谈高速公路平纵面的线形设计

2013-08-15高琦

山西建筑 2013年23期

高琦

(山西省公路局大同公路分局，山西大同 037006)

线形设计是整个高速公路的关键所在，随着高速公路通车里程以及汽车数量的不断增长，公路线形设计的重要性也越来越突显出来。高速公路的线形设计不仅是工程总体效果的评价标准，也是高速公路能够满足安全性、舒适性以及经济性的重要条件。在高速公路路线方案确定以后，就需要进行路线的线形设计。线形设计主要包括平面线形设计和纵断面线形设计，通常情况下需要先做平面线形设计，在平面线形设计确定以后，便可进行纵断面线形设计，最后确定平面线形与纵断面线形的合理结合问题。

1 线形设计的方法

1)设计速度法。对于一个特定的路段来说，设计速度是一个固定值，而汽车在实际行驶过程中，驾驶员通常是根据公路的行车条件、车辆动力性能以及驾驶员的特性等因素来对自己的车速进行确定。所以驾驶员在实际运行时速度所需要的线形指标，与设计车速确定的线形指标不会完全一致。2)运行速度法。运行速度法是指单元路段上的实际行驶速度，是一项统计学指标。因为车辆不同，其行驶过程中所产生的速度也不同。通常来讲，根据统计学所测定的速度由高到低排列的第85个百分点对应的车辆行驶速度则为运行速度。3)运行速度检验。对于山区高速公路来说，地形与地质条件比较复杂，其线形指标变化自然也大。所以，在设计前期可根据现行的标准及规范来设计，同时再参考地形及地质条件，依据运行速度来选取合理的线形设计指标，这样才能基本保证线形整体设计的可靠性。在对线形设计进行优化时，还需要对运行速度进行试算，对线形的连续性进行检验，同时还要考虑设计车速与运行速度一致性的问题，最后根据所有结论来对线形指标进行优化。

2 平面线形设计

公路平面线形主要包括直线、圆曲线、缓和曲线，在选择线形时，应该与地形相适应，线形曲率应该灵活运用，且要具有一定的连续均匀性，不能存在突变现象。高速公路线形设计时，对于直线与曲线的应用争论较多，但总体原则应该是在满足各项技术标准的前提下，尽量考虑安全与美观的因素。

2.1 平面线形与地形的适应性

高速公路的线形设计离不开地形，线形必须与地形相适应，这不仅是美观需要也是经济需要。在平原地区地形平坦、顺畅，所以在平面线形设计中，直线所占的比例就非常大;山区及丘陵地区，地势起伏不平，平面线形则多以曲线为主。如果平面线形设计时不考虑地形、地势条件，比如在平原、草原地区故意设计出一些弯道，在山区生硬地将路线拉直，这会带给人不协调的感觉。所以在进行高速公路平面设计时，应该结合地形条件，对线形进行合理的安排，合理处理各组成要素，该曲时曲、该直时直。使线形流畅，曲率灵活且与地形景观等能够相互融合，平曲线半径应该尽量在10 000 m范围内尽量取大。通常情况下与自然条件能够大致适应的线形是较好的线形。

2.2 保持线形的连续性

线形的连续性是车辆安全与舒适行驶的保证。在长直线的大端不应该设计成小半径曲线，在几个大半径曲线路段中不应该夹带着小半径曲线，这样可有效减少线形的不连续性。通常驾驶员需要根据自己对路况的判断来掌握行车的速度，如果突然出现小半径曲线就很容易因为减速不及时而造成事故，因此，标准高的路段不应该没有过渡段而突然降低标准。通常情况下高速公路的转角应该在7°以上。如果转角太小，曲线的长度就会被看成比实际的要短，这样就会让驾驶员产生急弯的错觉。但在某些路段由于地形的限制，不得不采用小偏角时，必须将曲线半径加大，这样可增加曲线的长度，使驾驶员能够适应转变的感觉，避免其判断失误。

2.3 与纵断面设计结合

在平面线形设计初期，应该根据地形、地貌特征与纵断面线形设计相互结合，统筹分配，点面周到。也就是要综合考虑各方面的因素，比如行车安全、线形连续、视觉舒畅、线形美观等。

2.4 处理好直线与曲线的关系

直线与曲线是平面线形设计的两大要素，线形设计应该结合不同的地形、地物条件，将线形要素进行科学组合，对直线与曲线进行合理选择，既不强行拉长直线，也不能生硬设置不必要的曲线。既要考虑车辆行驶的安全性，也应该满足乘客及驾驶员视线上的美观需求。通常采取的线形设计是以经济为原则，两点之间尽量以直线路线为首先考虑思路，但前提条件是地形开阔无障碍物。直线形公路设置比较简单、方向明确且距离较短，车辆的受力情况也要比在曲线上行驶时简单。所以在不受地形地物约束的平坦开阔、长大桥、隧道等地段应该尽量设置成直线。这样不仅可以为驾驶员提供良好的通视条件，也有利于提高车速与通行能力。但直线如果过长的话容易引起驾驶员的视觉疲劳，而且容易让人产生不协调的感觉，所以长直线应该结合具体情况适当使用，其长度通常需要控制在计算车速的20倍之内。

3 纵断面线形设计

纵断面线形设计是由平直线、坡线与竖曲线组成的。纵断面线形设计是在公路平面线形选定的基础上进行的。纵坡设计应该与平面线形相结合，要既满足行车舒适性又要满足行车安全性。

3.1 与地形条件相适应

纵断面设计与平面线形设计一样都需要考虑地形条件的问题，都应该与地形条件相适应。尽量使纵断面线形圆滑而顺畅，具有视觉的连续性，避免存在高低突变、中断驼峰等现象。尤其要避免在较短的距离之内反复出现起伏较大或中间暗凹的纵断面线形。一些隐蔽的暗凹路段容易让人产生视觉中断、线形不连贯的感觉，很容易让司机产生无法预见前方路况的感觉，从而增加司机的心理负担。为了能够有效的与地形相适应，同时又减少工程量，除了在个别桥梁、隧道等构造物的限制下无法达到之外，应该将凹形竖曲线设置在填方路段，将凸形竖曲线设置在挖方地段，从而使路线、地形、环境保持一定的协调。

3.2 纵坡设置要合理

公路路线最大纵坡是公路线形设计控制的重要指标，这对公路路线的长短、行车安全以及使用成本等都会产生直接的影响。纵坡如果过陡过长，行车条件就会受到影响，所以纵坡设置应该根据公路的等级以及地形的特点，采取与之相适应的、柔和的、渐变的纵坡线形。考虑到我国交通量及汽车载重量的不断增加，对最大纵坡进行设计时，不能只单纯考虑汽车的爬坡性能，还要考虑纵坡载重汽车在快速行驶时的安全性。考虑到汽车的载重，应该尽量避免使用陡而长的纵坡。如果因为地形等客观条件限制，需要设置较大纵坡和较长坡段，而又有较多的小客车行驶时，就应该考虑设置爬坡车道，将爬坡车道与较缓坡道的设计方案进行比选，从中选择最佳方案。