公路线形设计影响因素分析

2020-10-23王坤

工程建设与设计 2020年19期

王坤

（菏泽市公路规划设计院，山东菏泽 274000）

1 引言

公路作为一种线状构造物，线形在其中发挥着重要的作用，是公路的骨架，是各项线形技术指标的立体组合，线形设计的优劣不仅仅控制着工程的造价，还对公路在运营期的质量起着关键性的作用。因此，在进行公路线形设计时要结合车辆行驶的安全性与舒适性、工程的经济性以及线形的美观等方面来综合考虑。公路线形设计可分为2 个方面，即宏观设计和微观设计【1】。宏观设计是在前期做好路网的交通评测工作，并针对性地对公路的需求进行分析来进行公路的设计。微观设计则是对线形要素进行设计，是决定公路最终使用功能的关键步骤。

2 公路线形设计关键问题

2.1 平面线形设计

平面线形设计的作用是使公路与地形以及周边环境之间达到协调【2】。在平原等地势平坦区域，公路平面线形以直线为主；而在丘陵以及山区等地势起伏大的区域，则应选择曲线线形。在进行线形设计时，直线、曲线、回旋曲线的设计要因地制宜，不论是哪种等级的公路，在进行曲线设计时首先要考虑采用半径大的圆曲线，确保平曲线足够长。根据长期的实践证明，线路转角的大小与行车的舒适性有直接关系，而采用较长的平曲线可以避免在行车时产生急转弯的错觉。当线形采用直线时，路线的纵坡不宜过大，长直线路段的尽头与曲线相接时，曲线的设置要结合半径、超高以及视距等因素来进行考虑。

2.2 纵断面线形设计

进行纵断面线形设计时要与公路沿线的地形密切结合，将线形设计为连续的平顺曲线，避免线形出现较大的起伏。长距离的上坡或者下坡路段要避免，纵坡最大的路段应该设计在坡段的下部，越接近坡段的顶部，纵坡要越小。相邻两段坡段的纵坡代数差小的时候，要采用较大半径的竖曲线来进行过渡。在平原地区，路线的纵坡要平缓，在山区与丘陵地区应尽量控制纵坡，不宜过大。

2.3 线形综合设计

进行线形设计时，不应当只从技术角度出发，考虑长度、坡度以及曲线半径等技术参数，还要考虑到视觉心理等问题。当交通环境单调时，公路线形组合可适当复杂，避免长时间行车时面对简单枯燥的视景，导致驾驶员产生视觉疲劳；而交通环境复杂时则要采取单调的线形组合。设置车道线、交通标志以及绿化等也可解决路线沿途视景单调的问题。

公路线形的综合设计要以视距条件为出发点，在进行纵断面线形设计时，可以在适当的位置设计凹形竖曲线，不仅有助于解决线形单调呆板问题，还能带来行车视觉的改变，提高行车的舒适性，应当注意的是，要避免采用较短的凹形竖曲线。2 个凹形竖曲线之间不可以通过短直线来进行连接，这种连接过于直接，对行车的舒适性和安全性都不利，而采用复合曲线连接2 个凹形竖曲线则效果要好得多。

在进行平面线形设计时，要合理设置平曲线半径，与直线以及圆曲线之间相互配合，能够达到较好的路旁景观效果，若平曲线半径偏小、直线长度过短时，都会导致视觉曲折现象。同时还要结合纵断面线形设计来综合考虑，避免急转弯和陡坡出现在同一路段上。

3 公路线形设计影响因素

3.1 行车安全

作为公路线形设计的一项影响因素，行车安全与线形设计的各个指标之间有着直接的关联，如直线长度、圆曲线半径以及纵坡坡度等。

3.1.1 对直线长度的影响

直线路段的视距良好，方向明确，车辆行驶时受力状态简单，易于驾驶，但经过长期的研究以及实践表明，直线路段发生交通事故的概率并不低，尤其是连接同向曲线与反向曲线的直线段【3】。当直线段过短时，车辆出弯道之后马上又要进入下一个弯道，容易导致驾驶人员反应不及而发生事故。JTG D20—2017《公路路线设计规范》中规定，当设计速度大于或等于60km/h 时，连接同向圆曲线的直线最短长度要不小于6 倍的设计速度；连接反向圆曲线的直线最短长度不小于2 倍的设计速度。设计速度小于或等于40km/h 时，也可按照上述规定来执行。直线段的最大长度也与行车安全相关，在直线段行车会导致行车视觉单调、分散注意力、易疲劳；同时由于直线段的路况好，极易导致驾驶人员在行车过程中超速驾驶，导致车辆失控。研究表明，在高速公路上，直线段长度的增加会导致事故发生概率的增加。因此，在进行公路线形设计时，直线段的长度也不宜过长，通常的做法是将直线段的长度控制在3min 路程以下。如图1 所示，在地势平坦区域，通过设计一些曲线路段控制直线段的长度。

图1 平原地区公路线形

3.1.2 对圆曲线半径的影响

作为公路平面线形元素的重要组成，圆曲线可保持道路线形的连续性，使车辆转弯顺畅。圆曲线半径要根据汽车在弯道上的受力情况来进行计算，圆曲线半径过小会引起离心力过大从而导致车辆在弯道处发生侧滑甚至是翻车。因此，在进行公路线形设计时要根据设计速度、横坡超高来确定圆曲线的最小半径，如表1 所示。

表1 圆曲线最小半径

3.1.3 对纵坡坡度的影响

纵坡坡度是纵断面的重要控制指标，纵断面的坡度以及坡长对行车安全具有很大的影响。纵坡坡度大、坡长越长，在上坡段行驶的车辆将会面临速度衰减的问题，尤其是载重货车，会对其他行驶速度快的车辆造成干扰，存在安全隐患；而在下坡路段，车辆在自重的作用下速度变大并伴随着向下的惯性，为了控制车速就需要频繁刹车，可能会导致刹车失灵而威胁行车安全。而且，长距离的陡坡路段也会给驾驶人员带来心理上的压力，在一定程度上也会给行车安全带来影响。因此，在进行纵断面设计时要严格控制坡度与坡长，避免出现长大陡坡路段。

3.1.4 对竖曲线的影响

作为纵断面线形的必要组成部分，竖曲线的主要功能是对变坡点处的纵坡突变进行缓和。由于在绘图和计算方面容易实现，进行竖曲线设计时通常采用大半径的圆曲线。

竖曲线的控制指标为半径与弧长，其取值和驾驶感受、停车视距等相关，直接关乎着行车安全。竖曲线分为凸形竖曲线和凹形竖曲线2 种，对行车视距有着明显的控制。当竖曲线对变坡点的过渡效果比较差的时候，会造成纵断面起伏幅度大，对行车安全是一个很不利的因素。因此，在进行竖曲线设计时，行车安全是一个不容忽视的因素。

3.2 线形美学

线形美学也是公路线形设计的一个重要影响因素，涉及直线、平曲线、缓和曲线、纵坡以及竖曲线，目前在公路线形设计中线形美学越来越受到重视。线形美学就是要求在进行公路线形设计时做到与地形地貌以及周边的自然环境相适应，不仅仅要做到线形均匀、连续，还要避免单调。如果公路线形与地形地貌以及周边环境之间不协调，不仅仅影响线形的美观，还会对行车的安全性以及舒适性造成负面的影响。因此，在进行公路线形设计时在满足规范的基本要求的前提下，对线形进行优化，提高美感，对增加行车舒适性和安全性方面都是大有裨益的。

3.3 技术经济

在进行公路线形设计时，在技术以及经济方面的可行性也是一个重要的影响因素。首先，要确保线形设计在技术方面可行，能够满足规范的各项要求，并且通过施工来实现；其次，在保证技术可行的基础上，要追求经济上的节约，就是控制好工程造价，通过合理的选线，优化线形，控制好工程量，进而对工程造价进行控制，节约投资。如优化平面线形，避开建筑区，减小拆迁工程量；优化纵断面线形，避免高填深挖等。