貴州山區(qū)普通公路改擴(kuò)建工程的路線擬合設(shè)計探討

杜廣偉

摘要 路線平面擬合設(shè)計作為公路項(xiàng)目建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對提升公路線形設(shè)計合理性，盡量利用老路、節(jié)約成本和資源、保證行車安全性、高效性具有重要作用。尤其對于山區(qū)公路改擴(kuò)建工程，加強(qiáng)路線平面擬合設(shè)計，能提高新老道路之間的協(xié)調(diào)性，節(jié)省工程投資、節(jié)約土地資源、降低對生態(tài)環(huán)境的影響、確保公路建設(shè)質(zhì)量，提高行車安全。鑒于此，文章針對改擴(kuò)建公路項(xiàng)目路線平面線形擬合設(shè)計進(jìn)行綜合探究，介紹了路線平面設(shè)計中常用組合形式、老路平面線形信息采集方式及路線平面擬合基本原則，分析了路線平面擬合設(shè)計中最小二乘法使用程序，指出了路線平面擬合設(shè)計指標(biāo)評估的作用，并提出了道路平面線形設(shè)計注意事項(xiàng)，旨在為同行提供參考、借鑒。

關(guān)鍵詞 公路改擴(kuò)建項(xiàng)目；路線平面擬合；線形設(shè)計分析

中圖分類號 U418.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）08-0065-03

0 引言

公路改擴(kuò)建工程勘察設(shè)計環(huán)節(jié)，基于道路沿線地形、地質(zhì)條件，工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、氣象條件、自然災(zāi)害、筑路材料、生態(tài)環(huán)境、自然景觀及老路技術(shù)指標(biāo)等相關(guān)因素，對擬建項(xiàng)目路線平面進(jìn)行線形擬合設(shè)計，通過各種常見線形的組合運(yùn)用，將道路中線上的各點(diǎn)集成連接起來，形成平順、連續(xù)曲線，使道路平面線形更加均衡，從而有效提升行車的安全性、舒適性，保證項(xiàng)目整體建設(shè)質(zhì)量。因此，該文系統(tǒng)分析了貴州山區(qū)普通公路改擴(kuò)建公路工程路線平面擬合設(shè)計的基本組合形式、設(shè)計流程、原則及注意事項(xiàng)，對提高山區(qū)公路整體建設(shè)質(zhì)量具有十分重要的意義。

1 公路路線平面線形設(shè)計常用組合形式

公路項(xiàng)目一般為帶狀構(gòu)造物，路線較長，實(shí)際施工過程中路線沿線地質(zhì)、地形地貌特征及老路技術(shù)指標(biāo)存在顯著變化，并且各路段平面線形組合方式及道路縱斷面起伏變化，路基橫向坡度差異較大。采用道路平面線形擬合系統(tǒng)，對擬建項(xiàng)目路線進(jìn)行平面擬合設(shè)計，能精準(zhǔn)有效地確定道路平面線形，提高路線設(shè)計合理性，確保公路建設(shè)順利實(shí)施[1]。山區(qū)公路改擴(kuò)建工程路線平面擬合設(shè)計環(huán)節(jié)，其路線平面線形組合形式通常包括以下幾種：

（1）簡單型：當(dāng)一個彎道有直線和圓曲線組合時，線形組合按直線—圓曲線—直線的順序組合。

（2）基本型：當(dāng)一個彎道有直線、回旋線、圓曲線組合時，線形組合形式按直線—回旋線—圓曲線—回旋線—直線的順序組合，詳細(xì)圖示如圖1所示。

（3）S形曲線：通過兩個反向回旋線將兩圓曲線連接在一起形成的線形，詳細(xì)圖示，如圖2所示。

（4）凸形曲線：由兩個同向回旋線不插入圓曲線而徑向相連接組合的線形，詳細(xì)圖示如圖3所示。

（5）回頭形曲線：該路線組合形式較為復(fù)雜，詳細(xì)圖示如圖4所示。

（6）其他曲線組合（復(fù)合型曲線）：C形、組合型、雙重曲線形等。

2 公路改擴(kuò)建工程老路線形數(shù)據(jù)采集

公路改擴(kuò)建工程路線平面設(shè)計前，應(yīng)全面進(jìn)行現(xiàn)場勘測，詳細(xì)調(diào)查并收集統(tǒng)計老路數(shù)據(jù)和相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，為擬建道路路線平面擬合設(shè)計提供技術(shù)支持。但因老路運(yùn)營時間較長，原設(shè)計的大部分控制點(diǎn)無法找到，因此實(shí)際勘測前，應(yīng)對老路重新布置控制點(diǎn)進(jìn)行測量。

（1）按照控制點(diǎn)布置位置的差異，將其劃分為路基內(nèi)、路基外兩種形式。

（2）按照控制點(diǎn)實(shí)際作用，將其分成坐標(biāo)控制點(diǎn)和高程控制點(diǎn)兩種類型：①在對路線進(jìn)行坐標(biāo)和高程測量時，通過GPS對稱測量道路左右兩邊路基邊線的點(diǎn)位坐標(biāo)，并采用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對坐標(biāo)進(jìn)行匯總，進(jìn)而擬合出道路中線；結(jié)合道路沿線地形地貌、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、現(xiàn)有構(gòu)造物及老路技術(shù)狀況等，對擬合的道路路線平面進(jìn)行優(yōu)化；平面坐標(biāo)控制點(diǎn)設(shè)置距離結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況確定，在橋梁、涵洞、隧道構(gòu)造物等設(shè)施應(yīng)在兩端均布置控制點(diǎn)。②道路路線平面優(yōu)化完成后，通過測量放樣采集的道路中線地面高程，進(jìn)行縱斷面方案設(shè)計[2]。

3 山區(qū)普通公路改擴(kuò)建工程路線擬合主要原則

山區(qū)普通公路改擴(kuò)建工程為合理節(jié)約資源、降低工程造價，應(yīng)根據(jù)新、老路路線走向，合理優(yōu)化設(shè)計方案，在確保道路平面線形滿足公路路線設(shè)計規(guī)范及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，最大限度地提高老路利用率。在進(jìn)行路線線形擬合設(shè)計時，應(yīng)遵循以下原則：

（1）減小工程難度、保證項(xiàng)目施工安全。公路線形設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)擬建區(qū)域內(nèi)地形、地物條件，工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、筑路材料、生態(tài)環(huán)境、自然景觀及老路技術(shù)指標(biāo)等科學(xué)選擇合理的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）節(jié)約土地資源，降低工程造價。山區(qū)公路改擴(kuò)建工程路線設(shè)計時，應(yīng)考慮結(jié)合老路實(shí)際情況，充分利用老路走廊帶現(xiàn)狀資源，合理進(jìn)行擴(kuò)建公路路線平面選線，科學(xué)處理新老道路之間的關(guān)系，提高兩者協(xié)調(diào)性、統(tǒng)一性。在確保各項(xiàng)指標(biāo)滿足相關(guān)要求的基礎(chǔ)上，盡量少占土地資源，最大限度提高老路使用率，節(jié)省工程投資。

（3）提高擬建道路與老路沿線周邊設(shè)施的協(xié)調(diào)性，在確保公路路線大致走廊帶不變的基礎(chǔ)上，結(jié)合老路現(xiàn)有構(gòu)造物以及沿線基礎(chǔ)設(shè)施分布情況，對路線進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

（4）與公路沿線城鎮(zhèn)規(guī)劃相協(xié)調(diào)，并注重與周邊既有路網(wǎng)的聯(lián)通銜接，提高區(qū)域交通水平，帶動山區(qū)對外交流，促進(jìn)公路沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

（5）注重保護(hù)生態(tài)環(huán)境，與沿線自然景觀相協(xié)調(diào)，通過合理的路線敷設(shè)、選擇適合的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、綜合利用老路現(xiàn)有資源等相關(guān)措施保護(hù)沿線的自然生態(tài)環(huán)境，使道路與自然生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)[3]。

4 最小二乘法平曲線擬合基本內(nèi)容

山區(qū)普通公路改擴(kuò)建項(xiàng)目路線平面擬合時，通過最小二乘法進(jìn)行計算，能有效簡化計算過程，減小線形擬合難度。

4.1 控制點(diǎn)布置及測量頻率

山區(qū)普通公路改擴(kuò)建外業(yè)勘測時，將測控點(diǎn)設(shè)置在道路左右兩側(cè)路肩外緣，以有效降低對現(xiàn)狀交通的影響。同時，為確保左右側(cè)測控點(diǎn)準(zhǔn)確性，應(yīng)合理增大聯(lián)合測量次數(shù)，測量頻率應(yīng)保持在3 km/次，從而提高測控點(diǎn)準(zhǔn)確性。

4.2 路線平面自動擬合中線流程

由于公路勘察設(shè)計行業(yè)整體專業(yè)技術(shù)水平不斷提高，在公路行業(yè)中大部分公路路線設(shè)計系統(tǒng)，大部分采用最小二乘法擬合設(shè)計模塊。如緯地三維道路系統(tǒng)，包含系統(tǒng)中平面擬合、中平面智能布設(shè)設(shè)計功能，能夠自動完成對直線、曲線間的路線平面擬合，滿足路線平面線形設(shè)計要求。又如card/1系統(tǒng)，具備智能化設(shè)計功能，可自行完成對路線平面線形的擬合計算，基本流程如圖5所示。

5 公路路線線形擬合設(shè)計指標(biāo)評價作用

公路工程設(shè)計階段、實(shí)施階段及交工驗(yàn)收階段，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對路線進(jìn)行擬合，對設(shè)計技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行綜合評估，具體作用：

（1）設(shè)計階段。公路工程設(shè)計時，依據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范對擬合線路線形指標(biāo)進(jìn)行綜合評估，能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計錯誤及缺陷，以便對設(shè)計進(jìn)行補(bǔ)充完善，保證公路設(shè)計質(zhì)量。

（2）工程實(shí)施階段。根據(jù)公路實(shí)施現(xiàn)場實(shí)際情況，對擬合路線指標(biāo)實(shí)施評估，復(fù)核施工現(xiàn)場與設(shè)計文件的一致程度，能夠確定較為合適的技術(shù)指標(biāo)，為工程的實(shí)施提供可靠的數(shù)據(jù)分析，確保項(xiàng)目順利實(shí)施。

（3）工程驗(yàn)收階段。根據(jù)工程實(shí)體完成情況，檢驗(yàn)已完工的工程實(shí)體施工質(zhì)量狀況，對設(shè)計文件的實(shí)施執(zhí)行情況等實(shí)施全方位評估，能積累實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，提高設(shè)計服務(wù)水平，同時，為交工驗(yàn)收設(shè)計符合性報告提供依據(jù)。

6 公路路線擬合設(shè)計注意事項(xiàng)

6.1 對擬建公路路線設(shè)計指標(biāo)實(shí)施運(yùn)行速率檢測及評價

按照公路工程相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，對于設(shè)計時速和行駛速度之間的差值大于20 km/h的道路，不僅需對行駛速率安全性實(shí)施評估，還需通過行駛速率對設(shè)計指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證，以有效確保道路使用安全。

6.2 直線段設(shè)計原則

公路線形設(shè)計時，對于直線段路段應(yīng)遵循如下設(shè)計原則：

（1）公路項(xiàng)目路線設(shè)計過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照道路沿線地形、地質(zhì)條件，合理設(shè)置平曲線要素組合設(shè)計，最大限度提高路線設(shè)計合理性，保證行車安全。應(yīng)根據(jù)道路沿線周邊環(huán)境，合理確定直線段長度，受地形條件或其他特殊限制而采用長直線段時，應(yīng)結(jié)合沿線具體情況采用相應(yīng)的技術(shù)措施。

（2）當(dāng)現(xiàn)狀路線直線段較長時，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，合理設(shè)置豎向曲線，使道路略有起伏，優(yōu)化駕乘人員視覺效果，防止視覺疲勞，提高行車安全性。

（3）對于現(xiàn)狀道路直線段較長路段，可結(jié)合該路段事故率，綜合確定是否需對其路線平面線形實(shí)施優(yōu)化；如果該路段事故率較低或未出現(xiàn)安全事故，則無須調(diào)整線形，可合理增設(shè)交安設(shè)施，提高道路安全性能；如果該路段安全事故率較高，且事故由直線段較長導(dǎo)致，則應(yīng)對道路平面線形實(shí)施優(yōu)化，并加強(qiáng)交通安全設(shè)施相關(guān)設(shè)計，確保行車安全。

（4）通過上述分析可知，為最大限度確保路線設(shè)計中直線段交通安全，應(yīng)充分結(jié)合道路沿線周邊地形、地物條件，工程地質(zhì)、景觀設(shè)施、視距條件及事故率等條件，科學(xué)合理確定道路路線平面線形、縱斷面設(shè)計優(yōu)化方案。

6.3 規(guī)避小偏角曲線

根據(jù)《公路路線設(shè)計規(guī)范》（JTG D20—2017）要求，當(dāng)公路的轉(zhuǎn)角小于或等于7°時即為小偏角曲線，車輛運(yùn)行在該路段時，容易因駕駛?cè)藛T視覺偏差產(chǎn)生誤判，從而引發(fā)交通事故。因此，為避免小偏角平曲線段產(chǎn)生行車安全事故，路線平面設(shè)計時，應(yīng)避免出現(xiàn)小偏角，同時，對現(xiàn)狀道路已存在的小偏角路段路線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，應(yīng)設(shè)置較長的平曲線，以提高道路整體行車安全。

6.4 合理增大圓曲線半徑

為最大限度提高交通安全，公路路線設(shè)計時，對于采用圓曲路的線段，在相應(yīng)條件允許前提下，應(yīng)盡可能采用圓曲線半徑較大值；而對于現(xiàn)有路線圓曲路線段，當(dāng)半徑較小時，應(yīng)根據(jù)道路現(xiàn)場實(shí)際情況，并結(jié)合工程地質(zhì)、工程造價等相關(guān)因素，對圓曲線半徑較小路段進(jìn)行合理優(yōu)化改造；當(dāng)受位置空間及投資限制，難以進(jìn)行優(yōu)化改造時，需對線形進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，避免采用圓曲線半徑極限值。現(xiàn)狀道路存在下列情況時，應(yīng)合理增大圓曲線半徑：

（1）現(xiàn)有路線平面曲線半徑較小，不滿足路線設(shè)計規(guī)范要求。

（2）現(xiàn)有路線平面曲線半徑較小，緩和曲線段長度不足，應(yīng)適當(dāng)增加緩和曲線半徑，確保其與圓曲線連接平順。

（3）現(xiàn)有路線縱斷面技術(shù)指標(biāo)較低，應(yīng)對其實(shí)施合理優(yōu)化，以有效滿足道路線形設(shè)計要求。

（4）增大圓曲線曲線半徑，對工程建設(shè)成本及施工進(jìn)度影響較小。

（5）現(xiàn)有路線局部路段由于圓曲線采用較小設(shè)計指標(biāo)，而頻繁發(fā)生交通安全事故。

（6）現(xiàn)有路線彎道部分路線連續(xù)性較差，應(yīng)適當(dāng)增大平面平曲線半徑，提高線形協(xié)調(diào)性、平順性及均衡性。

7 結(jié)論

綜上所述，路線平面擬合設(shè)計是公路改擴(kuò)建工程建設(shè)最重要的環(huán)節(jié)，對保證公路建設(shè)質(zhì)量及交通安全具有十分重要的作用。因此，公路項(xiàng)目建設(shè)時，應(yīng)根據(jù)道路沿線地形、地物條件，工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、筑路材料、生態(tài)環(huán)境、自然景觀、氣候條件及老路技術(shù)指標(biāo)等相關(guān)因素，對擬建路線實(shí)施平面擬合設(shè)計，以有效提高新老道路之間的協(xié)調(diào)性，并有效控制項(xiàng)目建設(shè)成本。另外，沿線地形受限、小偏角、曲線半徑小的路段，應(yīng)選擇合理的平面路線線形優(yōu)化調(diào)整，從而有效提升道路使用性能，保證行車安全性、舒適性。

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