山区公路路线平纵线形组合设计分析

王晶

（中国公路工程咨询集团有限公司路桥设计研究院分公司，湖北武汉 430023）

0 引言

由于山区独特的地形、环境气候等条件，导致山区公路平纵线形设计限制因素多，难度大。我国的山区公路设计还处于初步发展阶段，没有形成成熟的山区公路设计规范，平纵线的设计也主要是以交通运输部颁布的《公路路线设计规范》（JTG D20—2017）为依据，导致山区道路设计的问题日益突出。

1 工程概况

1.1 工程情况

以某高速公路为研究对象，路线穿越莲花山脉，沿线多为丘陵地貌、山前（河谷）平原地貌及丘间谷地地貌，局部为中低山地貌，高差起伏较大，桥隧比高，将产生大量的弃方。设计阶段应综合考虑平纵横和取弃土场设计，同时注意对取弃土场的水土保持及生态恢复利用；施工阶段将结合分标及施工组织情况合理调配土石方，统一协调，尽量利用挖余方及隧道弃渣。

B27 线方案隧道内布设+0.5%、-2%人字坡，纵面抬高后，B27 隧道出口段落利用地形向左侧山体偏移、减小桥梁工程规模。路线里程及技术指标：B27线里程较B5 线增加14m，两者里程基本相当。如下图1 为梅子坪隧道人字坡B27 线。

图1 梅子坪隧道人字坡B27 线

连续纵坡：B5 线连续下坡2.37%/6.985km，B27 线设置人字坡后，连续下坡分为2 段，分别为：2.52%/2.88km、2.25%/4.798km。

1.2 设计需求

道路线形是公路的基本骨架，对于道路施工具有直接的影响。山区道路路线设计要考虑驾驶员的视觉以及心理方面的要求，尽量选择平曲线和竖曲线对应的设计组合，避免因为平纵设计不合理形成安全隐患，确保驾驶员预留足够的时间和空间了解前方路况，以便作出正确的判断。

2 山区公路路线设计影响因素

2.1 地理环境复杂

研究的山区公路，地理环境复杂，起伏较大，坡面较高，受到暴雨以及洪涝灾害的影响时容易引发地质灾害。如下图2 为复杂地质构造示例。拟建路线沿线穿越山脉主要为莲花山山脉的北东段，部分地段地势险峻，山高坡陡，地形起伏大，海拔高度在700m 以内，相对高差多在200～500m 之间，山体坡度多在20～35之间，局部陡壁坡度大于45。主要分布于路线区K59+670～K65+800 及K69+550～K75+000 段，为隧道通过段。

图2 复杂地质构造示例

2.2 山区公路设计要求高

山区环境复杂，地质陡峭。在设计过程中，可以利用的走廊和小道少，为山区道路设计带来更大的挑战。山区设计应该以山区地形和不同位置为基础，以线形的道路设计规范为依据，综合考虑山区情况，确定好路基宽度，以实现车辆安全通行和错车的要求。

2.3 山区环境保护的需要

自然环境保护是当前道路建设的基本需求。山区具有多样的自然生态资源以及原生态环境。因此，在山区道路路线设计中，需要综合考虑自然环境因素的影响，选择合理的方案，减少对自然环境的破坏。

为避让调整自然保护地，拟划定生态红线，将本路段作为初测重点路段进行研究，结合该段控制因素研究多个方案进行比选，最终拟定了避让生态红线的B19 线方案以及K 线方案进行比选。从结果来看，B19 线如图3 所示，因隧道内存在小偏角曲线安全性较差；改建国道G206 长350m，G206 刚通车尚未进行交工验收，梅州市公路事务中心考虑刚通车便改建社会影响差，强烈反对改建；改建G206 段需设置700m长抗滑桩；经比选后在初测初勘技术研讨会上确定采用K 线方案舍弃B19 线方案。

图3 绕避方案B19 线

3 山区公路路线平纵线组合设计

3.1 设计指标

山区公路是一条带状的三维空间体，路线是公路的骨架结构，主要由平面、纵断面和横断面构成。从山区公路建设来看，平纵线组合设计决定了公路的建设和投资规模，影响公路的通行能力、行车安全以及运营安全。具体的设计指标如下。

第一，平面线形设计指标。平面线形设计指标包括直线、圆曲线和曲线三要素。其中，直线是最为常见的设计线形。这种线形距离短、道路方向明确、施工方便，但距离过长的直线容易引发驾驶员视觉上的疲劳，诱发交通事故，且直线线形与起伏较大的地区协调性差，并不完全适合山区公路建设。圆曲线通常设置于路线方向的转折位置，可以适应山区地形，起到改变路线方向的作用，可以在保护自然景观的同时节省工程造价。缓和曲线是设置在直线和圆曲线之间不同半径的曲线结构，缓和曲线能够让线形平顺，诱导道路行驶轨道，从而让驾驶员和游客具有更加舒适的道路体验。

第二，纵断面设计指标。纵断面是道路中线竖直剖切后，沿着路线方向展开的线性结构，山区公路的纵断面通常具有空间起伏，能够反映公路起伏变化。直线是纵断面的重要设计指标，其中直线的坡度和坡长是两个关键的指标，为了满足行车安全，需要合理设置坡度和坡长，保证最小纵坡值≥0.3%。竖曲线是两个直线坡段转折点位置设置的线性结构，根据《公路工程技术标准》（JTG B01—2017），竖曲线的最小半径值为极限最小半径值的1.5～2.0 倍，长度≥3s 的设计行程。

3.2 设计要点

山区公路起伏较大，沿线较长，而且地形环境复杂，因此平面线形中曲线占比较大。为了使平纵线形组合更加合理，可以从以下方面开展设计。

第一，综合考虑各种因素。山区公路路线平纵线形组合需要结合山区地形、地物等因素进行考虑，以当前公路设计规范为依据，选取合理的平纵线形指标，从而设计出平顺、连续的平纵线。

第二，平面线形设计要点。该项目采用高速公路标准建设，设计速度100km/h，双向四车道，路基宽度26.5m，其余技术指标采用规定值。该工程的主要技术指标如表1 所示，平曲线一般最小半径采用1030m，最小竖曲线半径凸形采用16000m，最小竖曲线半径凹形采用10000m。

表1 主要技术指标表

第三，纵断面线形设计要点。根据《公路路线设计规范》（JTG D20—2017），对纵断面进行设计前需要对纵断面纵坡值、竖曲线半径以及长度进行合理设计。在该工程中，选择较小的纵坡坡度值，在地形条件较好的区域，延长长度以降低坡度，可用于比较长的打隧道设计。竖曲线尽量选择较高的技术指标，具体的参数如表2 所示。

表2 纵断面设计参数

3.3 平纵线形组合设计方法

平面设计和纵断面决定着道路空间位置，当平曲线和竖曲线组合设计时，就构成了平纵线组合设计，其设计方法如下。

第一，选取组合路段。在设计中要将平曲线和总曲线对应，并确保竖曲线在平曲线的缓和曲线路段中。平曲线线形是组合设计的基本型，需要确保平曲线长度≥200m。第二，确定变坡点。为了确保路线合理安全先行，需要根据设计需求设置相应的变坡点。其位置最好对应圆曲线的中心位置，并且相邻的两个变坡点距离应该在200m 以上。第三，确定变坡点高程与调整。在确定变坡点位置后，需要初步确定变坡点高程，选择切线控制的方法，确定竖曲线半径，并且设置竖曲线。在设计过程中，平曲线和竖曲线不能交叉，且竖曲线半径和平曲线半径应该成比例。如果受到构筑物的影响，需要在满足组合设计需求的前提下，对变坡点进行小幅度调整。第四，组合设计注意事项。需要避免拐点重合，以免造成曲线扭曲，影响路段连续性。当山区公路设计车速在40km/h 以上时，平曲线设计应该注意驾驶员的视线，确保驾驶员能够提早发现平曲线情况，以便提前做出判断。

4 山区公路平纵线组合设计评价

选择车载GPS 测速仪，对研究的山区公路进行测速研究。车载GPS 经过平纵线组合设计路段，采用自动、连续记录实测的方式，测试汽车行驶速度。在试验路段确定连续测点位置，分别选择大型车和小型车进行GPS 测速。利用连续测速的方法，可以反映道路线形条件。由于山区公路建设周期较长，后期如果改建费时费力，因此选择连续测速，在设计阶段就对道路平纵线组合进行评价，为后续的施工提供指导。当前的道路设计都是以速度为设计依据，选择最小计数指标值进行设计，保障设计安全性。山区公路平纵线组合路段是事故高发地段，选择连续测试的方法，能够对组合设计的指标选取提供参考，可以确保组合路段安全行驶。

5 结语

综上所述，由于受到各种因素的制约和影响，山区公路平纵线组合的设计难度较大。如果平纵线组合设计中某个环节出现问题，可能会对路线设计质量产生不良影响，最终危及行车安全。在设计、修建的过程中要体现以人为本、修路为民的理念，加强与建设单位、地方交通部门、沿线百姓之间的沟通，重视环境保护、水土保持，做好相关设计与处理工作。此外，还要在相关规范的指导下进行道路设计，结合山区公路的具体情况，综合考虑各种因素，保障设计质量，确保山区道路行车的安全。