公路線路設計的評價比選探析

任強

(中交第一公路勘察設計研究院有限公司,陜西西安 710075)

公路線路設計的評價比選探析

任強

(中交第一公路勘察設計研究院有限公司,陜西西安 710075)

公路工程的線路設計的好壞直接影響公路工程的建設成本、建設工期、服務水平等,做好公路工程的線路評價工作對于公路的建設和運營極為重要,本文以實際角度為出發點來對線路設計的評價比選技術進行細致探析。

公路 線路設計 評價

1 公路線路設計

公路工程的建設是一個復雜的綜合性系統項目,公路線路設計是公路工程的建設基礎,公路線路的設計直接涉及到項目建設質量,公路運行效率,交通流的流暢度等一系列內容,公路按照行政等級可以劃分為：國家公路、省級公路、縣級公路、鄉級公路和專用公路;按照使用任務、功能和適用的交通量可以劃分為：高速公路、一級公路、二級公路、三級公路、四級公路五個等級。不同的公路級別其所擔任的任務不同,對公路線路的側重點也存在一定的區別,鑒于此,設計者對于公路線路的設計主要遵守以下幾個原則：

(1)因地制宜,統籌兼顧原則。公路路線的設計應該以實際為出發點,根據建設區域的地形地貌和經濟社會發展的實際狀況進行合理設計。總體來說,平原區路線布置更多考慮的是路網、沿線的城鎮和經濟規劃,綜合兼顧其他因素,比如征地、拆遷難度等,總體來說以服務區域經濟點和完善路網的配置為主要考慮目標;對于山區,公路路線設計更多的需要考慮工程規模和施工難度,同時要注重環境保護。

(2)保證安全,注意氣候對行車安全影響。無論是什么項目的建設,“安全第一”是首要原則,公路線性的安全舒適是公路線路設計考核的一大指標,在線路設計中要保證選線的車輛行駛的安全以及駕駛者的舒適。山區自然氣候復雜 ,雨霧天氣較多。高山地區氣候更為復雜,氣候多變,橫風和極端天氣較多,容易對行車安全造成較大威脅,因此,需要在線路設計時充分考慮到這些因素對公路運營安全的影響,采取合理防控措施。

(3)質量為本原則。公路路線設計要嚴格按照既有的規范和標準來,設計的好壞直接關系到后續施工的質量和效果。平原地區線形設計屬于常規設計,按照常規設計規范把握好設計質量即可。山區線形設計比平原地區復雜,除了要控制常規設計質量外,還要注意平面線形、超高的設置、縱面線形設計及爬坡車道和視距等問題。山區公路的平面線形盡可能以曲線為主,以與沿線的地形景觀相協調為最佳;在進行超高設置時,要對具體的路段進行針對性的安全性分析,以合理設置超高。

表1 最大緩和曲線半徑設計要求

(4)技術可行性。前面四個原則是線路設計的追求目標,但其前提都是建立在施工技術的可行范圍之內的,線路設計方案的選擇直接決定項目建設的施工難度,這就要求設計者要綜合考慮不同目標之間的權衡,保證技術可達性的范圍內實現公路線路設計的最優化。

2 公路線路設計存在的問題

(1)直線設計過長。在公路線路設計中,直線的長度應在設計速度的二十倍以內。傳統的公路線路設計是把直線作為最好的線形,兩點之間直線最短,并且容易布置。然而事實表明過長的直線線路會造成駕駛者極易產生駕駛疲倦,注意力不集中,提高事故發生率。因此很多國家在公路線路的設計中對直線線性的應用有明確的限制。例如法國規定限制在行車速度的二十倍以內,而像俄羅斯、美國這類的國家,采用的是加寬中央分隔帶、設置低路堤緩邊坡的手段來降低直線行駛的不良影響。在這方面我國與法國相近,最大直線長度一般在行車速度的二十倍以內。

(2)緩和曲線長度設置不合要求。緩和曲線的作用是幫助駕駛者安全舒適的完成轉向,通過延長轉向距離來延長行駛時間,從而給予駕駛者足夠的操縱空間,避免事故的發生,但有些公路的路線設計中的緩和曲線長度偏小,無法滿足設計行駛時間不低于3s的要求,就造成駕駛難度的增加,事故發生率的提高,合理有效的緩和曲線設計師公路線路設計中的重要內容。而緩和曲線的最大半徑的標準見表1。

(3)超高過渡段以及超高橫坡的位置設置不合適。在經過居民去的公路上,車輛行駛時需要限速,同時還必須要受當地交通規范的管制,在這種情況下可以適當的減少超高橫坡,以有利于公路路線的設計,因此這種情況下進行公路設計時不應當只按照道路的橫坡設計規范進行設計,還應當按照車輛行駛的速度設置低于4%的超高橫坡。但是在實際設計中人們往往只考慮雙向的橫坡設計,而沒有對超高橫坡進行考慮,這樣就會造成車輛在轉彎行駛時出現困難,甚至引發事故。在道路的縱坡設計中,有時需要進行坡長的局部限制,但是對于某些連續的路段,這種限制是可以不進行考慮的,這時就容易造成該路段縱坡超限,車輛在進行下坡行駛時就容易出現較多的剎車,容易出現剎車失靈而造成交通事故的發生。

表2 評價比選方法的特征

這些問題都是線路建設完工后導致事故的原因之一,對公路線路設計方案的有效評價比選是消除這類安全隱患的重要措施之一,通過對設計方案的有效評價,并進行優化改進,以保證施工方案的合理科學性。

3 公路線路設計的評價比選研究

3.1 線路設計方案評價指標

在公路線路的設計中根據實際情況提出了對于安全方面的要求,這些要求的出現就需要有專門的評價體系來對其進行具體的量化和評價,目前,對于安全性的評價主要有以下幾種指標。

(1)對運行速度的評價。目前對于運行速度的評價主要分為兩種,一是利用相鄰路段之間運行情況的協調性對公路線路設計的連續性進行評價;二是,用實際速度與設計速度的協調性進行評價,汽車的運行速度對于汽車運行中的安全性有著重要的意義,這個評價體系實際上就是用相鄰路段運行速度差來作為評價的指標。公路通行標準中的規定設計速度一致性評價標準：

實際速度與設計速度的協調性也是對于公路安全的重要保證。顯然,這項評價標注是通過對相同路段的車輛實際運行速度與車輛設計運行速度之間的差值作為評價該段公路的實際速度與運行速度之間的協調性的,同樣也是衡量公路安全性的一個重要指標。

(2)對于油耗的分析評價。對于油耗的分析評價主要是為了對公路的縱坡線性設計合理性及平穩性進行評價。具體而言,就是將車輛在運行中的油耗量進行統計總結并繪制成直觀的折線圖,通過對折線圖的觀察來得出車輛全程的油耗量是否均勻,最后再選擇出油耗量較平穩的設計方案進行設計。

(3)通過透視圖進行評價分析。透視圖評價方案主要是用于對于特殊路段的評價和檢驗,這種方法可以對駕駛員的視線范圍、運行路段的路線與沿線環境的協調性和運行環境的平縱組合合理性等進行評定,它是評價單元公路段立體性的一個重要指標。但是由于這種方法并不足夠精確,沒有準確的量化標準,因此它僅限于進行粗略的定性評價,另外,這種評價方法得出的結果受主觀因素的影響較大。

(4)對于縱斷面的檢驗。公路縱斷面的檢驗主要指通過對公路縱斷面圖進行分析來得出公路坡度的方式,一般而言,我們知道路面坡度的大小不僅會對車輛在上下坡時需要的牽引力和慣性產生影響,還會對路面的排水情況產生重要的影響,因此縱斷面檢驗的出現就是為了對該指標進行評價的。通過對縱斷面的檢驗我們可以對路面的坡度進行有效的控制,合理的坡度可以對車輛上下坡的牽引力和繼續滑行時的速度和車輛間距的可行性和安全性產生重要影響。

綜上可知,在公路的線性設計階段要嚴格的執行安全檢驗標準,這是確定公路安全性的主要方法之一。這就要求相關的監管人員要嚴格的執行檢驗標準,認真做到“不合格,不通過”,保證每段公路在建設過程中都經過了嚴格的檢驗,以保證其穩定性和安全性。

3.2 常見的線路設計方案評價比選方法

對于公路線路設計方案的比選,往往會因為所選的對象和范圍不同而結果不同。從比選對象上可以看出,有些方案是針對隧道的施工方案進行比選的,有些是對相關的指標選擇進行比選,有些則是對于環境影響情況進行比選的;從比選的范圍上來看,有些方案是針對整條路線而言從經濟技術等方面進行參比,有些則是針對線路中的某段或者某一關鍵控制點而進行的方案比較。本文筆者對這些常用的比選方案進行了總結和對比,希望可以全面的涵蓋當前在公路線路設計中常用比選方案的各個方面,講這些方案的各個方面和各個角度進行綜合的研究,目前在公路線路設計方案比選中常用到的方法主要有以下四種。

(1)綜合比選法。綜合比選法是進行多指標參比,分別從立交的位置選擇、型式選擇、平縱線性和斷面布置以及方案設計四個方面對立交的選型進行最終確定。在立交的位置選擇中,設計小組從能否保證立交交通流暢安全、立交的各匝道平縱橫各斷面相互結合處的線性是否合適;立交的結構布置、設計和施工難易程度;整個立交工程的工程造價及運營養護是否合理;立交的造型觀感、綠化美化等方面確定。對于立交型式的選擇,從交通的適應性;環境、技術的適應性以及整個工程的經濟性;能否促進當地的經濟發展等方面進行比選。從坡度、豎向曲線半徑以及立交的平縱線性組合等方面對立交的平縱橫線性以及立交的斷面布置方案進行參比。

(2)模擬計算。在對高填土、軟土路基等特殊路線處理方案進行選擇時,采用數值模擬的手段,對江堤和路堤并行的特殊路段的處理方案進行了數學模擬,著重研究了在路堤的施工過程中路基的變形情況及這些變形對于整個江堤安全情況的影響。通過分析不同方案的結果,并對這些結果進行模擬,從安全性和經濟性兩個角度對所選方案進行了比選,從而確定出最終的設計方案。

(3)優缺點對比法。在特長隧道的消防設計方案選擇中采用的就是優缺點對比的方法,列舉出各個方案的優缺點,并對各個方案中的滅火組合、消防水源設置、消防干管的布置等關鍵問題進行了比較。

(4)價值工程法。在對高速公路項目進行了研究時,采用的是價值工程法,價值工程法需要對不同方案的價值進行分析計算,將經濟造價和技術功能進行有機的結合。通過對各個方案功能方面上的打分,計算出各個方案的成本系數,然后用功能系數比成本系數最終得到價格系數,最后根據價格系數的大小來選定最終方案。

價值工程法是計算公式可以表示為V=F/C(L)式中：V表示設計方案的價值系數F表示設計方案的功能系數C表示設計方案的成本系數。

3.3 各評價方法的特征

上述幾種方法是在對公路線路設計方案確定中的常用比選方法,這些方法有各自的優缺點,其優缺點的評價結果見表2,對各個方法的優缺點進行評價可以使這些方法得到更好的實際應用。

4 結語

在公路線路設計方案的確定過程中,是確定施工設計方案的重要環節,要根據實際情況來選擇評價必選的方法,盡量做到科學合理,以保證項目施工方案的合理性。

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任強,男,單位：中交第一公路勘察設計研究院有限公司,研究方向：路線、立交。