論改擴(kuò)建公路路線平面擬合設(shè)計(jì)

摘要 線路平面擬合設(shè)計(jì)是工程項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的節(jié)點(diǎn)內(nèi)容，對公路項(xiàng)目工程推進(jìn)順利性、工程建設(shè)經(jīng)濟(jì)性、建設(shè)質(zhì)量具有重要影響。文章從平面線形組合類型、道路線形數(shù)據(jù)采集的內(nèi)容、改擴(kuò)建道路的線性特征、平面擬合設(shè)計(jì)原則、最小二乘法的平面擬合設(shè)計(jì)流程等方面，對改擴(kuò)建公路路線平面擬合設(shè)計(jì)展開研究，提出了平面擬合設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)問題，可為業(yè)內(nèi)提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞 改擴(kuò)建公路;道路線形設(shè)計(jì);平面擬合;平面線型設(shè)計(jì)

中圖分類號 U412.34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）12-0019-03

收稿日期：2022-04-20

作者簡介：程偉（1987—），男，本科，工程師，研究方向：公路路線與橋梁設(shè)計(jì)。

0 引言

改擴(kuò)建公路工程項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，根據(jù)擬建線路沿線地形地貌條件、原線路技術(shù)經(jīng)濟(jì)狀況、工程技術(shù)難度等，對擴(kuò)建公路線形進(jìn)行平面擬合，利用不同的平面線形組合設(shè)計(jì)，將線路中線點(diǎn)位連成一條光滑的曲線，保證線路線型的連續(xù)性、縱斷面線型的協(xié)調(diào)性。路線平面擬合設(shè)計(jì)質(zhì)量，對道路項(xiàng)目整體質(zhì)量、整體效益具有重要影響[1]。該文對改擴(kuò)建公路路線平面擬合設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)過程中需要把握的重點(diǎn)問題展開研究，對提升公路工程項(xiàng)目整體效益具有積極意義。

1 平面線形組合類型

不同公路工程項(xiàng)目，公路等級、沿線地形地貌條件、原線路技術(shù)狀況等級差異較大，線路平面線形組合、曲率變化差異突出。運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助擬合軟件，對線形曲率值進(jìn)行擬合設(shè)計(jì)，可準(zhǔn)確確定曲線特征點(diǎn)[2]。公路路線平面擬合設(shè)計(jì)階段，常用的平面線形組合類型如下：

（1）簡單型：按直線—圓曲線—直線的順序組合，示意圖見圖1。

（2）基本型：按直線—回旋線—圓曲線—回旋線—直線的順序組合，示意圖見圖2。

（3）S形：兩個反向圓曲線間，用兩個反向回旋線連接的組合，示意圖見圖3。

（4）凸型曲線：兩個同向回旋線徑向銜接的組合，示意圖見圖4。

（5）回頭曲線：見圖5。

（6）其他線形組合類型還有C形、復(fù)合型、復(fù)曲線等類型。

2 改擴(kuò)建道路線形數(shù)據(jù)采集

項(xiàng)目工程勘測階段，通過控制測量，采集原路線線形數(shù)據(jù)，為擴(kuò)建路線線形設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐。由于原線路控制點(diǎn)大多已丟失，控制測量作業(yè)開展前，需重新布設(shè)控制點(diǎn)[3]。

（1）根據(jù)新布設(shè)控制點(diǎn)與原有道路路基相對位置關(guān)系，控制點(diǎn)可分為路內(nèi)控制點(diǎn)、路外控制點(diǎn)兩種[4]。

（2）根據(jù)控制點(diǎn)在道路空間體系中控制效能差異，可分為平面線位控制點(diǎn)、縱面高程控制點(diǎn)兩種：1）線路平面取樣測量時，采用動態(tài)GPS左右交替測量中央分隔帶邊緣兩側(cè)，用計(jì)算機(jī)整理平面線位控制點(diǎn)位置數(shù)據(jù)，擬合出線位中線;根據(jù)線路沿線，地形地貌等情況，調(diào)整線位擬合中線;平面線位控制點(diǎn)布設(shè)間距一般不超過20 m，橋涵構(gòu)造物兩端分別取點(diǎn);2）線路平面中線擬合、調(diào)整完畢，按常規(guī)方法放線，測出每個樁點(diǎn)高程，根據(jù)樁點(diǎn)高程數(shù)據(jù)進(jìn)行線路縱斷面擬合設(shè)計(jì)[5]。

3 改擴(kuò)建道路的線性特征和平面擬合設(shè)計(jì)的幾條原則

公路設(shè)計(jì)階段，為充分利用既有道路，節(jié)約項(xiàng)目成本，需正確處理新建道路與既有道路的關(guān)系[6]。線路平面擬合設(shè)計(jì)原則如下：

（1）降低工程技術(shù)難度、工程實(shí)施風(fēng)險，線路設(shè)計(jì)階段結(jié)合線路沿線地形地貌條件、相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求等，合理確定線形指標(biāo)。

（2）減少道路擴(kuò)建土地占用、擴(kuò)建施工工程量，節(jié)約項(xiàng)目成本，正確處理新建道路與既有道路的關(guān)系，在保證項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)的前提下，提升既有線路利用率。

（3）保證擴(kuò)建線路與沿線構(gòu)造物、景觀的整體協(xié)調(diào)性，在保證道路中心線不變的前提下，根據(jù)沿線構(gòu)造物、景觀，優(yōu)化線路平縱橫設(shè)計(jì)。

（4）適應(yīng)城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)劃，與現(xiàn)有路網(wǎng)相協(xié)調(diào)。

4 使用最小二乘法的平面擬合設(shè)計(jì)步驟

線路平面擬合設(shè)計(jì)階段，運(yùn)用最小二乘曲線擬合法，進(jìn)行線路曲線函數(shù)的多項(xiàng)式擬合，降低線路平面擬合計(jì)算復(fù)雜度，步驟如下：

4.1 控制網(wǎng)布設(shè)及選點(diǎn)測量

為滿足道路擴(kuò)改建工程不中斷交通施工的施工要求，控制點(diǎn)布設(shè)于公路兩側(cè)位置;為保證兩側(cè)水準(zhǔn)路線的統(tǒng)一性，兩側(cè)水準(zhǔn)線路聯(lián)測頻率不得低于5 km/次，保證控制網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)精度[7]。

為保證平面線形數(shù)據(jù)測量精度，中央分隔帶邊緣兩側(cè)控制點(diǎn)，需保持每10～15 m左右交替測量一次，準(zhǔn)確記錄控制點(diǎn)位三維坐標(biāo)。測點(diǎn)示意圖見圖6。

4.2 左右幅分隔帶分中利用計(jì)算機(jī)擬合中線

當(dāng)前眾多道路設(shè)計(jì)軟件均具有最小二乘法對直線、圓曲線擬合計(jì)算功能。比如緯地軟件，具有“穿直線”“穿圓”等智能布線工具，可分別用于直線、圓曲線的擬合設(shè)計(jì)，提升線路擬合設(shè)計(jì)效率、設(shè)計(jì)質(zhì)量。再如CARD/1軟件，具有自動擬合改擴(kuò)建道路平面線形功能，實(shí)現(xiàn)過程見圖7。

5 平面擬合線形指標(biāo)的評價

項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段、施工前、項(xiàng)目竣工后，須進(jìn)行擬合設(shè)計(jì)線形指標(biāo)評價，作用如下：

（1）方案設(shè)計(jì)階段，通過對擬合設(shè)計(jì)線形指標(biāo)進(jìn)行評價，找出設(shè)計(jì)方案的不足，為方案優(yōu)化提供思路，提升方案設(shè)計(jì)質(zhì)量。

（2）施工前，結(jié)合線路工況特點(diǎn)，評價擬合設(shè)計(jì)方案適用性，有利于評選出更加貼合線路工況特點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案，降低項(xiàng)目實(shí)施風(fēng)險。

（3）項(xiàng)目竣工后，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)施情況，評價擬合設(shè)計(jì)方案整體效果，可積累、總結(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)同類工程項(xiàng)目線路擬合設(shè)計(jì)提供參考。

6 平面擬合設(shè)計(jì)應(yīng)注意的幾個問題

6.1 對待改擴(kuò)建道路全線路線技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行符合性檢查及運(yùn)行速度評價問題

根據(jù)現(xiàn)行公路項(xiàng)目安全性評價指南的要求，設(shè)計(jì)速度與運(yùn)行速度偏差超過20 km/h的路段，除應(yīng)對路段運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性進(jìn)行評價外，還應(yīng)用運(yùn)行速度來檢驗(yàn)線路各項(xiàng)指標(biāo)，全面評價線路實(shí)際狀況。

6.2 直線路段設(shè)計(jì)原則

現(xiàn)行公路設(shè)計(jì)規(guī)范和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，并未明確最長直線段長度要求[8]。實(shí)際設(shè)計(jì)階段應(yīng)把握以下幾點(diǎn)原則：

（1）實(shí)際設(shè)計(jì)階段，須根據(jù)線路地形、環(huán)境特點(diǎn)，優(yōu)化直線、曲線組合設(shè)計(jì);直線路段線形設(shè)計(jì)應(yīng)與線路周圍地形、環(huán)境相協(xié)調(diào)，長度不宜超過20倍路段限速長。

（2）在既有道路直線路段長度過長路段，可增設(shè)豎曲線，使支線路段的縱斷面有所起伏，優(yōu)化擴(kuò)建線路直線段線形，提升駕駛員行車視覺效果，改善路段安全性能，避免駕駛員視覺疲勞誘發(fā)交通事故。

（3）在既有道路直線路段較長路段，可根據(jù)路段交通事故調(diào)查情況，決定是否調(diào)整當(dāng)前路段平縱斷面;若當(dāng)前道路并未發(fā)生交通事故，可維持當(dāng)前路段平縱斷面，通過適當(dāng)增加交通安全設(shè)施、構(gòu)造路側(cè)景觀差異的方式，改善路段安全性能;若當(dāng)前路段曾因直線段過長誘發(fā)交通事故，宜增設(shè)豎曲線，調(diào)整路段平縱斷面。

（4）綜上所述，為保證直線路段行車安全性能，需根據(jù)周圍環(huán)境、沿線景觀、駕駛員心理反應(yīng)、駕駛員視覺效果、線路交通事故調(diào)查情況等，合理選擇調(diào)整既有線路平縱線形、構(gòu)造沿線景觀差異、增設(shè)交通安全設(shè)施等方式，優(yōu)化直線路段設(shè)計(jì)，無需刻意設(shè)置曲線。

6.3 小偏角問題

現(xiàn)行《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》中，明確規(guī)定小于或等于7°的偏角為小偏角，駕駛員在小偏角短平曲線路段行駛時，易因偏角較小造成急彎的錯覺，影響行車安全。為防止既有道路小偏角短平曲線路段交通事故，新建道路需規(guī)避小偏角曲線設(shè)計(jì)，擴(kuò)建道路線型設(shè)計(jì)需調(diào)整既有線路小偏角設(shè)計(jì)，保證擴(kuò)建線路行車安全性能[9]。

6.4 圓曲線半徑

為保證道路行車安全性能，新建道路圓曲線線路段，宜盡量擴(kuò)大圓曲線半徑;既有道路原曲線線路段，需綜合改造既有道路圓曲線半徑、擴(kuò)建道路建設(shè)指標(biāo)、路段工況、改造成本等，適當(dāng)擴(kuò)大改造路段圓曲線半徑;受地形地貌、改造成本限制，無法擴(kuò)大圓曲線半徑工況，也可采用小半徑設(shè)計(jì)，但應(yīng)杜絕采用極限最小半徑設(shè)計(jì)[10]。既有路段符合下述情形，必須增大平曲線半徑。

（1）既有線路平曲線半徑值過小，遠(yuǎn)低于現(xiàn)行規(guī)范最低標(biāo)準(zhǔn)。

（2）既有線路平曲線段平曲線半徑過小，緩和曲線與圓曲線長度不匹配，需增大緩和曲線半徑，增長平曲線長度，保證緩和曲線與圓曲線長度的匹配性。

（3）既有線路縱斷面指標(biāo)過低，需調(diào)整縱斷面指標(biāo)，適應(yīng)路段縱斷面指標(biāo)要求。

（4）增大平曲線半徑，不會過度增加路段改擴(kuò)建施工工程量，不涉及拆遷及其他影響施工進(jìn)度因素。

（5）既有路段因平曲線指標(biāo)過低，易引發(fā)交通事故路段。

（6）既有線路線性，不符合線路連續(xù)性、整體協(xié)調(diào)性，需增大曲線半徑，保證線路線型連續(xù)性、整體協(xié)調(diào)性。

7 結(jié)論

綜上，公路路線平面擬合設(shè)計(jì)效果，對項(xiàng)目建設(shè)整體質(zhì)量、線路行車安全性能、項(xiàng)目實(shí)施難度等具有重要影響。公路線路擬合設(shè)計(jì)階段，需正確處理擴(kuò)建路線與既有路線的關(guān)系，根據(jù)改擴(kuò)建項(xiàng)目工程技術(shù)要求、既有線路具體情況，優(yōu)化改擴(kuò)建公路路線平面擬合設(shè)計(jì)，在保證改擴(kuò)建項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)的前提下，提升既有道路利用率，減少道路改造工程量，節(jié)約項(xiàng)目改造成本。同時，在直線線路段、小偏角線路段、圓曲線半徑過小線路段，通過優(yōu)化線路平縱線形，解決既有路段的弊端，提升線路安全性能，保證行車安全。

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