公路路線設計指標的靈活運用研究

沙聲博

摘要 為了提升公路路線設計水平，文章總結了靈活設計公路路線指標的原則和流程，從交通量變化、地形條件變化、布線方式等方面分析了路線技術標準靈活選擇方法。隨后，將路線平縱指標進行分類，分析了直線長度、圓曲線半徑、平曲線長度、視距、最大縱坡、坡長、豎曲線半徑等強制性指標的靈活運用方法，研究成果可為公路路線設計提供理論指導。

關鍵詞 公路；路線設計；靈活運用；技術標準；平縱指標

中圖分類號 U412.3文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）14-0027-03

0 引言

隨著我國經濟的快速發展，公路工程作為重要的基礎交通設施，其建設里程逐年增加。公路工程屬于三維帶狀構造物，建設里程長達幾十公里至數百公里。公路路線設計水平的高低，會直接影響工程建設造價、周邊自然環境與社會環境及公路在運營期間的安全性和舒適性。在公路路線設計時，技術人員選擇指標時往往將規范條文視作法律條文。但是，規范本身是不具備法律效應，只有當公路工程的各參建方（業主、設計、施工等單位）認同，才能作為法律仲裁的依據。這種做法不利于設計人員創造性地發揮和綜合能力的提升，并阻礙新技術、新材料等的應用[1]。因此，進一步研究公路路線設計指標的靈活運用具有重要的工程意義。

1 靈活設計公路路線指標的原則和流程

1.1 靈活性設計原則

靈活性設計公路路線指標并不是創造一個新的標準或完全脫離規范，而是在不降低工程安全性的前提下，結合項目實際情況靈活選用路線指標，以促進公路工程的可持續發展。《公路路線設計規范》（JTG D20—2017）中給出的路線指標是范圍值，比如個別指標選擇極限值仍會導致較高的工程造價或對環境有嚴重影響，可考慮突破極限值。但設計人員應清楚突破極限值可能帶來的后果，并提出相應的措施。條件允許時，可組織專家對超標現象進行論證，判斷設計方案是否可行。

公路路線指標在靈活性設計期間要避免兩種傾向[2]：第一種傾向是認為標準越高越好。部分設計人員會生搬硬套規范，不考慮實際情況，選擇較高的平、縱線形指標，這樣會造成公路的征地拆遷規模過大、造價過高，嚴重破壞與外界環境的協調性；第二種傾向是隨意突破規范中的標準。部分設計人員安全意識薄弱，路線綜合比選能力較差，在沒有充分論證可行性就隨意突破規范，可能導致公路在運營期間交通事故頻發，造成人員傷亡。

1.2 靈活性設計流程

公路路線指標的設計是層層推進、不斷深化的過程，大致包括以下流程：工程可行性研究→設計文件審查和批復→初步設計→設計文件審查和批復→施工圖設計→設計文件審查和批復。如果公路項目較復雜，需要在初步設計和施工圖設計時直接增加一個技術設計[3]。

（1）工程可行性研究。工程可行性研究階段是為了確定公路走廊帶，即路線的起點、終點和關鍵控制點等。設計前要詳細搜集相關資料，開展現場調查。在確定走廊帶時可聽取沿線行政主管部門的意見，但不宜盲目聽從，否則會大幅度地降低走廊帶方案的科學性。

（2）初步設計。初步設計階段對多條路線方案進行綜合比選，以明確路線各分部控制點，綜合考慮路線長度、橋隧比、土石方工程量、占地面積、施工難度、征地拆遷規模等因素，基本確定路線指標。

（3）施工圖設計。施工圖階段是結合專家審查意見及咨詢單位意見對路線方案局部優化，并逐段檢查路線平縱組合的協調性和安全性，實現經濟、安全之間的平衡。

2 公路路線技術標準的靈活性

公路路線技術標準直接影響設計指標，尤其是大型公路項目，其建設里程長達幾十公里至數百公里，需根據公路功能、交通量不同，選擇合理的技術標準。根據相關研究成果，設計速度相同的路段可視為同一標準的路段。

高速公路最小設計路段宜≥15 km，一級、二級公路最小設計路段宜≥10 km，三級、四級公路的設計路段長度根據實際需求確定，且不同設計速度的路段應設置過渡段，平、縱線形指標逐漸過渡。公路等級或技術標準變化的分界點應盡量設置在視野開闊的路段，并設置醒目標志。公路路線技術標準的具體分段可考慮以下因素[4]。

2.1 交通量變化

交通量是選擇公路技術標準的基礎，直接影響公路設計速度和車道數，見表1。

由表1可知：在公路設計速度一定時，不同車道數所承擔的交通量不同。不同設計速度、不同車道數所對應的交通量有一定重疊，使得公路技術標準選擇具有較大靈活性。

2.2 地形條件變化

設計里程較長的公路會穿越不同地區，可根據地形條件的不同合理選擇路線指標。在平原區，地勢較平坦，公路選線影響因素大，路線平、縱指標可適當取大值；山嶺地區的公路地形條件復雜，地勢起伏大，路線設計指標可選用較低的標準。當平原區公路與山區公路連接時，需注意路線平、縱指標的平滑過渡。

2.3 布線方式

分離式路基是山區公路路線設計時常用的布線方式，通常采用平面分離的分離式路基，即左、右路幅完全分開，且每一幅的平、縱線形指標相互獨立。左右幅路線的走向不同，其分擔的交通量或所處的地形環境也不同，可以靈活選用技術標準。分離式路基的技術標準靈活運用體現在兩個方面：一是技術標準完全不同；二是技術標準相同。

3 公路路線平、縱指標的靈活性

公路工程的平、縱線形指標相互協調，才能保證行車安全性和舒適性。路線方案在制定時，要遵循“安全、經濟、可持續發展”的基本原則，基于《公路路線設計規范》（JTG D20—2017），靈活選擇路線的平、縱線形指標。

3.1 路線平、縱指標的分類

結合相關研究成果，該文將公路路線設計劃分為強制性指標和非強制性指標兩類。強制性指標（見表2）主要考慮公路行車的安全性，規范中用詞為“應”。強制性指標對公路建設指標影響大，在設計時宜選擇較高指標。即使受地形限制，也要大于一般最小值，盡量不用極限值。反之，要組織專家論證，審查通過后方可交付圖紙。非強制性指標一般是從美學和行車舒適的角度考慮，規范中用詞為“宜”。

綜上，路線強制性指標應嚴格執行，非強制性指標正常條件下按規范執行，但當用規范要求指標會在環保、節能、工程造價等方面付出較大代價時，可靈活應用。

3.2 路線平面指標靈活設計

（1）直線長度。公路上直線長度過長容易使司機感覺單調，產生焦躁情緒。在確定長直線長度時，要考慮司機的心理承受能力。但是，每個司機的心理承受能力不同，沿線地形、地物、綠化植物等對司機焦躁情緒的緩解也不同，因此最大直線長度難以有明確規定。大量工程實踐表明，最大直線長度控制在20V（V表示公路設計速度，下同）之內。

如果相鄰圓曲線間的直線長度過短，會讓司機產生錯覺，影響行車安全。《公路路線設計規范》（JTG D20—2017）中規定，同向曲線間的最短直線長度≥6V，反向圓曲線間的最短直線長度≥2V。如果受地形限制，采用規范指標會大幅度地增加工程規模和造價，可適當降低指標。

（2）圓曲線半徑。圓曲線半徑應結合設計速度、超高橫坡等參數確定，并盡量選擇較大值，主要原因在于：車輛在公路彎道上行駛，會受到離心力作用，從而出現外側滑移或傾覆病害。一般情況下，圓曲線半徑越小，車輛所受到的離心力越大，車輛出現事故的可能性越高。離心力大小F計算可按式（1）：

式中，G——汽車自身重力（kN）；g——重力加速度（m/s2）；v——設計速度（km/h）。

（3）平曲線長度。公路平曲線是由1條圓曲線和2條緩和曲線組成。為了避免車輛在彎道行駛時的離心加速度變化率過大，路線設計時要控制平曲線最小長度Lmin，具體可按式（2）計算：

式中，t——汽車通過平曲線的時間。

（4）視距。視距是保證公路上行車安全的重要指標。高速公路、一級公路在設計時應采用停車視距，設計速度為60 km/h、80 km/h、100 km/h、120 km/h，停車視距分別不小于75 m、110 m、160 m、210 m。二級及二級以下的公路在設計時應采用會車視距，設計速度為20 km/h、

30 km/h、40 km/h、60 km/h、80 km/h，會車視距分別不小于40 m、60 m、80 m、150 m、220 m。同時，還需注意互通立交合流點的識別視距，以確保“合流三角區”的視覺通暢。主線可按車輛行駛8 s距離控制，匝道可按車輛行駛5 s距離控制，見圖1[5]。

3.3 路線縱斷面指標靈活設計

公路縱斷面指標直接影響了路基填挖高度、隧道埋深、橋梁樁基長度、排水效果等，從而影響公路的工程造價。因此，縱斷面在設計時要控制好其坡度、坡長、合成坡度、豎曲線半徑等參數。

（1）縱坡坡度和坡長。公路路線縱坡坡度和坡長會直接影響車輛的形式狀態，縱坡越大，坡長越長，行車安全性越低。比如在連續上坡路段，司機需頻繁換擋（尤其是交通擁堵時），增大了司機操作失誤的概率。行駛一段距離后，發動機發熱，水箱溫度升高，增加了油耗。如果汽車性能差，甚至會熄火；在連續下坡路段，汽車受到慣性力的作用，重力勢能轉換為動能，車速越來越大，司機需要頻繁制動，易導致安全事故。

由此可知，公路縱坡坡度和坡長在設計時必須充分考慮汽車的性能與路線最大縱坡imax的關系應滿足式（3）和（4）：

式中，λ——海拔修正系數；T——汽車驅動力（kN）；Fa——空氣阻力（kN）；D——變量動力系數；f——滾動摩擦力系數。

為了驗證計算公式的可行性，該文統計了不同縱坡坡率下公路的交通事故率，統計結果見圖2[6]。

由圖2可知：縱坡越大，公路上的越容易發生交通事故。當縱坡坡度＞4%，交通事故率急劇上升，故建立公路縱斷面設計時，縱坡坡度控制在4%以內。

（2）合成坡度。在路基橫坡一定的條件下，公路路線縱坡越小，路面合成坡度較小，越不利于路面排水。為了保證公路排水，路線最小縱坡應≥0.3%，合成坡度應≥0.5%，否則應采取綜合排水措施。需注意，當陡坡與小半徑平曲線相重疊時，宜采用較小的合成坡度。以下三種情況路面合成坡度應＜8%：①冬季路面有結冰、積雪的地區；②自然橫坡較陡峻的傍山路段；③非汽車交通量較大的路段。

（3）豎曲線半徑。當汽車在縱斷面上的變坡點行駛時，為了緩和因車輛動能變化而產生的沖擊和保證視距，必須插入豎曲線（凸曲線和凹曲線）。豎曲線有圓曲線和二次拋物線兩種形式，由于豎曲線前后坡差小，拋物線平緩，曲率變化小，與圓曲線相差不大。在實際公路項目中，通常選擇圓曲線。

《公路路線設計規范》（JTG D20—2017）中所給出的各級公路的豎曲線最小半徑“極限值”，只有在地形限制的條件下才能使用。在實際設計中，為了保證車輛行駛的安全性和舒適性，應采用規范所給“一般值”的1.5～2.0倍。

4 結語

該文主要分析了靈活運用公路路線設計指標的原則、流程及平縱路線指標的設計方法。研究成果表明：

（1）靈活性設計路線指標并不是標準越高越好，也不是隨意突破規范，而是應該結合工程實際情況選擇。

（2）公路路線指標設計應層層推進，先結合交通量變化、地形條件變化、布線方式等靈活確定路線各分段的技術標準。

（3）公路路線平縱指標可劃分為強制性指標和非強制性指標兩類，其中強制性指標必須嚴格執行，包括直線長度、圓曲線半徑、平曲線長度、視距、最大縱坡、坡長、豎曲線半徑等。

參考文獻

[1]伍華勇. 公路路線指標的靈活運用研究[J]. 黑龍江交通科技， 2019（5）： 83-84.

[2]易娟. 淺談高速公路路線設計與沿線景觀協調性[J]. 低碳世界， 2018（5）： 220-221.

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