山区公路项目路线平纵线形组合设计

李南南

（新疆交通科学研究院有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830099）

0 引言

我国作为山岭重丘较多的国家，随着公路交通的不断完善，山区公路也迎来了高速发展的建设期。而山区具有地形、环境及水文地质条件复杂多变的特点，设计施工难度较大。在公路平纵线形组合设计时，要结合山区实际情况，综合考虑多种影响因素，以保障安全为基础，遵循合理性原则，选择最佳的线形数据，提高山区公路平纵线形的协调性，尽量减少生态破坏，确保交通运输质量及安全。

1 平纵线形组合概述

1.1 平纵线形组合概念

平纵线形组合指在满足车辆运动学和力学要求的基础上，研究如何达到视觉及心理上的连续性、舒适性以及和周围环境的协调性要求，并具有较好的排水条件，以保证行车的舒适性、安全性和经济性。

1.2 平纵线形组合形式、特征及优缺点

公路平纵线形组合形式共包括六种，即恒等坡度直线、下凹直线、凸起直线、恒等坡度平曲线、下凹平曲线、凸起平曲线。其具体特征、优缺点及注意事项如表1 所示。

表1 平纵线形组合的特征、优缺点及注意事项

公路平纵线形组合形式的立体线形要素如图1所示。

图1 各种直线和曲线组合的立体线形要素

2 山区公路平纵线形组合设计原则及影响因素

2.1 山区公路平纵线形组合设计原则

2.1.1 关于沿河（溪）平纵线形组合的设计原则

在山区建设公路，路线沿河流及溪流的情况很难避免，因而在设计过程中需高度重视河道、线路高程与跨河换岸位置之间的关系，通过合理地选择地形，避开部分不利地形，避免施工期间遭受泥石流、山体滑坡、崩塌及冻土的影响，减少外界对施工的干扰、阻力，同时最大程度降低山区公路开通运营后的安全隐患，确保山区公路投入运营后的安全性，保障人民生命财产安全。例如，在跨河换岸地段的设计时，一般倾向于选择较平坦的河岸，并且同步考虑地质情况，保证岩层与设计路线相背，避免开挖时遇到滑坡。

2.1.2 关于山岭区平纵线形组合的设计原则

一般在山岭区，山垭口到山坡脚的高差比较大，二者之间的直线距离比较短，当遇到这种地形时，平纵线形组合设计就需要根据地形情况，合理利用突出山梁的螺旋线升降坡，并利用桥隧等建（构）筑物辅助修筑山区公路。

2.1.3 关于越岭线垭口平纵线形组合的设计原则

当山区公路位于越岭线垭口区域时，此时平纵线形组合设计的关键就是对垭口、过岭高程以及垭口两侧路线展线之间关系的处理。这里面，垭口的选择尤为关键，要充分考虑水文地质情况来评定。通常，要结合以下几点来对垭口的确定进行评定：一是垭口和线路方向需尽量保持一致，其标高和两侧对路线的发展有利；二是若垭口正好位于公路线路方向上，但与山脚距离短、高差大，应选择条件好但是与线路方向更远的垭口；三是当垭口高程相差较大时，应考虑其两侧有相对开阔的山坡和山谷，并向路线发展，借助隧道降低高程。因此，要考虑多重因素来做好越岭线垭口的选线，做到公路路线尽量短，并实现山区公路经济效益最大化。

2.2 山区公路平纵线形组合设计影响因素

2.2.1 复杂的地理环境

山区公路平纵线形组合设计一般受以下因素影响：一是复杂的地理环境。与平原地区相比，山区的地形和地质在结构和组成上都很复杂。此外，山区地形条件多变，特别是在一些极端天气环境下，会出现泥石流、滑坡或地面局部塌陷等险情。二是受山区复杂地理环境的影响，山区气候也处于不稳定状态。洪涝、暴雨等自然灾害发生频率较高，这些因素也会对山区公路的平纵线形组合设计产生不利影响。三是山区沟壑交错常见，不得不采用高填深挖的施工方式，增加人力、物力的消耗。

2.2.2 环境保护的需要

山区原有生态环境比较完整，具有多种自然植物和生物形态，自然环境优美，但在一定程度上增加了山区公路修筑的困难，主要体现在线路的确定上。线路选择不应和自然环境相冲突，应避免破坏山区的植物和原生态环境，确保路线设计与生态环境保护的协调统一。同时，在选址时还应考虑施工对环境造成的污染问题，避免公路后期的施工对当地环境的污染。

2.2.3 山区可利用资源稀缺

山区地形条件具有复杂、多变、陡峭等特点，可利用的地形廊道、林道不多。山区的地形条件也对路线的走向起决定性作用，因此山区可利用的通道不多，要设计出比较理想的路线非常困难。另外，应充分利用现有通道进行线路设计，并对设计标准进行充分考虑，结合地形条件，全面提升山区公路的使用功能。

2.2.4 山区公路线路的技术参数

对山区公路线形设计时，应综合考虑公路等级和技术指标，遵循山区地形区位条件，相应提高道路容错率，在宽度有限的条件下尽可能满足通行需求。在保证路面结构层稳定的情况下，最大限度地提高交通荷载。

3 山区公路平纵线形组合设计

3.1 山区公路平纵线形组合设计要点

山区公路设计路线一般较长，且多在山丘、溪流等地形环境中分布，这使得曲线在山区公路设计中所占比例较大。甚至，全曲线在很多山区公路设计中也有采用，这对行车安全有直接影响。因此，这就要求在山区道路设计过程中，要注意平纵线形的组合设计。在设计过程中，设计人员应将工程的安全性作为重点考虑因素，确保设计出较为科学、高效、合理的平纵线形组合。在工程实践中需要做到以下几点：

3.1.1 对山区公路进行平纵线形组合设计时，须综合考虑相关因素，并根据山区的地形和自然环境等条件，选择适宜的平纵线形参数，确保设计的平纵线形应连续、平顺，使司机能保持视觉连续性，提高行车的安全性。

3.1.2 当平、竖曲线半径均较小时，要严格控制它们之间的对应程度，当它们的半径同时增大时，对应程度可适当放宽，若它们的半径较大时，彼此对应程度可不必太严格，并应使平竖曲线尽可能保持一定的平衡。根据以往经验，平曲线半径若比1000m 小，则它的半径与竖曲线的设计比宜介于1∶20～1∶10 之间。当平曲线的半径为1000～2000m 时，平、竖曲线半径之比宜设计介于1∶50～1∶25 之间。在设计实践中，一般圆曲线按照最小半径值来进行设计，如表2所示。平曲线、竖曲线长度根据实际情况进行选择，但是不得小于最小长度，具体如表3、表4 所示。

表2 圆曲线半径值

表3 平曲线最小长度

表4 竖曲线最小长度

3.1.3 缓和曲线和竖曲线应尽量避免对应重合，特别是S 形曲线和凹形曲线的底部不能相重合。

3.1.4 应避免小半径圆曲线和凸形竖曲线的顶部相重合，确保路线平顺，没有急转弯路段，不然将导致司机视野受限，缺少足够的反应时间。

3.1.5 山区公路平面在设计时，曲线形式应尽可能不采用S 形及断背，因为这些曲线会使道路在视觉上形成一定的扭曲、失真，导致路线线形的连续性不符合要求，容易使司机产生错觉，甚至引发交通安全事故。

3.2 山区公路平纵线形组合中平包竖的设计方法

目前，我国山区公路路线多是依照平包竖进行设计的，我国公路设计规范中也明确指出了几种可行的案例，并列出了哪种形式效果最好。但在实际设计过程中，却没有相应的操作方法规定。因此，结合以往工程经验，及我国现行的规范标准，其主要设计内容含以下几个方面。

3.2.1 在设计中，首先对变坡点进行确定。为使线形组合设计更加安全、合理，可根据平曲线和直线段具体长度设置一个或多个变坡点。如果线段的总长度较短，可设置一个变坡点在中心点附近。

3.2.2 一旦确定了变坡点的位置，应确定其相应高程，并通过切线控制的方法确定竖曲线的半径，然后再确定竖曲线，这时应注意竖曲线与平曲线二者的半径成一定的比例，且平曲线不能出现任何交错布置。

3.2.3 当线形组合设计受结构限制而需要改变设计纵断面时，变坡点应在原位置附近进行小范围调整，以保证其满足线形组合设计的要求。

3.3 山区公路平纵线形组合设计的注意事项

为确保山区公路平纵线形组合设计更加安全、高效，在设计时，应注意以下几点：

第一，在设计时应尽力避免拐点之间的任何重叠，特别是应该将凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部和反向平曲线的拐点分离，避免两条曲线存在扭曲现象。第二，山区公路如果设计速度大于40km/h，应让驾驶员在靠近顶部时能发现平曲线，以此降低交通事故的概率。

4 结语

山区公路作为我国公路交通网络中的重要组成部分，发挥着非常关键的作用。而由于山区公路的特殊性，其平纵线形组合设计比较复杂、系统，对公路运营的安全性影响重大，一旦平纵线形设计不合理，就极易造成交通安全事故。为此，在实践中，设计人员要综合研究、考虑，确保设计的合理性。本文以确保设计方案的合理性为出发点，通过阐述山区公路平纵线形设计的原则及其影响因素，并对其设计要点、设计方法及注意事项进行了探讨，对山区公路的平纵线形组合设计工作具有重要的指导、借鉴意义。