山区低等级公路改建工程路线设计研究

2023-06-10刘国华

运输经理世界 2023年4期

刘国华

（甘肃卓通工程技术服务有限公司，甘肃兰州 730070）

0 引言

随着经济的不断发展，客货交通量迅速扩张，公路等交通运输设施的压力大幅度增加。相关调查显示，有些地区的低等级公路在交通体系中存在不适应现象，特别是在重载和大交通量等因素的影响下，公路病害现象严重，而这会对公路运行的稳定性、安全性及舒适性产生不利影响。因此，需要加大公路工程改建力度，尤其要及时对山区低等级公路进行改建，以更好地满足区域发展需求，保证交通运行的安全性。

1 山区低等级公路改建工程概述

公路改建的主要目的是提升旧公路等级及通行能力，确保通行安全，营造良好的运行环境，促进区域经济发展。由于需要改建的旧公路路线技术等级一般较低，这种情况下原公路的整体设计不可避免地会存在不合理现象[1]。因此，在改建工程的设计阶段，往往需要重新设计路线。当前，在低等级公路改建工程中，路线设计主要包括明确标准、交通量预测、平面设计、纵断面和横断面设计等内容。

通过分析山区低等级公路改建工程可知，此类工程的特点具体包括以下几点：

第一，工作总量大。山路工程的作业环境一般较为恶劣，且山区公路的大部分路段邻近山地，使得整个施工过程较为困难、工作总量更大，且一旦遭遇降水容易引发滑坡和落石等问题，甚至可能引发安全事故。改建时，大部分施工需要深入挖掘山体。在运输开发时，为保证交通顺畅，需要使用小体积运输车辆，单次运输少量土方，而这会导致施工速度受到影响。同时，有些部位的施工需要用到大型机械设备，而这些设备一般需要稳定立足点，但是山区道路工程的施工环境差，难以找到现成且实用的立足点，有时候需要修建立足点，这些工作都属于工程总量内容，在上述问题的影响下，会导致工作总量大、工程推进速度受到制约[2]。

第二，工期紧张。山区公路建设期间，有时会受到修建难度和资金方面的限制，导致部分山区公路的路面宽度较常规公路窄一些，有些山区甚至只有一条公路，需要在改建时尽量恢复工程标准规格，这会一定程度上加剧工期的紧张程度。

第三，施工难度大。一般城市道路改建时可以封堵某一路段，确保另几路交通正常，但是这种模式无法应用在山区低等级公路的改建过程中。由于本身道路较窄，若是采用该模式会导致交通不够顺畅，因此实际施工期间必须尽可能控制好作业范围，主要在保证基本交通的前提下预留作业面，这会导致作业面很窄，也会进一步增加施工难度[3]。另外，施工时还需要运输施工材料，运输期间必须合理调配车辆，特别是行驶路段和施工路段临近的情况下，若是驾驶人员操作不到位，不仅容易引发安全事故，还会影响后续施工。

2 山区低等级公路改建工程路线设计

2.1 明确标准

山区低等级公路改建设计时需要按照要求考虑好技术指标的连续性、均衡性等，具体设计标准如表1所示。

表1 公路改建路线设计指标

2.2 交通量预测

公路改建的交通量包括趋势增长、转移、诱增这三部分，由于山区低等级公路改建项目周边路网一般比较简单，因此采用定基预测法计算趋势增长交通量，也就是基于历年交通量数据预测历年交通量变化以及基年交通量。因为并无其他竞争性运输路线，因此转移交通量并未作考虑。至于诱增交通量，是基于区域经济发展预测数据结合相关模型对沿线区域未来年客、货运输生成量进行预测，之后对该线路交通量进行预测[4]。按照当前《公路工程技术标准》（JTG B01—2014）中的二级公路设计交通量，根据15 年运行年限进行预测，以可行性报告计划通车年为预测起算年，通过分析预算统计交通量[5]。

2.3 平面设计

设计山区低等级公路改建工程路线时，多采用平面线形设计技术，实际设计时需要遵循以下要求：第一，安全性要求，即在设计平面线形时技术人员负责梳理线形设计情况，并按照40km/h 行车速度进行设计，计算行驶时的平面线形最小数值；第二，优化组合要求，设计时技术人员需根据具体情况，对比不同类型线形组合，并结合区域调查数据，选择最优线形组合，使平面结构更具适用性[6]。

在山区低等级公路改建工程的路线设计方面，设计人员需要有效利用既有资源，如充分利用涵洞、桥梁等原路基结构。不过在应用原路基结构进行路线设计前，应综合勘查公路情况，如果基础结构性能比较好，则可以采取有效措施加固处理，以满足交通运行新需求。在实际设计时可以采用图形设计优化法进行设计，也就是统计原路基可用数据并在数据处理系统中输入相应数据形成处理模型，对比其中的关键部位，并对其标注，采用穿线交点法明确结构交叉点，并在其上设置曲线形成平面线形图，其间可对这一过程反复操作、论证，使最终的平面设计结果更精准、更适用[7]。该部分设计的关键在于尽可能地利用原路路基，将其作为新路路基组成部分，以有效缩短施工周期。由于旧路的使用时间较长，一般会存在线路半径曲线多或是平曲线长度短等现象，因此在进行平面线形设计时，需要根据具体问题采取针对性的解决措施，如根据现场实际作业情况，适度扩大曲线半径，进而将更多原路路基纳入其中，有效提升资源利用率。

平曲线会直接影响通行安全和视距，平面设计环节需要保证平曲线各要素符合相关规范的要求。平曲线设计要点在于圆曲线半径、缓和曲线长度、超高加宽和直线段长度等满足规范要求。改建工程既要确保平面线形符合规范，保证通行，同时需要按照环保要求，降低对自然环境的影响。此外，进行平面线形设计时，还需要以旧路等级作为一项设计参考的依据。若是改建道路属于沙土路，则该路的技术等级比较低，需要按照规范进行平面线形设计，重点在于提升旧路的技术等级；若是旧路有一定的技术等级，则需要在拓宽路面的同时调整原路线平面，例如四级公路平纵指标低，设计速度可以选用30km/h 标准，同时对部分路段进行限速，这样可以减少拆迁，并提升原公路的通行能力。

第一，直线。现行的公路建设技术规范明确规定了路段平曲线间直线长度，即同向和反向分别不低于6V 和2V，可为速度在40km/h 以内的公路设计提供参考。二级公路设计速度需要达到80km/h，这一等级的公路大多是省级干线道路，因此平曲线间直线长度需要满足要求，以确保通行安全。而驾驶人员一般需要根据沿线综合信息实时调整驾驶行为，具体判断信息包括线形、交通组织、标志、环境等，因此设计时要考虑好停车视距的要求，取约3.6s 左右行程距离作为同向平曲线间直线最小距离，取约1.2s 左右行程距离作为反向平曲线间直线最小，且实践证明，该设计足以满足较低等级公路的行车安全要求[8]。

第二，平曲线。平面设计中平曲线包括基本形、S形、卵形、凸形和复合形、C 形这几种，后三种形式比较特殊。涉及技术等级提升的公路改建工程路线设计可能会遇到以下问题：其一，平面线形。设计时，设计人员会比较担心偏离旧路中线太大，导致造价和交点增加，进而使公路平曲线指标较低；若是直接使用极限数值，会导致线形指标难以处于顺直状态，也无法达到预期目标。对此，需要注意优化横断面设计，根据平面设计纵横。基础形曲线要根据同比例进行缓和曲线和圆曲线的设计；S 形曲线半径比值最好处于1～1/3 区域内，另外设计时若是交点间距短，则要以卵形设计为主。其二，平曲线长度。若是行车速度快，曲线长度不够会导致驾驶困难。因此，平曲线长度设计方面，除应满足设置回旋线或超高、加宽过渡的需要外，还应保留一段圆曲线，以保证汽车行驶状态的平稳过渡。

2.4 纵断面设计

为了保证车辆行驶的安全性，在对山区低等级公路纵坡进行设计时，要保证纵坡具有高平顺性，并合理控制结构起伏度。由于山区低等级道路比较特殊，因此进行路线设计时需要根据地形变化，注意控制坡度变化，在路段中应适度安排缓冲区。若是需要设计极限纵坡数值，技术人员可以在结构部位设置缓冲区域，避免采用连续坡段对结构稳定性产生影响[9]。总之，应综合考虑多方面因素，明确纵坡设计方案。

第一，影响因素。纵坡会影响行车速度，因此在进行纵断面设计时可通过减少变坡点的方式，降低驾驶难度，创造良好的行车条件。此外，纵断面设计时需要考虑起终点标高、桥涵控制标高、旧路既有建筑标高、平交口内坡度、填挖平衡等，因此需要保证地面线数据的准确性，尤其是现有建筑实际标高。

第二，坡长。设计纵断面时需要根据现行规范明确不同等级坡度坡长，同时优化旧路纵断面。

第三，竖曲线半径。竖曲线具有降低冲击、满足纵向行车视距需求、提高排水性能和行车舒适性等作用，设计时需要控制好最小长度和半径，其中半径曲线起始位置到终点部位最好位于缓和曲线正中间，若是条件困难，则长度需要不低于规范数值[10]。

第四，平包竖。若是平纵线形组合适当，不仅可以起到良好的诱导作用，也能使纵坡更平顺。平包竖在设计时需要注意以下几个要点：其一，竖曲线与平曲线重合，平曲线长度不可低于竖曲线；其二，竖曲线与平曲线大小处于均衡状态，若是平曲线半径过大则竖曲线也需要适度扩大；其三，设计时要尽可能防止组合形式出现，即防止交点和变坡点重合，防止缓和曲线与半径小竖曲线重叠，长平曲线中需要尽量使用直坡线，若是竖曲线与平曲线半径较小，则需要防止二者重合并将其分开。

第五，设计方法。公路扩建设计时建议采用图形设计优化法，即统计原路基可用数据信息，并将之输入到数据处理系统，形成纵断面地面线，或是利用测绘软件形成应用模型，对于比较关键位置，可在设计过程中对其进行标注。可利用软件拉伸坡面结构纵坐标，为保证设计结果的合理性，需要综合利用纵坡和横坡设计在线面上设置曲线，使之再次形成纵断面地面线，反复操作可以提高结果的适用性。此外，需要注意，山区的地形结构比较特殊，在设计纵断面时要尽量减少山体开挖量，设计中可以尽量采用填充路段的方式。