公路路線設計原則與注意要點解析

李仁君

摘要 選取合理的公路路線方案可以減少工程量和加快工程進度，有效節約不必要的工程投入，協調好工程與環境的關系。文章解析了公路路線設計的基本原則和注意要點，通過公路路線設計的常見問題提出了優化公路路線設計方案的思路，為相關工程起到一定的參考意義。

關鍵詞 公路路線;設計原則;注意要點;優化思路

中圖分類號 U412.3 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）02-0034-03

0 引言

公路運輸是現有交通運輸體系中不可或缺的組成部分。公路路線設計作為公路建設中重要的部分，其設計原則及注意事項一直受到較多的關注。近些年來，受環境保護思潮的影響，公路路線的設計也應考慮保護環境和實施綠色發展的戰略。公路路線設計時應考慮各地的特點并結合多年的工程實踐經驗，遵循《公路路線設計規范》[1]和《公路環境保護設計規范》[2]的要求。該文闡述公路路線設計的原則和注意要點的解析，對以后公路路線設計具有指導意義。

1 公路路線設計原則

我國公路事業發展迅速，汲取和總結國內外公路工程的建設經驗和失敗教訓，結合我國國情，在滿足居民交通需求的同時還應滿足綠色發展的要求，實現可持續的發展路線[3]。為保證公路的長期使用，該文總結出公路路線設計的三個基本原則如圖1所示。

1.1 安全設計原則

安全設計原則是最基本的原則。一切的生產建設應該在保證安全的條件下進行，這就要求在公路路線設計時，必須兼顧國家標準與公路路線的各項指標。安全設計原則不僅是指通過多種安全防護手段，確保公路的安全建設，還是指保證公路投入使用后的行車安全。路線平、縱橫線型設計工作中路線的均衡性和連續性應該被保證，通過綜合利用手頭資料、規范等方法對路線的平、縱線型組合方案進行優化，同時為避免因相鄰路段設計速度差值過大引發行車安全事故，嚴格控制其差值在20 km/h以內。

1.2 保護環境原則

保護環境原則，主要是指在我國經濟高速發展與環境問題日趨嚴重的背景下，以往的公路建設經常污染當地的生態環境。在可持續發展思想的影響下，生態環境與工程建設的和諧相處也成為公路路線設計的一大重要原則。

強化生態環保的設計思想。路線設計應結合地形合理布線，在保證路線走向大致順直的條件下，合理選取路線平、縱指標，避免大型的填挖作業，以路線高邊坡路段的長度和邊坡的坡度為重要指標，選取路線方案。此外，還應避免路線影響村莊、學校等敏感區域，并協調好道路等構筑物與自然景觀的關系。嚴格控制公路質量，從大局出發，協調好公路與環境的關系，實現有限資源的合理分配。例如慈溪市2010年修訂的土地利用總體規劃中提出應對可利用的土地進行允許、有條件、限制和禁止建設分區，允許修建面積約為25 540萬m2。

1.3 高效益原則

高效益原則，主要是指控制好工程經濟成本，優化施工方案，提高路線設計的經濟效益。

在公路路線設計之初，應采購符合國家部門的節能要求以及國際能耗要求的施工機械和機電產品等工程設施。對建設過程中的原始能源消耗記錄和設備能耗臺賬進行全面分析，進而評定出施工過程中的相關能耗指標，有利于施工能源利用率的提高。比如受地形、地質等因素限制山區高速公路中的橋隧路段占比較大，土石填方規模大，雙向四車道的造價就高達9千萬元/km，雙向六車道的造價更是超過1億元/km。

2 公路路線設計注意要點

如圖2所示，公路路線設計注意要點大致分為以下5個部分。

2.1 直線公路注意要點

直線型公路因其后期施工難度低、工程投入成本較低、可避免出現視野盲區等特點而成為一種最常用的公路路線設計。

但其缺點同樣明顯，有關調查結果顯示，國內高速公路很多路段的直線長達7 km，極端的情況下有的路段直線都超過9 km，使用過長的直線公路路線設計，將導致駕駛員因公路路型的單一，在長時間駕車過程中出現視覺疲勞，注意力無法集中，遇緊急情況時無法及時反應進而易誘發交通事故。

設計直線公路路線時，應結合當地的地質條件等因素，在遵循公路路線設計的三大原則的基礎上，合理選用直線公路并控制好公路的長度。國外在這方面做過進一步的研究，有學者認為選取公路直線的長度為最高車速的20倍最合理。但這標準基于其他國家的實際情況總結而得，未必符合我國的國情，僅能作為參考。我國《公路路線設計規范》對此有如下規定，當直線路段的允許速度超過60 km/h時，同向曲線間最小直線長度宜超過允許車速的6倍，反向曲線間最小直線長宜超過允許速度的2倍，直線路段不宜過長，在長直線路段應結合工程沿線具體情況采取相應的安全措施。

2.2 曲線公路注意要點

曲線公路可勝任復雜地形條件下建設公路的任務，特別是在山區、丘陵地帶。按照規范，可分為圓曲線的設計和緩和曲線的設計。

2.2.1 圓曲線的設計

圓曲線的合理設置有以下幾方面的優缺點：優點：（1）合理的集中駕駛員的注意力;（2）平曲線的設置能更好適應各種地形地貌;（3）減小大規模的工作量。缺點：（1）不合理的平曲線擾亂線條形狀，引起駕駛員的不適;（2）曲線半徑太小，可能誘發車輛轉彎時側翻。

國內有關學者將考慮車輛類型、大小等因素對不同車型在圓曲線上行駛時的狀態和路面條件進行研究，進而對各設計速度路段應有的半徑進行詳細規定。例如在設計允許行駛速度為120 km/h的公路時，該曲線路段圓曲線的半徑不應小于1 000 m，極限條件下不能小于650 m，平曲線的半徑宜超過600 m，極限值也不能低于200 m。

數據研究表明，設置曲線的曲率增加，發生交通事故的概率也會相應地增加。這是因為曲線曲率的增大，轉彎處的半徑減小，駕駛員的視野盲區也越大。因此在設置圓形曲線時，應避免使用半徑較小的圓形曲線而采用足夠大的圓形曲線半徑，保證駕駛員的安全性和舒適性。當對圓曲線半徑進行選取時，還應考慮以下兩個方面的因素：1）不過分追求高標準，避免不必要的工程量;2）不僅限于當時的通行需求，采用低標準，增加行駛安全的隱患。

2.2.2 緩和曲線的設計

緩和曲線是指過渡曲線，即將不同曲率的圓形曲線或直線與圓形曲線銜接起來。我國設計緩和曲線時應考慮以下幾方面的因素：（1）乘客舒適感;（2）控制超高漸變率在合適范圍內，若選取長度過短的緩和曲線段，路面情況發生較大的變化即由雙向拱橫坡變為單向交叉斜坡，這樣產生扭曲的橫截面，不利于道路安全運行;（3）行駛時間不宜過短，我國專家認為車輛在緩和路段的行駛時間應大于等于3 s。

相關設計規范中提出，設計三級及以上的公路時，應在直線小于不設超高圓曲線最小半徑的徑向連接處設置回旋線，四級公路時，允許不設回旋線但必須布置超高、加寬過渡段。例如公路的設計速度達到120 km/h、路拱大于2%時，不設超高圓曲線半徑不應小于7 500 m。

就緩和曲線長度的選取方面而言，當設計允許速度為120 km/h的公路時，圓曲線半徑極限條件下不應小于

650 m，回旋線的長度必須超過100 m。盡管公路設計規范中詳細限制著各級緩和曲線長度和半徑取值的最小值，但從未明確限制曲線長度和半徑取值的最大值。這顯示出回旋曲線長度的設計規律，即隨半徑增大而增大。在設計時，應注意工程的一致性和工程美感，緩和曲線的長度應滿足“緩和曲線∶圓曲線∶緩和曲線”長度比為1∶1∶1，從而優化工程施工方案。

2.3 坡路型公路注意要點

其主要存在于山區和丘陵地帶，并且工程中常見形式大致分為兩種：直線型坡路和曲線型坡路。

曲線型坡路的施工難度高，施工成本高，在坡路型公路的設計時，應避免長直坡路和大彎度曲線坡路，即在設計速度高達120 km/h的公路時，縱坡坡度應不超過3%也不應小于0.3%，坡度為3%下坡長為300～900 m。坡路對駕駛員的駕駛技術要求高，坡度較高的長直公路增加車輛熄火的可能。

在設計大型坡路路線時應考慮以下3個問題：（1）縱坡出現在橋梁等具有結構工程物的路段時不應取最大值，應避免這些路段的結構物設置在較大縱坡的頂部和底部;（2）高海拔地區的公路路段在設計大型坡路時應將最大縱坡進行相應的折減，這是因為高海拔地區，空氣稀薄導致車輛爬坡困難，威脅行車安全;（3）設計縱坡時，合理選取縱坡坡長和坡度，否則難免出現設計符合規范要求，卻因坡長過長導致重型車輛爬坡難、下坡快而無法安全行車。

在設計時，盡量避免長直坡路，可采用多坡路結合的方式替代長直坡路;在大坡度的路段設計公路路線時，可采用填方或者架橋等形式避免短距離的陡坡路段，進而保證公路的施工安全和運行安全。

2.4 大流量公路注意要點

公路的交通量是公路路線設計時必須考慮的因素。交通量是指擬建道路在預測年限內以小客車為載體的年平均日流通量。其計算過程如下：

（1）

式中，AADT——設計交通量;ADT——起始年平均日交通量;γ——年平均增長率;n——預測年限。

預測年限應根據年限規定，國家級別的重要干道設計n=20年，國家級別的干線公路n=15年，縣級公路n=10年。

在公路路線設計時，應盡量避免出現公路被長時間堵塞的情況，也應避免出現建造好的多車道公路長期空載的現象。在公路途經交通量達到10 000輛小客車/日的路段時，應選取一級公路，這樣才可提高車輛的通過效率，保證當地交通的高效、順暢。

2.5 公路環境保護設施設計注意要點

主要是指目前在公路路線設計過程中，需要提高環境保護重要性的思想建設和貫徹落實環保思想。有效解決公路設施防護問題，避免工程對自然環境的污染與破壞。比如應在建設橋梁、互通式立交等大型結構物中采用可減小作業噪聲的臨時圍護措施。此外，在學校、村莊等環境敏感區域內施工應盡量避免夜間作業，也應避開學生上課時間進行施工作業，如若必須連續作業時必須盡快報送當地部門審批并告知群眾，協調好與周圍居民的關系。

3 優化公路路線設計

3.1 優化平面組合設計

為確保合理的設計公路路線，必須在公路路線設計的時候全面考慮公路項目建設中的影響因素，滿足人們的出行意愿。在設計時，需要優化設計方案的組合。平面組合設計應遵循下列要求：（1）平、縱線應相互對應，且平曲線應比豎曲線更長;（2）長直線不應與坡度大、半徑小和長度短的豎曲線組合;（3）長的平曲線不應包含多個短的豎曲線，同樣短的平曲線不應與短的豎曲線組合;（4）半徑小的圓曲線起、終點應遠離凹凸形曲線的頂部和底部;（5）長的豎曲線不應包含半徑小的平曲線;（6）凸形豎曲線的頂部或凹豎曲線的底部，不應接近反向平曲線的拐點;（7）復雜曲線組合應結合運行速度進行安全性驗算;（8）應避免在長下坡段、長直線段或大半徑圓曲線路段的末尾接小半徑圓曲線組合。

同時兼顧施工場地的地形和地質條件，協調好公路路線與周邊景觀的關系，保障車輛安全通行，合理設計公路兩側的綠化帶，避免駕駛員長期駕駛的疲勞感。

3.2 優化能見度設計

保證合理的能見度是安全行駛的前提，能見度設計也是路線設計中不可或缺的一部分。

駕駛員在車輛行駛中眼睛關注的位置是車道前方的中心線。視距從功能上可分為停車、錯車、超車和回車視距，其中停車視距是指從駕駛員在看到障礙物采取剎車措施到車輛完全停止時的最小行車距離。面臨部分特殊情況應重新核驗設計方案，如縱坡較大，無法滿足回車停車視距等特殊情況。從高速公路到四級公路的停車視距分別為210 m、160 m、110 m、75 m、40 m。超車視距的最小值，從二級至四級公路分別為550 m、350 m、200 m。

設計人員在路線設計時必須嚴格遵守有關規定的設計要求，設計好超車視距、停車視距等重要部分，控制各路段行駛車輛超車耗費的時間，以確保公路通行后行駛車輛有足夠的超車視距。

3.3 優化環境保護措施

響應國家環保的號召和遵守各地的環保政策，必須在設計時將環保放在公路路線設計工作中的中心位置，平衡好工程與環境的關系。在設計時，應避開相關的線路和網絡設施，做好防干擾的準備工作。在選擇和設計路線時，應合理依托有利的地形條件，將工程與自然景觀和諧相處，將環保原則作為公路路線設計的基本原則之一。

4 結論

綜上所述，隨著經濟的發展，公路交通作為經濟發展的關鍵部分，在一定程度上反映該地區的經濟實力和文化面貌。因此設計公路路線時，遵循安全設計原則、保護環境原則、高效益原則，結合當地的公路建設現況，科學合理地選擇公路路線組合方案，明確合理的行車能見度，盡量使用環保材料，避免干擾周圍環境，綜合各方面因素適時調整設計方案，以確保公路通車后的行車安全和可持續發展。

參考文獻

[1]公路路線設計規范：JTG D20—2017[S].北京：人民交通出版社，2017.

[2]公路環境保護設計規范：JTG B04—2010[S].北京：人民交通出版社，2010.

[3]湯振興.高速公路與沿線景觀協調性研究[D].北京：北京林業大學，2008.