公路路线线形拟合设计的思路研究

2021-06-12张辉何善晶

运输经理世界 2021年23期

张辉、何善晶

（江西省赣南公路勘察设计院，江西赣州341000）

0 引言

公路路线线形拟合设计作为公路工程设计中一项非常关键的设计内容，其设计方案是否科学直接影响到了线路的应用。因此，在该项工作的开展阶段，要意识到公路路线线形拟合设计的重要性，只有从实际出发做好设计方案的优化，才能够提高设计效果，达到公路项目的建设标准。

1 平面线形组合类型

公路路线线形拟合设计是重要的设计理念和方式，在设计环节，要综合分析平面线形组合、曲率变化、适用范围等要素，并充分掌握曲率变化的实际情况。如果能通过模拟软件分析和计算出拟合曲线曲率变化的参数值，并掌握实际的特征点及线形组合类型，就能有效解决公路平面线形拟合方面的实际问题。为了保证曲线拟合法能够被有效应用到实际的公路工程中，必须综合分析各项参数指标，从而更好地拟合各种具体方案，为公路路线线形设计提供基础，这也是保证公路运行效果的关键。

2 平面线形组合的设计原则

在改、扩建公路的设计环节中，必须分析公路建设与改建公路结构形式之间存在的关系。其设计的基本原则就是选线，必须要能够达到公路工程技术标准及路线设计规范要求，同时还要考虑到桥梁运行情况，灵活使用多种线形的形式，来满足经济、环保、科学、安全等方面的要求，从而对公路路线的正常使用起到积极的促进作用。针对公路改建，综合性考虑、分析工程的增加量、技术指标、地形地貌、地质条件、水文状况等方面的因素，掌握占地环境、安全性等方面的要素，从而保证设计方案更加科学、合理。公路中心线拟合设计环节，要保证其上跨主线分离式的立交桥净宽限制公路的中心线符合实际应用的标准，达到运行的标准要求。在平、纵线形设计环节，要考虑到结构物的特点和要求，不会对实际运行的产生任何影响。通过结构物的位置及高程拟合线路的方式达到一致，然后计算结构承载性能参数和标准，保证纵面、横面都符合要求，达到科学、合理。公路改、扩建的方案在实施过程中，要遵守国家标准与行业规范要求，通过各项参数的计算、分析，确保其达到协调性与稳定性的标准要求，满足实际运行需要。

同时，设计人员还要分析交通事故的发生率，及时总结、了解该线路的几何设计与沿线公路等缺陷问题，以确定最佳的路线改造施工方案，明确交通保障技术和标准，落实管理措施和要求，进行公路的自我检验与完善，全面提升现场的勘察能力和水平，满足使用标准。综合分析目前已经存在的路网条件，与当前已有公路有效结合，实现城市协调化一体化发展，构建符合我国需要的交通路网系统，为经济与社会发展起到积极的推动作用。

此外，还要考虑到公路施工现场的具体情况，做好现场风险分析和控制工作，使公路线形的运行完全达到规范标准。同时，还要和沿线景观保持协调，不能牺牲环境质量而建设公路项目。在初测与初设环节，要积极做好各项环境保护措施，不会因为公路建设而产生严重的环境破坏和污染的问题，而引发生态灾难，必须严格对待。对于目前公路建设施工过程中所存在的环境污染问题，应及时予以治理，充分保护生态环境质量，恢复已遭破坏的生态环境，实现生态平衡与发展。为了避免对环境、景观造成任何危害和影响，在设计阶段必须保护地形、地貌条件，防止大范围拆迁，如果可能因为工程建设对环境造成严重的破坏或负面影响，比如植被损坏、噪声污染、水土流失等，在设计方案中应明确具体的处理方法和应对措施，以消除对环境的干扰和影响，大幅提升生态环保水平[1]。

3 项目概况

某高速公路项目，在设计方案中明确了该项目运行的最高时速为120km/h，路基宽42m，其他结构尺寸及方案设计完全符合国家规定和要求。因为公路等级相差比较大，且在设计时技术标准比较少，监督管理也不严格，造成该项目施工效果比较差。所以在设计中，需要对该公路工程进行设计等级的统一设置，考虑到不同路段的具体情况，选择最佳的设计方案，才能符合公路交通的运行标准，为交通质量的改善和提升做出贡献。

3.1 路线平面拟合设计

3.1.1 旧路平面现状

选择该项目中一段长度为95.28km 的路段进行设计与施工，设计时速为120km/h，平面线形由直线、圆曲线、缓和曲线组成，并以曲线为主，平曲线占路线总长度的55.91%。

3.1.2 平面线形拟合原则

（1）结合自然下沉条件、地理环境确定符合现场要求的扩建施工方案。

（2）设计路线方案时，应该保证现场组织方案符合实际情况。

（3）分析、了解现场的结构特点，明确平面线形拟合具体的应用情况。

（4）方案设计时，要减少土地资源的使用量，尽量避免大规模拆迁。

（5）检测原路面结构的平、纵标准，确保其符合运行的要求。

（6）充分利用现有的公路工程项目。

（7）根据平、纵、横向设计方案对沿线结构物进行控制。

（8）不会对其他的基础设施和公路运行造成任何负面影响。此外，在线路方案设计环节，还应综合分析、了解现场的管道、线路以及电力设施等方面的情况，以保证不会对现场的各项设施带来任何影响，确保结构的运行效果符合实际要求。

3.1.3 平面线形拟合方案

根据改扩建线路的特性，考虑到该工程的具体状况，选择使用如何拟合的原则进行设计：以实际线位作为设计的依据和标准，拟合数据与实际测量数据之间的偏差必须控制在10cm 以内。桩号的使用应符合我国国家标准要求，通过机载激光雷达现场采集老路面4 点数据，然后根据需要在电子地图上进行拟合与计算，地图比例设定为1∶2000。为了保证拟合曲线和已有的线路匹配，避免存在过大误差，在拟合设计与数据分析环节，首先要利用雷达获取到路面车道边的位置，并通过这4 个点采用内插法的方式进行内边2点计算、分析，以实现中线拟合，最后进行最外侧2 点检查、验算。通过分析最终的结果数据发现，99.46%的观测点误差都符合误差的标准要求，说明该方案符合实际需求，具有可行性[2]。

3.2 路线纵面拟合设计

3.2.1 旧路纵面现状

纵面线形主要包含直坡段、圆形竖曲线，在线路内分布着108 个变坡点，其中坡长最短的部分达447.627m，纵坡最大为4.809，竖曲线占路线总长度的57.3%。现场测量之后确定，该线路内的路基为26m宽，其他路段部分的路基宽为28m。该路段内的纵向指标相对比较低，且该路段内的原路面结构已经基本改造完毕，所以这就对该项目的扩建提出了全新的要求，需要做好现场的事故调查以及老路面结构的运行分析，考虑路线指标及技术参数等方面的信息，可以在最大线路内采用原公路结构，在此基础上确定合适的路线设计方案，以达到运行标准要求[3]。

3.2.2 纵面线形拟合原则

（1）纵面结构应根据要求以及结构物的限制条件进行设置，并按照国家标准和规范要求进行检查、设计和使用，保证拟合线路满足运行需求。

（2）根据纵面设计的基本原则，结合结构特点进行分析，在纵面拟合中，在保证没有任何隐患的前提下，纵坡设计可以选择确定规范内的最低限值，避免开挖量过大的情况。

（3）加铺沥青层结构的厚度是纵面设计控制标高参数的关键，还要分析施工、测量、标高拟合误差等方面的情况。

（4）结合桥面改造方案的特性，达到桥面标高的要求，对于不设置加铺层结构的桥梁来说，应根据原桥面结构的拟合线路展开纵面设计，根据加铺层的结构形式确定纵面设计标高参数，保证其运行性能合格。

（5）综合分析现场对于排水性能的要求，调整局部纵坡过缓的路段，以提高排水效果。

3.2.3 纵面线形拟合方案

根据目前拟合路线的具体情况，在路面结构平面内每间隔20m 的长度，进行车道边缘4 点高程的数据确定，以横坡参数为基础进行原路面左右标高的计算和控制，然后明确纵面线形拟合方案。经过现场勘察、分析确定，原公路左右标高并不存在过大差别，所以并不需要对于原公路结构实施分幅纵面拟合处理，可以通过应用左右设计标高参数的方式实现纵面拟合处理。以激光雷达的检测数据为基础，展开验算分析，发现该公路的拟合相关性符合要求，和实际线路完全贴合。

3.3 路面横坡拟合

3.3.1 旧路横坡现状

根据老路横坡勘查的结论，在正常路拱及超高段横坡中，设计横坡参数值±0.3%的范围内占比在86%左右，所以应该结合具体的拱段及超高段横坡的设计要求，来实现平衡性设置。该公路工程中包含40 处超高渐变段，经过路面加宽施工后，只有4 处超高渐变段达到了标准要求，所以该超高渐变段范围内的路拱横坡为满足要求，要提升或者做降低处理，各个断面的参数值都是不同的，且参数的变化并不存在规律性，只通过沥青层实现横坡调平是难以达到要求的，施工过程也不方便。因此，在实际中，要把原公路结构和路床清理掉，再次进行路床结构的铺设施工，保证路床横坡调平后符合要求，再在表面统一铺设路面结构层，达到结构性能的标准。

3.3.2 旧路横坡拟合设计

在旧路面扩建项目中，平纵组合的方式还要保证横断面的尺寸合格。对于高速公路的立体线形进行评价分析，不但要看平、纵线形是否达到匹配要求，还要看其与周边的地形、环境是否相互适应。一方面，应该通过设计使得平、纵曲线和地形条件达到协调、均衡。另一方面，要确保高速公路的断面和地形条件是相互协调的。所以，在扩建方案的设计中，必须综合分析地形条件的特性，确保平、纵组合设计与横断面设计满足要求，同时还要考虑到两者间组合性的作用，从而保证路线设计满足要求，符合运行标准[4]。

目前，公路扩建主要采用的施工方式是通过整体拼接实现横断面拓宽，施工人员对于这种方式的应用经验比较丰富，技术水平也比较高。但是在横断面的设计环节中，并没有可以参考的规范标准，我国的改扩建技术指标通常是按照普通四车道公路形式进行设计的。然而，公路在经过改扩建施工后，环境产生了很大的变化，其方法和技术指标需要在某些条件下才能应用。超高渐变段也是重要的组成部分，在横断面设计中，最重要的指标就是超高渐变率，指的是旋转轴和行车道外侧边缘之间的比例参数，实际上也是行车道外侧边缘纵断面设计中，可以根据需要合理的调整坡度值参数。超高渐变率达到科学、合理，既不会对路面运行安全产生任何影响，又能保证路面线形达到平顺度的要求，美观性和运行质量也会得到保障。

在改、扩建项目中，设计速度也是重要的技术参数。地形条件允许的情况下，可以适当增大圆曲线半径与曲线长度参数。在公路改、扩建项目中，如果设计为长度较长的缓和曲线，那么容易出现超高渐变率较小的情况，易导致积水无法排出，尤其是纵坡较小的情况下，不但车辆行驶的安全性无法满足要求，同时也会造成边缘位置出现扭曲变形的问题。通过外业测量获取到的大量数据信息，可以用于建设路面三维模型，通过应用CARD/1 进行全线超高圆曲线设置，然后统计超高横坡参数。以行车速度进行现有路面原设计超高和横坡值验算分析，以确保该参数满足运行要求。以此次项目改扩建工程的要求为出发点，路线纵坡相对平缓，八车道的公路宽度较大，为保证雨水可以被及时排出，达到运行安全标准，在超高渐变段设计中，计算确定行车道宽度为16.25m，并未包含硬路肩宽度尺寸，只考虑了路缘带宽度，还要综合分析各项数据，以满足公路运行要求。