公路線路選型與路線設(shè)計思路分析

文/張飛、侯青

1 前言

線路選型要從多個方面進(jìn)行考慮，并遵循很多原則與方法，因?yàn)檫@些都會給線路選擇產(chǎn)生直接的影響。在確定了公路路線的大體走勢之后，要結(jié)合施工地點(diǎn)的地質(zhì)狀態(tài)、環(huán)境條件、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面因素，選擇最為科學(xué)合理的路線形式，做好線路斷面的設(shè)計，為道路、橋梁、隧道等工程的建設(shè)奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。

2 山區(qū)公路線路選型原則

2.1 線路安全性

確保線路安全性是線路選型的基本原則。該方面的原則主要是保證公路項目運(yùn)營達(dá)到穩(wěn)定性與安全性，充分保護(hù)車輛行駛的安全性。從實(shí)際情況分析，在路線選擇中應(yīng)該防止不良地質(zhì)災(zāi)害的影響，比如泥石流、地震、滑坡等災(zāi)害發(fā)生率較高的區(qū)域，同時還要防止其設(shè)置在軟弱地基與活動斷裂帶中[1]。如果不能有效規(guī)避上述危險區(qū)域，則需要選擇合理措施進(jìn)行災(zāi)害防治和處理，以確保道路交通運(yùn)行達(dá)到安全性的標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 經(jīng)濟(jì)效益化

在公路建設(shè)施工中，由于資金投入量較大，因此經(jīng)濟(jì)性也是公路建設(shè)施工與維護(hù)管理的重要因素，且其關(guān)系到道路的使用壽命。因?yàn)樯絽^(qū)地帶的交通運(yùn)行量相對比較少，地形條件復(fù)雜，投入資金較多，所以穿越區(qū)域進(jìn)行項目建設(shè)時對于施工技術(shù)的要求非常高。在路線選擇中，需要綜合分析造價方面的因素。一方面，線路設(shè)計應(yīng)該給當(dāng)?shù)氐穆糜螛I(yè)、農(nóng)業(yè)、運(yùn)輸業(yè)等帶來一定的發(fā)展，以此產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)效益；另一方面應(yīng)積極促進(jìn)公路周邊、城市的發(fā)展，形成經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶。

2.3 生態(tài)環(huán)保

公路建設(shè)屬于大型工程項目，會對周邊自然生態(tài)環(huán)境造成很大的影響。從實(shí)際情況來看，我們需要綜合分析路線規(guī)劃對于人文景觀、生態(tài)環(huán)保方面的損壞影響，充分保護(hù)當(dāng)?shù)氐娜宋臍v史文化，避免給生態(tài)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響；而對于周邊環(huán)境來說，我們則需要盡量避免產(chǎn)生嚴(yán)重影響，減少開挖施工量，保護(hù)地形地貌免被破壞；對于已經(jīng)形成的路基結(jié)構(gòu)開挖施工，則需要進(jìn)行后續(xù)的恢復(fù)保護(hù)，特別是損壞的植被、樹木等，應(yīng)該及時恢復(fù)，保證不會給周邊的自然環(huán)境帶來嚴(yán)重的負(fù)面影響[2]。

2.4 因地制宜

在公路的路線設(shè)計中，需要從安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等方面出發(fā)，遵循因地制宜的原則，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件和自然生態(tài)環(huán)境，進(jìn)行全面的線路優(yōu)化設(shè)計，保證其可以適應(yīng)當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境，這對于當(dāng)?shù)氐娜姘l(fā)展能夠起到一定的促進(jìn)作用。將地形、地質(zhì)選線作為案例進(jìn)行分析，按照山區(qū)環(huán)境的特性，公路應(yīng)達(dá)到線路運(yùn)行通暢性的要求，保證斷面設(shè)計科學(xué)合理，同時充分利用地形變化趨勢，比如山區(qū)地帶設(shè)計為曲線的形式，融入緩和曲線設(shè)計理念，使其與環(huán)境形成整體。在地質(zhì)選線的過程中，相關(guān)人員要考慮到當(dāng)?shù)氐乃臈l件和地質(zhì)狀態(tài)，消除不確定性影響因素，以此促進(jìn)施工順利進(jìn)行，提高運(yùn)營效果，滿足線路長期運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)[3]。

3 山區(qū)公路的線路設(shè)計方法

3.1 平面線形設(shè)計

公路中車輛行駛在曲線的位置上，會產(chǎn)生車輛的平動與徑向轉(zhuǎn)動。這種平曲線的線路形式，在車輛駕駛時可以平穩(wěn)地過渡；但如果線路設(shè)計存在突變的形式，就會導(dǎo)致車輛不會快速反應(yīng)發(fā)生變化，進(jìn)而造成交通事故的發(fā)生。因此，一方面平曲線設(shè)計時應(yīng)該采取最小曲率半徑設(shè)計，另一方面平曲線需要和緩和曲線連接過渡，保證交通通行的順暢性。從有關(guān)數(shù)據(jù)分析，在平曲線的曲率半徑不足400m 或者曲率半徑較大且長度超過100m 的情況下，發(fā)生交通事故的概率會大幅增加。

3.2 縱面線形設(shè)計

豎曲線和車輛行駛的安全性存在直接關(guān)系，且主要是坡長、坡度變化的變坡點(diǎn)曲率、車輛視距等方面。因此，相關(guān)人員可以在設(shè)計中選擇合適的技術(shù)參數(shù)。車輛在豎曲線上行駛時，車輛會存在平動與法向轉(zhuǎn)動的運(yùn)動形式。從研究理論分析，車輛在通過縱坡道的情況下，車速會在不知不覺中增大，進(jìn)而容易誘發(fā)交通事故。下面表1 即為目前的不同速度設(shè)計下的最小半徑與最小長度標(biāo)準(zhǔn)。如果明確了道路行駛速度，那么在公路的豎曲線長度與半徑的設(shè)計過程中則都要按照某限值進(jìn)行；如果不能達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，則會導(dǎo)致駕駛員無法適應(yīng)該線路變化，進(jìn)而產(chǎn)生安全隱患[4]。

表1 不同設(shè)計速度下豎曲線的小長度以及半徑

此外，坡度和坡長對于車輛行駛安全也會有直接的影響。如果道路的坡度變換比較大，則會出現(xiàn)車輛穩(wěn)定性下降的情況，同時駕駛?cè)藛T也會出現(xiàn)視覺偏差，且在單一坡度容易出現(xiàn)駕駛疲勞，所以應(yīng)該適當(dāng)采用多種坡度組合的方式。從實(shí)際應(yīng)用分析，道路設(shè)計中，-2%～3%的坡度能夠達(dá)到安全的標(biāo)準(zhǔn)，如果坡度比較小，駕駛?cè)藛T對于車速的判斷就會存在明顯偏差。德國在公路設(shè)計中，認(rèn)為-2%～2%的坡度范圍效果最好，且縱坡發(fā)生安全事故數(shù)據(jù)分析，上坡事故點(diǎn)多數(shù)都是在上坡的上凸點(diǎn)與坡頂之后連接部分。

3.3 交叉設(shè)計

山區(qū)公路在選線時，其交叉設(shè)計問題主要是以下幾個方面：

3.3.1 交叉范圍小。因?yàn)樯絽^(qū)地形條件較為特殊，所以在線路交叉口的設(shè)計中并不會存在拓展比較大的面積。

3.3.2 道路坡度大。坡度過大會出現(xiàn)行駛穩(wěn)定性下降的問題，道路行駛舒適度不足，進(jìn)而導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。

3.3.3 交叉口視距不足。視距如果比較小就容易誘發(fā)交通事故，尤其是路線交匯的位置上，撞車事故時有發(fā)生。因此，山區(qū)公路在進(jìn)行線路選型設(shè)計時，應(yīng)該從坡度、視距、速度等方面出發(fā)，確定最為科學(xué)合理的設(shè)計方案。如果路線交叉范圍并不能達(dá)到運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)，則需要調(diào)整線路，實(shí)現(xiàn)線路的優(yōu)化設(shè)計；交叉線路視距如果不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，則需要將障礙物移除或者選擇其他的交叉設(shè)置方法，做好視距的調(diào)整處理[5]。

4 工程案例分析

4.1 工程概況

某山區(qū)公路項目總長度為77.678km，整個地區(qū)的巖溶發(fā)育程度比較好，且沿線范圍內(nèi)雨霧天氣的發(fā)生率比較高，整個線路范圍內(nèi)海拔高度范圍為150～1540m，設(shè)計最低點(diǎn)為235m，設(shè)計最高點(diǎn)為885m，路線相對高差為650m。從勘查數(shù)據(jù)分析，該線路設(shè)計中可以選擇多個橋梁與隧道進(jìn)行控制，分析當(dāng)?shù)氐匦螚l件、地質(zhì)狀態(tài)、旅游業(yè)與農(nóng)業(yè)發(fā)展形勢等方面，確定合適的線路設(shè)計圖，然后確定最為合理的線形設(shè)計方案。

4.2 線路設(shè)計

根據(jù)上述選線基本原則，在該線路設(shè)計中進(jìn)行平縱線設(shè)計與交叉口設(shè)計，可以滿足當(dāng)?shù)氐慕煌ㄟ\(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)。

4.2.1 線形設(shè)計

在本次公路的線形設(shè)計中，需要最大限度內(nèi)應(yīng)用直線的線形方式。因?yàn)檎麄€地區(qū)的地形條件比較特殊，總計需要布置平曲線有37 處，且全部都是大于圓曲線一般值的形式，能夠達(dá)到整個線路的運(yùn)行需要。從實(shí)際情況分析，該項目的最小緩和曲線長度為150m，最大縱坡為4.5%，最小平曲線的半徑為720m。

4.2.2 線形適宜性評價

為了保證該公路項目的運(yùn)行達(dá)到安全性的標(biāo)準(zhǔn)，需要充分考慮到環(huán)保性與線形幾何要素方面，同時做好該線路內(nèi)平縱指標(biāo)的全面分析和研究。通過分析該線路內(nèi)的運(yùn)行速度方面，可以有效改善線形的幾何要素指標(biāo)，保證各項參數(shù)都在可控范圍內(nèi)，且整個線路的運(yùn)行能夠達(dá)到安全性與標(biāo)準(zhǔn)化的要求。從國家標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)規(guī)定分析發(fā)現(xiàn)，在平曲線半徑不足1km和縱坡坡度超過3% 時可以作為一個獨(dú)立的道路單元，而其他的路線內(nèi)車輛行駛也都可以勻速行駛。根據(jù)本次設(shè)計要求，同時結(jié)合《公路項目安全性評價指南》中的相應(yīng)條款，在推薦設(shè)計方案中做好不同方向、不同車輛型號的試驗(yàn)，以此了解運(yùn)行速度是否合理。通過分析后可以發(fā)現(xiàn)該公路工程的線形連續(xù)性、一致性與銜接性全部達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求，表示該公路的線形設(shè)計比較好，銜接順暢，滿足安全運(yùn)行的要求。

5 結(jié)語

線路設(shè)計是公路設(shè)計的重要內(nèi)容，本文以山區(qū)公路的實(shí)際案例為出發(fā)點(diǎn)，確定線形設(shè)計的基本原則。實(shí)踐可知，在線路選型以及路線設(shè)計的過程中，掌握相應(yīng)的設(shè)計內(nèi)容和要點(diǎn)，可以保證線形設(shè)計達(dá)到最優(yōu)化的要求，進(jìn)而達(dá)到交通運(yùn)行安全性、可靠性的標(biāo)準(zhǔn)。