全問題。因此，設(shè)定平均縱坡長度標(biāo)準(zhǔn)需要綜合考慮車型、車流量、汽車最大制動距離、駕駛員素質(zhì)以及天氣等因素。對于不同的長坡路線，沒有一個具體的規(guī)定，需要具體情況具體分析。西南交通大學(xué)王君教授計算出了不同長度的下坡路線與轎車發(fā)動機溫度變化的函數(shù)變化規(guī)律，這為設(shè)計長坡長度提供了可靠的參考依據(jù)。

在設(shè)計山嶺區(qū)路線時，要盡量減少長坡路段。但是甘肅省山區(qū)連續(xù)單坡地形十分普遍，因此要提交多種設(shè)計方案來綜合比較，找出最優(yōu)設(shè)計方案，采用繞行、拐彎等設(shè)計來最大程度避免長坡路段；也可以采用隧道來降低坡度；或者采用盤山公路路線；也可以采用多級緩坡來替代長坡路線。在設(shè)計過程中要合理配置縱坡路線，一般來說，臺階坡比直線式縱坡更好，多級緩坡可以降低坡度對汽車性能的要求。

通過綜合比較不同路線設(shè)計方案后，如果依然無法避免長坡路線，則可以考慮采用以下方式來應(yīng)對：在坡頂預(yù)留車輛休息區(qū)；加強路面交通安全設(shè)施，做好路線兩側(cè)防護設(shè)施建設(shè)；要增加大坡路段的提示信息牌數(shù)量，提高駕駛員的警惕；要配置避險車道和強制減速帶；要提高路面安全管理力度，加強駕駛員安全教育。

4 運行車速設(shè)計理論在路線設(shè)計中的應(yīng)用

運行車速是指在標(biāo)準(zhǔn)路面上，在沒有其他影響因素干擾下，采用數(shù)理統(tǒng)計的方法測算出來從高速到低速排列在第85個百分點的車輛行駛速度，行業(yè)術(shù)語簡稱V85。運行速度是用來衡量車輛道路行駛安全的重要指標(biāo)，通過計算車輛在不同地段之間的行駛速度，來分析路線的設(shè)計科學(xué)性。在現(xiàn)實生活中，可以通過計算和分析運行車速來掌握路線設(shè)計指標(biāo)，將車輛運行速度控制在10km/h內(nèi)，以提高路面車輛行駛安全性，如果運行速度差超過20km/h時，則要進行路線優(yōu)化設(shè)計。如果運行速度低于路面最低車速，則可以考慮在路線內(nèi)增加部分爬坡路段。

5 結(jié)束語

本文以甘肅省山區(qū)公路為例，分析了山區(qū)公路路線設(shè)計存在的主要問題，由于公路路線設(shè)計受到諸多因素影響，例如汽車性能、車流量、道路規(guī)格、地理環(huán)境等，因此要設(shè)計最優(yōu)山區(qū)公路路線還要具體情況具體分析，盡量將所有影響公路設(shè)計的因素考慮在內(nèi)，保證公路設(shè)計方案符合實際情況。運行車速分析也受到諸多因素影響，當(dāng)前國內(nèi)主要借鑒和學(xué)習(xí)國外分析模型和理論，但是其是否符合甘肅省實際情況還有待于進一步論證。

參考文獻：

[1]交通部公路司.新理念公路設(shè)計指南[M].北京：人民交通出版社，2005.

[2]JTG D20-2003.公路路線設(shè)計規(guī)范[S].

[3]張昆生，郭紅艷，余恒賓.龍瑞高速公路路線設(shè)計原則及運用[J].價值工程，2012（25）.