談高速公路平縱面的線形設(shè)計

高 琦

(山西省公路局大同公路分局，山西大同 037006)

線形設(shè)計是整個高速公路的關(guān)鍵所在，隨著高速公路通車?yán)锍桃约捌嚁?shù)量的不斷增長，公路線形設(shè)計的重要性也越來越突顯出來。高速公路的線形設(shè)計不僅是工程總體效果的評價標(biāo)準(zhǔn)，也是高速公路能夠滿足安全性、舒適性以及經(jīng)濟(jì)性的重要條件。在高速公路路線方案確定以后，就需要進(jìn)行路線的線形設(shè)計。線形設(shè)計主要包括平面線形設(shè)計和縱斷面線形設(shè)計，通常情況下需要先做平面線形設(shè)計，在平面線形設(shè)計確定以后，便可進(jìn)行縱斷面線形設(shè)計，最后確定平面線形與縱斷面線形的合理結(jié)合問題。

1 線形設(shè)計的方法

1)設(shè)計速度法。對于一個特定的路段來說，設(shè)計速度是一個固定值，而汽車在實際行駛過程中，駕駛員通常是根據(jù)公路的行車條件、車輛動力性能以及駕駛員的特性等因素來對自己的車速進(jìn)行確定。所以駕駛員在實際運(yùn)行時速度所需要的線形指標(biāo)，與設(shè)計車速確定的線形指標(biāo)不會完全一致。2)運(yùn)行速度法。運(yùn)行速度法是指單元路段上的實際行駛速度，是一項統(tǒng)計學(xué)指標(biāo)。因為車輛不同，其行駛過程中所產(chǎn)生的速度也不同。通常來講，根據(jù)統(tǒng)計學(xué)所測定的速度由高到低排列的第85個百分點對應(yīng)的車輛行駛速度則為運(yùn)行速度。3)運(yùn)行速度檢驗。對于山區(qū)高速公路來說，地形與地質(zhì)條件比較復(fù)雜，其線形指標(biāo)變化自然也大。所以，在設(shè)計前期可根據(jù)現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范來設(shè)計，同時再參考地形及地質(zhì)條件，依據(jù)運(yùn)行速度來選取合理的線形設(shè)計指標(biāo)，這樣才能基本保證線形整體設(shè)計的可靠性。在對線形設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化時，還需要對運(yùn)行速度進(jìn)行試算，對線形的連續(xù)性進(jìn)行檢驗，同時還要考慮設(shè)計車速與運(yùn)行速度一致性的問題，最后根據(jù)所有結(jié)論來對線形指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。

2 平面線形設(shè)計

公路平面線形主要包括直線、圓曲線、緩和曲線，在選擇線形時，應(yīng)該與地形相適應(yīng)，線形曲率應(yīng)該靈活運(yùn)用，且要具有一定的連續(xù)均勻性，不能存在突變現(xiàn)象。高速公路線形設(shè)計時，對于直線與曲線的應(yīng)用爭論較多，但總體原則應(yīng)該是在滿足各項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，盡量考慮安全與美觀的因素。

2.1 平面線形與地形的適應(yīng)性

高速公路的線形設(shè)計離不開地形，線形必須與地形相適應(yīng)，這不僅是美觀需要也是經(jīng)濟(jì)需要。在平原地區(qū)地形平坦、順暢，所以在平面線形設(shè)計中，直線所占的比例就非常大;山區(qū)及丘陵地區(qū)，地勢起伏不平，平面線形則多以曲線為主。如果平面線形設(shè)計時不考慮地形、地勢條件，比如在平原、草原地區(qū)故意設(shè)計出一些彎道，在山區(qū)生硬地將路線拉直，這會帶給人不協(xié)調(diào)的感覺。所以在進(jìn)行高速公路平面設(shè)計時，應(yīng)該結(jié)合地形條件，對線形進(jìn)行合理的安排，合理處理各組成要素，該曲時曲、該直時直。使線形流暢，曲率靈活且與地形景觀等能夠相互融合，平曲線半徑應(yīng)該盡量在10 000 m范圍內(nèi)盡量取大。通常情況下與自然條件能夠大致適應(yīng)的線形是較好的線形。

2.2 保持線形的連續(xù)性

線形的連續(xù)性是車輛安全與舒適行駛的保證。在長直線的大端不應(yīng)該設(shè)計成小半徑曲線，在幾個大半徑曲線路段中不應(yīng)該夾帶著小半徑曲線，這樣可有效減少線形的不連續(xù)性。通常駕駛員需要根據(jù)自己對路況的判斷來掌握行車的速度，如果突然出現(xiàn)小半徑曲線就很容易因為減速不及時而造成事故，因此，標(biāo)準(zhǔn)高的路段不應(yīng)該沒有過渡段而突然降低標(biāo)準(zhǔn)。通常情況下高速公路的轉(zhuǎn)角應(yīng)該在7°以上。如果轉(zhuǎn)角太小，曲線的長度就會被看成比實際的要短，這樣就會讓駕駛員產(chǎn)生急彎的錯覺。但在某些路段由于地形的限制，不得不采用小偏角時，必須將曲線半徑加大，這樣可增加曲線的長度，使駕駛員能夠適應(yīng)轉(zhuǎn)變的感覺，避免其判斷失誤。

2.3 與縱斷面設(shè)計結(jié)合

在平面線形設(shè)計初期，應(yīng)該根據(jù)地形、地貌特征與縱斷面線形設(shè)計相互結(jié)合，統(tǒng)籌分配，點面周到。也就是要綜合考慮各方面的因素，比如行車安全、線形連續(xù)、視覺舒暢、線形美觀等。

2.4 處理好直線與曲線的關(guān)系

直線與曲線是平面線形設(shè)計的兩大要素，線形設(shè)計應(yīng)該結(jié)合不同的地形、地物條件，將線形要素進(jìn)行科學(xué)組合，對直線與曲線進(jìn)行合理選擇，既不強(qiáng)行拉長直線，也不能生硬設(shè)置不必要的曲線。既要考慮車輛行駛的安全性，也應(yīng)該滿足乘客及駕駛員視線上的美觀需求。通常采取的線形設(shè)計是以經(jīng)濟(jì)為原則，兩點之間盡量以直線路線為首先考慮思路，但前提條件是地形開闊無障礙物。直線形公路設(shè)置比較簡單、方向明確且距離較短，車輛的受力情況也要比在曲線上行駛時簡單。所以在不受地形地物約束的平坦開闊、長大橋、隧道等地段應(yīng)該盡量設(shè)置成直線。這樣不僅可以為駕駛員提供良好的通視條件，也有利于提高車速與通行能力。但直線如果過長的話容易引起駕駛員的視覺疲勞，而且容易讓人產(chǎn)生不協(xié)調(diào)的感覺，所以長直線應(yīng)該結(jié)合具體情況適當(dāng)使用，其長度通常需要控制在計算車速的20倍之內(nèi)。

3 縱斷面線形設(shè)計

縱斷面線形設(shè)計是由平直線、坡線與豎曲線組成的。縱斷面線形設(shè)計是在公路平面線形選定的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。縱坡設(shè)計應(yīng)該與平面線形相結(jié)合，要既滿足行車舒適性又要滿足行車安全性。

3.1 與地形條件相適應(yīng)

縱斷面設(shè)計與平面線形設(shè)計一樣都需要考慮地形條件的問題，都應(yīng)該與地形條件相適應(yīng)。盡量使縱斷面線形圓滑而順暢，具有視覺的連續(xù)性，避免存在高低突變、中斷駝峰等現(xiàn)象。尤其要避免在較短的距離之內(nèi)反復(fù)出現(xiàn)起伏較大或中間暗凹的縱斷面線形。一些隱蔽的暗凹路段容易讓人產(chǎn)生視覺中斷、線形不連貫的感覺，很容易讓司機(jī)產(chǎn)生無法預(yù)見前方路況的感覺，從而增加司機(jī)的心理負(fù)擔(dān)。為了能夠有效的與地形相適應(yīng)，同時又減少工程量，除了在個別橋梁、隧道等構(gòu)造物的限制下無法達(dá)到之外，應(yīng)該將凹形豎曲線設(shè)置在填方路段，將凸形豎曲線設(shè)置在挖方地段，從而使路線、地形、環(huán)境保持一定的協(xié)調(diào)。

3.2 縱坡設(shè)置要合理

公路路線最大縱坡是公路線形設(shè)計控制的重要指標(biāo)，這對公路路線的長短、行車安全以及使用成本等都會產(chǎn)生直接的影響。縱坡如果過陡過長，行車條件就會受到影響，所以縱坡設(shè)置應(yīng)該根據(jù)公路的等級以及地形的特點，采取與之相適應(yīng)的、柔和的、漸變的縱坡線形。考慮到我國交通量及汽車載重量的不斷增加，對最大縱坡進(jìn)行設(shè)計時，不能只單純考慮汽車的爬坡性能，還要考慮縱坡載重汽車在快速行駛時的安全性。考慮到汽車的載重，應(yīng)該盡量避免使用陡而長的縱坡。如果因為地形等客觀條件限制，需要設(shè)置較大縱坡和較長坡段，而又有較多的小客車行駛時，就應(yīng)該考慮設(shè)置爬坡車道，將爬坡車道與較緩坡道的設(shè)計方案進(jìn)行比選，從中選擇最佳方案。

4 結(jié)語

高速公路線形設(shè)計是一項復(fù)雜而系統(tǒng)的工作，它不但要考慮平面與縱面的結(jié)合問題，還需要綜合考慮地形、地質(zhì)條件、行車安全、舒適性以及經(jīng)濟(jì)性等各種相關(guān)因素。因此對高速公路進(jìn)行線形設(shè)計時，必須本著認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，全面考慮各項影響因素，不斷總結(jié)與積累經(jīng)驗，使線形設(shè)計能夠為高速公路建設(shè)提供有力的基礎(chǔ)支持。

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