關(guān)于高速公路線形設(shè)計(jì)的探討

阿布扎爾

高速公路線形是高速公路的骨架，直接承載著車(chē)輛的運(yùn)行，它控制著整個(gè)公路的路基、橋涵、交叉、沿線設(shè)施等構(gòu)造物的規(guī)模和投資。同時(shí)，對(duì)汽車(chē)行駛的安全、舒適、經(jīng)濟(jì)和車(chē)輛的通行能力起著決定性作用。其一旦確定，將是長(zhǎng)期存在的，無(wú)論優(yōu)劣，都很難改變。因此，公路設(shè)計(jì)者應(yīng)特別重視線形設(shè)計(jì)質(zhì)量，任何一個(gè)不安全的指標(biāo)、一個(gè)不良的組合設(shè)計(jì)，都將造成駕駛員視覺(jué)上的判斷失誤或心理效應(yīng)上的不良反應(yīng)，都可能形成交通安全隱患。

1 路線平面線形的選擇

路線平面線形通常是直線、圓曲線和緩和曲線3種基本線形要素的組合，其中直線是采用較多的線形，它具有最直接、方向最明確、易于布設(shè)等特點(diǎn)，然而直線線形缺乏靈活性，難以適應(yīng)地形、地物，不易與周?chē)坝^相協(xié)調(diào)，因而在應(yīng)用上自然會(huì)受到限制。而且，直線過(guò)長(zhǎng)，易使駕駛者感到疲勞犯困，易造成車(chē)速過(guò)快，并使駕駛者目測(cè)車(chē)距容易產(chǎn)生誤差而引發(fā)事故;因此，長(zhǎng)直線設(shè)計(jì)應(yīng)該慎重。采用直線線形時(shí)，應(yīng)根據(jù)路線所處的地形、地貌、地物，并考慮駕駛者的視覺(jué)、心理狀態(tài)等合理布設(shè)。當(dāng)?shù)匦螚l件及其他特殊情況限制而采用長(zhǎng)直線時(shí)，為彌補(bǔ)長(zhǎng)直線路段景觀單調(diào)缺陷，應(yīng)結(jié)合沿線具體情況采取相應(yīng)的技術(shù)措施。

以曲線為主的道路，要求駕駛者必須經(jīng)常移動(dòng)注意點(diǎn)來(lái)進(jìn)行駕駛操作，同時(shí)，車(chē)輛在沿著彎道行駛時(shí)，展現(xiàn)在駕駛者前面的是經(jīng)常變化著的自然景色，顯得更加有趣和多樣化。國(guó)外如日本、德國(guó)等一些發(fā)達(dá)國(guó)家，強(qiáng)調(diào)高速公路平面線形以曲線為主的理念。從國(guó)內(nèi)近年來(lái)設(shè)計(jì)的幾條高速公路來(lái)看，以曲線為主的設(shè)計(jì)方法也正在更多地被采用。實(shí)踐證明，曲線線形舒順流暢、平縱線形配合優(yōu)美，能較好地適應(yīng)地表、地物變化，具有柔和的幾何形態(tài)，更符合駕乘人員的心理。

同樣的線形在不同的環(huán)境中給人的感覺(jué)不同。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于線形與周?chē)坝^的不良配合，會(huì)給駕駛者造成精神壓力或因錯(cuò)覺(jué)引發(fā)交通事故。線形與環(huán)境景觀的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)首先要考慮交通安全。在山嶺重丘區(qū)，以曲線為主的平面設(shè)計(jì)是較為理想的，也易于做到。在平原微丘區(qū)，以曲線為主的平面設(shè)計(jì)亦應(yīng)是方向，但在平原微丘區(qū)，一般都有規(guī)劃整齊的農(nóng)田水利網(wǎng)和道路網(wǎng)，在這些地區(qū)，適當(dāng)?shù)夭捎弥本€，避免對(duì)原有的和規(guī)劃的農(nóng)田水利網(wǎng)及道路網(wǎng)進(jìn)行不必要的切割和破壞，影響其使用功能。直線和曲線都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，很難單一的評(píng)述其優(yōu)劣。采用何種線形，主要取決于路線與地形及周?chē)h(huán)境相適應(yīng)的程度，以及平縱線形配合的情況。高速公路線形設(shè)計(jì)，還要特別注意平面與縱面線形的配合。

2 曲線要素的運(yùn)用

圓曲線的選用與設(shè)計(jì)速度、地形、相鄰曲線的協(xié)調(diào)均衡、曲線長(zhǎng)度、曲線間的直線長(zhǎng)度、縱面線形的配合等諸多因素有關(guān)。選用過(guò)大的圓曲線半徑，常常會(huì)造成平曲線過(guò)長(zhǎng)。曲線過(guò)長(zhǎng)且地形平坦、景觀單調(diào)時(shí)，同樣會(huì)使駕駛者感到疲勞、反應(yīng)遲鈍。一般情況下，宜采用超高為2%～4%的圓曲線半徑。當(dāng)?shù)匦螚l件受限時(shí)，方可考慮采用規(guī)范規(guī)定的圓曲線“一般值”;當(dāng)?shù)匦螚l件特殊困難而不得已時(shí)，方可采用“極限值”。

緩和曲線(A1)，圓曲線(R)，緩和曲線(A2)的長(zhǎng)度以大致接近為宜。兩個(gè)緩和曲線的參數(shù)值亦可以根據(jù)地形條件設(shè)計(jì)成非對(duì)稱的曲線，但A1∶A2不應(yīng)大于 2.0。較長(zhǎng)的緩和曲線，在視覺(jué)上線形變得自然平順，行駛更加安全舒適。緩和曲線過(guò)長(zhǎng)時(shí)，同樣會(huì)使駕駛者感到疲勞、反應(yīng)遲鈍。當(dāng)平曲線半徑R＞3 000 m時(shí)，緩和曲線的參數(shù)值A(chǔ)宜小于R/3。

3 關(guān)于斷背曲線的處理

兩個(gè)同向曲線間連以短的直線叫斷背曲線。對(duì)該短直線的長(zhǎng)度世界各國(guó)的推薦值大致相同，均以動(dòng)態(tài)行車(chē)視距而定。我國(guó)路線規(guī)范規(guī)定直線長(zhǎng)度不小于設(shè)計(jì)速度(以km/h計(jì))的6倍為宜。這樣在公路線形設(shè)計(jì)上對(duì)直線路段長(zhǎng)度的限定就比較明確，在6V～20V之間。

這樣的規(guī)定盡管是為了避免出現(xiàn)斷背曲線和行駛時(shí)的直線行車(chē)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，但是滿足直線長(zhǎng)度不超過(guò)20 V比較容易，而必須大于6V的條件有時(shí)就比較困難。且不說(shuō)在新建公路線形受到地形、地物限制時(shí)難以做到，僅就公路的改造升級(jí)而言就十分困難。這是因?yàn)槟壳拔覈?guó)的線形狀況，若完全按此規(guī)定辦理，會(huì)使線形調(diào)整的幅度過(guò)大，舊路利用率降低，占地拆遷等各項(xiàng)費(fèi)用大大提高，投資將與新建公路無(wú)相差。如何處理這個(gè)問(wèn)題，根據(jù)學(xué)習(xí)和實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，提出如下的方法:

設(shè)斷背曲線的直線長(zhǎng)度為 L，緩和曲線長(zhǎng)度 Ls，“標(biāo)準(zhǔn)”規(guī)定為:

1)當(dāng) L≤Ls時(shí)，可以做成復(fù)合曲線;

2)當(dāng)Ls＜L≤2Ls時(shí)，可以用卵形曲線連接兩個(gè)同向曲線，有些不宜用卵形曲線連接的可以用兩重卵形曲線連接;

3)當(dāng) 2Ls＜L＜6 V時(shí)，可以做成C形曲線，條件適宜時(shí)亦做成卵形或兩重卵形曲線。對(duì)斷背曲線的直線段 L經(jīng)如此處理之后，就已經(jīng)不再是斷背曲線，而成為改造后的不標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合曲線(1)除外)，我們不妨稱其為“不標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合曲線”。這種“不標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合曲線”在行駛力學(xué)上完全滿足要求，而且從線形上連續(xù)順暢、美觀、視線平順而具有安全感，同時(shí)緩和曲線部分極大地照顧了原舊路直線段的位置，使其利用率提高，節(jié)省占地減少拆遷，因而是經(jīng)濟(jì)的。此外，由于“不標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合曲線”的做法所采用的緩和曲線的長(zhǎng)度與普通的復(fù)合曲線相比有很大增加，因此容易適應(yīng)自然地形，并且增加了線形設(shè)計(jì)的自由度，使平縱協(xié)調(diào)更容易。故此，不論是在新建還是在改建公路中，對(duì)可能出現(xiàn)斷背曲線處，采用這種處理方法，都會(huì)收到較好的效果。

4 平、縱面組合設(shè)計(jì)

高速公路線形設(shè)計(jì)，必須注重路線的平、縱面組合設(shè)計(jì)，應(yīng)充分考慮駕駛者在視覺(jué)上和心理上的要求。豎曲線與平曲線一一對(duì)應(yīng)，兩者重合，豎曲線完全包在平曲線之內(nèi)，是平、縱最好的組合。對(duì)于長(zhǎng)而緩的平曲線，應(yīng)當(dāng)采用平順而流暢的縱坡，且平、豎曲線都應(yīng)采用較大的半徑，特別是凹形豎曲線處，兩者的半徑更應(yīng)該大些。要避免在凸形豎曲線的頂部和凹形豎曲線的底部設(shè)置小半徑平曲線。對(duì)于凸形豎曲線，這種組合失去了引導(dǎo)視線的作用，使駕駛者感到茫然;對(duì)于凹形豎曲線，只要線形要素較大，行車(chē)可能不危險(xiǎn)，但線形會(huì)顯得扭曲，不順適美觀。同理，也不能把豎曲線的頂部或底部設(shè)置在反向平曲線的拐點(diǎn)處或設(shè)置在緩和曲線段內(nèi)，以免造成路面排水不暢。一個(gè)長(zhǎng)的平曲線內(nèi)設(shè)有幾個(gè)豎曲線，或一個(gè)長(zhǎng)的豎曲線內(nèi)含有幾個(gè)平曲線，這樣的線形組合看起來(lái)很別扭，特別是當(dāng)坡差較大時(shí)尤為明顯，容易使駕駛者把公路看成是被分割成了幾段似的，這樣的組合應(yīng)避免。確有困難時(shí)，一般一個(gè)長(zhǎng)的平曲線內(nèi)設(shè)置豎曲線的數(shù)目不應(yīng)超過(guò)3個(gè)，使駕駛者在任何地段所看到的縱坡變化不超過(guò)3個(gè)為宜。豎曲線半徑應(yīng)與所對(duì)應(yīng)的平曲線半徑相協(xié)調(diào)，良好的立體線形是通過(guò)平、豎曲線的均衡與配合來(lái)獲得的。平曲線半徑較大時(shí)，豎曲線半徑也應(yīng)相應(yīng)增大;平曲線較長(zhǎng)時(shí)，豎曲線長(zhǎng)度也應(yīng)相應(yīng)增長(zhǎng)。對(duì)平、縱配合難以判別優(yōu)劣時(shí)，可通過(guò)透視圖來(lái)檢驗(yàn)。關(guān)鍵還是應(yīng)明確判斷標(biāo)準(zhǔn)，使駕駛者最終能獲得一個(gè)理想的視覺(jué)環(huán)境。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著高速公路建設(shè)的發(fā)展，對(duì)高速公路線形設(shè)計(jì)的要求越來(lái)越高，因此在路線設(shè)計(jì)中直線、曲線、緩和曲線的設(shè)計(jì)指標(biāo)運(yùn)用要靈活，在符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，做到線形均衡、連續(xù)，保證行駛的可預(yù)見(jiàn)性。在路線設(shè)計(jì)中掌握平、縱指標(biāo)配合，盡可能與地形、地貌相吻合，以避免造成空間線形扭曲、暗凹、跳躍等景觀缺陷，重視公路自身的線形設(shè)計(jì)，特別是公路線形與結(jié)構(gòu)物和環(huán)境的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，充分優(yōu)化平、縱、橫組合，做到流暢連續(xù)。

[1] JTG D20-2006，公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 辛 強(qiáng).關(guān)于高等級(jí)公路線形設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)[J].遼寧交通科技，2005(2):5-7.

[3] 焦建華，王曉楠.淺談公路線形的適宜性問(wèn)題[J].山西建筑，2008，34(2):280-281.