公路路线设计若干问题探讨

【摘要】公路路线线形是公路的骨架，路线设计的好坏直接影响着整个公路路基、桥涵、交叉、沿线设施等构造物的规模和投资，同时，对汽车行驶的安全舒适、经济和车辆的通行能力起着决定性的作用，良好的路线设计是公路交通安全的基本保障。本文根据在工作实践和理论学习中遇到的问题及体会和大家共同探讨提高。

【关键词】公路；路线设计；若干问题；探讨

1.缓和曲线长度采用问题

直线、圆曲线、缓和曲线是公路平面线形的主要组成要素，当汽车行驶在公路上时，从直线进入圆曲线，驾驶员应逐渐改变前轮的转向角，使其适应相应半径的圆曲线，前轮的逐渐转向是在进入圆曲线前的某一路段内完成的。在直线上半径无穷大，圆曲线半径为R，从直线过渡到圆曲线，汽车的行驶曲率是不断变化的，这一变化路段即为缓和曲线段。

目前我们在公路线形设计中，一些设计人员对缓和曲线的采用存在着几种不同的情况：有的只采用《公路路线设计规范》规定的的最小缓和曲线长度，有的考虑视觉需要而采用R/9的缓曲长度；还有个别不考虑地形、地物的实际情况，采用过长的缓和曲线，因而增大了工程规模，提高了造价。本人结合设计规范和工作实践，认为决定缓和曲线长度的因素主要有四个，即：

（1）考虑离心加速度的变化率所需的长度。离心加速度从直线上的零增加到进入圆曲线时的最大值，离心加速度变化率应限制在使汽车驾驶员和乘客都感到舒适的范围内，离心加速度变化率一般为P=0.5～0.6（m/s3），缓和曲线长度Lh=0.036V3/R（m），速度单位V（Km/h）。缓和曲线长度与行车速度成正比，与平曲线半径成反比，即平线半径越小，缓和曲线愈长。

（2）考虑驾驶员操作方向盘所需的反应时间。一般驾驶员操作汽车方向盘所需要的时间，世界多数国家按行车速度行程式的3～5秒距离考虑，我国《公路路线设计规范》按计算行车速度3秒行程距离确定缓和曲线最小长度，Lh=vt=0.83V（m）。这个长度与行车速度成正比，速度越大，缓和曲线愈长，相对来说也是与平曲线半径成正比，因速度越高，平曲线半径也愈大。

（3）考虑超高所需缓和段过渡的需要。《公路工程技术标准》指出，公路设计路线设计有时以行车边缘线为旋转轴，或者车道数较多、路面较宽，则可能超高所需缓和段长段大于曲率变化的缓和段长度。

（4）考虑视觉和线形景观所需的长度。回旋曲线的基本公式为RLh=A2（A为回旋参数），也是曲线半径R越大，回旋曲线Lh越短，即长度与平曲线半径成反比。但是，为了满足视觉和景观的需要而导入R/3≤A≤R的条件式，即回旋曲线的参数必须大于R/3和小于R时才能满足视觉和景观的要求，这时回旋曲线的长度Lh=R/9～R，这时线形舒顺协调，也就是说平曲线半径越大，回旋线愈长，其长度与平曲线半径成正比。

回旋曲线能能适应各种地形、地物条件，对圆曲线或直线都不能适应的地形、地物情况下，选取适当的回旋曲线，能较好的满足约束条件，使线形较好的满足各方面的限制条件。在具体设计中，如何正确合理的采用缓和曲线长度呢？个人认为《公路工程技术标准》规定的缓和曲线最小长度和超高缓和率所需的缓和曲线长度，在任何情况下都必须满足。如视觉诱导需要，而又不过分增加工程，可采用按视觉条件要求的缓和曲线长度，一般根据计算比较取最大值（一般取5m的整倍数）。地形、地物特殊需要时，可根据实际情况采用较长的缓和曲线。缓和曲线长度除满足要求的最小值外，考虑线形组合要求，圆曲线长度Ly与级和曲线长度Lh之间的大小最好满足Lh：Ly：Lh=1：1：1：1或1：2：1为宜，以保证线形组合的协调、均衡。

2.小转角问题

公路平面线形中转角在7°以下时，曲线长度就显得比实际短，驾驶员容易产生急转弯的错觉而急忙转向，造成行车事故。转角越小愈显著。在高等级公路平面线形设计中，应尽量避免采用小转角。无论是纸上定线或是实地定线，采用小转角是较简单的布线方法，有些选线人员常以设置小转角来解决定线中遇到的困难，而要取消一个小转角常常要费很大功夫，要反复移动前后的路线，有时还要增加一些工程。对于设计速度低的公路，小转有对行车安全影响不太大，在工程艰路段个别小转角是可以的。但对设计速度高的公路设置小转角一定要慎重，同时保证圆曲线的最小长度。

3.分离式隧道处的平面布线问题

高等级公路的路面较宽，隧道的净宽也相应较宽。在高等级公路上的隧道多为分离式的，即在上、下行两个方向上各建一座隧道，但在分离式隧道两端的路基又多为整体式的，即上、下行双向都在一个平面上。分离式隧道相邻间的净距，与围岩地质条件、断面形状和尺寸、施工方法等因素而不同。如Ⅲ级围岩，相邻隧道间的最小净距为2×B（B为隧道开挖断面的宽度），双向四车道的隧道，间距一般在30～50m之间。

如何将整体式路基的中线分为分离式路基的两条中线，一般有两种作法，一种是采用设置四个小转角的简单办法，即在隧道分离前设置两个小转角，将中线分开，过隧道后又设置两个小转角，将中线合拢。这种方法虽然方便易行，但明显地降低了平面线形的标准，对行车安全十分不利，已在前小转角问题内阐述。第二种作法是适当扭动隧道轴线，延长或后退隧道两端的转角点，并在隧道两端的转角点外采用不同或相同的平曲线半径，在曲线上将中线分开，这种方法虽在定线这程中有一定的难度，但保证了平面线形的技术标准。在宽度不同的中央分隔带路或山岭区分离式路基地段，分开中线也多采用此种方法。

4.公路纵断面纵坡控制问题

（1）山岭重丘区的纵断面设计。在山岭重丘区修建高等级公路多受地形高差的控制，必须升坡（或降坡）以克服地形高差，才能使公路通到目的地，如采用纵坡过缓将延长展线距离，增长运输里程，加大工程和修建费用，如设计纵坡过大、过长，将影响汽车的行驶速度和通过能力，达不到修建高等级公路的缓流效益。我国现行技术标准，最大纵坡坡见下表：

载重汽车在水平路段上与小客车的平均速度相差不大，但在上坡道路段，载重汽车随着纵坡的加大和纵坡长度的增长，行驶速度将明显地降低。设计速度为120Km/h时，最大纵坡不大于3%，设计速度为100 Km/h时，最大纵坡不大于3%，如每吨为7.35KW的载重汽车在3%的上坡道路段，纵坡长度为800m时，行驶速度能达到60Km/h，若纵坡长度增长为1000m时，则行驶速度只能达到39km/h，纵坡长度虽只增加了200m，但行驶速度却降低了35%，所以我国规定设计速度为120Km/h的高速公路，3%的纵坡限制长度是900m。又如载重汽车在5%的上坡路段，纵坡长度为780m时，行驶速度只能达到38Km/h，即时设计速度为60Km/h的一级汽车专用公路，也不符合载重汽车容许最低速度40Km/h要求；解决这种情况的办法，一般是减小纵坡，如不可能减小纵坡则缩短坡长，如纵坡和坡长都不能改变，则只有考虑采用增设爬坡车道的办法，将慢速车辆分离出去，保证主车道的正常行驶速度和通过能力。

我国的公路交通量目前以载重汽车为主，因此，为了不影响通过能力，减少安全事故，应慎重采用过陡、过长的纵坡，如漳龙高速公路，有一段长约14Km的长连续下坡段，起点在龙岩境内的适中镇，终点在漳州南靖和溪镇，高差486米，平均纵坡3.47%，最大纵坡5.8%接近允许的极限纵坡限6%，该段道路自2002年1月开通以来，发生过多起特重大交通事故，被过路司机称为“磨鬼路段”。但在山岭重丘区，如采用过缓的纵坡，一般须提前展线或采用长隧道的方案，如采用陡坡和长坡，虽可采用短隧道的方案，但需设置爬坡车道。因此，对山岭重丘区高等级公路的纵面线形设计，一般应进行多方案的比较，对于连续上坡路段的纵坡设计，除上坡方向应符合平均纵坡、不同纵坡最大纵坡长规定的技术指标外，还应考虑下坡方向盘行驶安全，要采用运行速度对连续上坡方向的通行能力与下坡方向的行车安全进行检验；同时，从修建费用和营运费用、技术指标等进行同等深度的比较论证后，才能提出经济合理的采用方案，龙其在方案设计和初步设计阶段，更应重视方案比选工作。

（2）平原微丘区高等级公路的纵面设计。在平原微丘区设计高等级公路的纵坡，必须“精打细算”，平原微丘区的高等级公路多为填方，而填方又多要借土，借土又常要占用耕地，另外，平原微丘区的纵断面与丘陵区的纵断面不同，丘陵区的纵断有填有挖，纵坡设计线位上下一下，对工程影响不大，多挖了可减少填方，多填了可减少挖方。而在平原微丘区，路基宽30m的公路，如纵坡设计线高0.1m，一公里增加的填方量约为2000～3000m3，填方借土数量增多，相应地也将增加占用耕地的数量。

平原微丘区的地质一般多为软土地带，如纵坡设计不当，有时还将增加桥梁的长度，所以，在平原微丘区设计纵坡前，应将桥、涵、通道、立交、路基设计水位、通处下挖深度等标高都标注在纵断面图上，作为纵坡设计的“控制点”，然后才开始纵坡设计，一般应反复试坡多次，使纵断面达到最佳线位，这样设计的纵坡方案可达到经济、合理的要求。

（3）小于0.3%纵坡的设计问题。为保证挖路段、设置边沟的填方路段和横向排水不畅路段的排水，为防止积水渗入路基而影响其稳定性，应采用不小于0.3%的纵坡。当纵坡小于0.3%，将造成路面排水不良，雨天行车溅水成雾，影响行车安全。同时，在路面上积水到一定厚度后，高速行车时，在车轮与路面间产生“水膜”现象，使轮胎与路面间的摩阻力大大降低，汽车移到紧急情况需急刹车，往往刹不住，甚至刹车过急，引起车辆“飘移、甩尾、侧翻“等，常酿成严重交通事故，所以，一般要求公路的纵坡要大于0.3%，但必须设计小于0.3%的纵坡时，应将路面的横坡调大，同时边沟应作单独的纵向排水设计，防止路面积水。

5.公路平纵面线形组合问题

为保证汽车行驶的安全与舒适，应把道平、纵、横三面结合作为立体线形来分析研究。平面与纵面线形的协调组合将能在视觉上自然地诱导司机的视线，并保持视觉的连续性。保持竖曲线半径和平曲线半径大小的的均衡是线形设计的重要环节，即平曲线半径大时，竖曲线半径也要相应的大，均衡对视觉可获得美学上的满足，当平面和纵面都对司机吸引力一样时，司机的注意力就集中，汽车驾驶员和乘客对线形就会产生一种心旷神怡的感受。平曲线和竖曲线达到均衡以后，不但线形顺滑优美，而且视觉良好，行车安全舒适。平、纵曲线均衡，主要应做到以下几点：

（1）平曲线与竖曲线对应、平曲线应包竖曲线（即平包竖）能获得行驶安全及平顺优美的线形，根据透视图的分析研究，得出如下结论：平竖曲线顶点重合，为理想及满意情况；平竖曲线顶点错开1/4，为较满意情况；平竖曲线顶点错开1/2，为很差情况。配合得好的线形是竖曲线起迄点最好分别放在两个缓和曲线中间，其中任一点都不要放在缓和曲线以外的直线上，也不要放在圆弧段之内。若做不到竖曲线与平曲线较好的配合，且两者半径都小于某限度时，宁可把平竖曲线错开相当距离，使平曲线位于直线坡段上或竖曲线位于直线上。

（2）平竖曲线半径大小要均衡。研究认为：当平曲线半径在1000m以下时，竖曲线半径宜为平曲线半径的15～20倍，此时可获得视觉与工程费用经济的平衡，平纵半径的均衡指标可参考下表所列：

（3）道路线形设计时，要避免线形的突变，并以顺适的线形连接与配合。平纵面线形的组合应避免下列情况：

①凸线竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部，不得插入小半径平曲线。②凸线竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部，不得与反向曲线的拐点重合。③直线上的纵面线形不应反复凹凸，避免出现使司机视觉中断的线形，如驼峰、暗凹、跳跃等。④长直线或长陡坡的顶端避免小半径的曲线。⑤相邻坡段的纵坡，以及相邻曲线的半径不宜相差悬殊。⑥道路各几何部分的尺寸应圆滑渐变。

（4）要选择合宜的合成坡度。山区纵坡大的路段插入小半径曲线，合成坡度过磊，对行车安全不利，车辆易出事故。平原区，纵坡很小，平曲线变坡点附近的合成坡度过小，排水不利，妨碍高速行车，故一般不应小于0.5%，考虑行车安全，在冬季路面有积雪、结冰的地区，和自然横坡较陡峻的傍山路段，合成纵坡必须小于8%。

6.结论

文章从平面线线的缓和曲线的采用和小转角、分离式隧道、分离式路基平面布线方法、公路纵断面设计、公路路线平纵组合等方面设计时应注意的一些问题进行了研究和探讨，在实际应用中取得了较好的效果，可为公路路线设计提供一些参考。

参考文献

[1]中华人民共和国交通部.公路路线设计规范[M].北京：人民交通出版社，2006.

[2]中华人民共和国交通部/公路工程技术标准[M]..北京：人民交通出版社，2004.

[3]张金水，张廷楷编著.道路勘测设计[M].同济大学出版社，2003

[4]中华人民共和国交通运输部.公路路线设计细则（总校稿）[S].JTG/T 20-200X