山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制的分析

王健

摘要：公路路線設(shè)計(jì)是公路建設(shè)重要的前期工作，合理的路線設(shè)計(jì)有助于加速地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高土地利用效率、節(jié)省交通通行成本、正確處理好經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系。本文以甘肅山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)為例，提出了在不同地理?xiàng)l件、氣候環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平下合理規(guī)劃和設(shè)計(jì)公路路線的有益建議和措施，為指導(dǎo)山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)實(shí)踐提供了可靠的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：山區(qū)公路 路線設(shè)計(jì) 質(zhì)量控制

0 引言

甘肅省位于我國(guó)西北部地區(qū)，境內(nèi)多為山區(qū)地形、地質(zhì)條件復(fù)雜、自然氣候條件惡劣，對(duì)山區(qū)公路路線的設(shè)計(jì)存在諸多影響因素。雖然國(guó)家公路主管部門制定了比較完善的山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)指導(dǎo)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，但是針對(duì)特殊山區(qū)地貌條件下的公路路線設(shè)計(jì)，尚不能提供完全的理論指導(dǎo)，必須要結(jié)合特定環(huán)境條件下的各種各樣影響因素，綜合規(guī)劃和統(tǒng)籌，科學(xué)合理的設(shè)計(jì)公路路線。本文將結(jié)合甘肅省山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)工作，來分析山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)應(yīng)該重點(diǎn)加強(qiáng)的方面，并提出了有益指導(dǎo)建議和措施。

1 公路路線設(shè)計(jì)的重要性

公路的路形設(shè)計(jì)是公路建設(shè)的前期重點(diǎn)工作，也是整個(gè)公路工程的藍(lán)圖框架。公路路線規(guī)劃是否科學(xué)合理，直接影響到整個(gè)公路施工量大小、工程造價(jià)、交通運(yùn)輸效率以及環(huán)境保護(hù)等方面。一條合理設(shè)計(jì)的公路，能夠?yàn)轳{駛員提供更好的駕駛感知、提高路面行駛安全性、降低公路交通運(yùn)行成本。公路路線設(shè)計(jì)中，影響公路交通安全的設(shè)計(jì)因素主要有：路線彎度、路面高程落差、路面指引、安全提示等。其中，公路幾何設(shè)計(jì)直接關(guān)系到公路使用安全性水平高低，一旦公路路線敲定，公路幾何線形也就確定下來，而相應(yīng)的其他公路隧道、橋梁、排水工程、安全設(shè)施等都會(huì)隨著幾何線形的確定而確定下來。目前，我國(guó)公路路線設(shè)計(jì)依然停留在傳統(tǒng)思維和方法上，嚴(yán)重落后于現(xiàn)代公路發(fā)展要求。例如，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高，路面上行駛的車輛數(shù)量不斷增多、車型種類日益豐富，對(duì)交通經(jīng)濟(jì)性和安全性等都提出了新的要求，而傳統(tǒng)的公路路線平面設(shè)計(jì)方法很難對(duì)這些新要求面面俱到，引發(fā)各種交通安全問題。我們必須從國(guó)內(nèi)實(shí)際情況出發(fā)，采用現(xiàn)代最新公路路線設(shè)計(jì)理論來開展公路路線規(guī)劃工作，使之滿足我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求，在保證公路使用安全的前提下，盡可能的提高公路工程效益。今天，公路路線設(shè)計(jì)不再是依靠簡(jiǎn)單的幾何平面設(shè)計(jì)就可以實(shí)現(xiàn)，而是要綜合車輛、交通、安全以及環(huán)保等多個(gè)因素來統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，為駕駛員、乘客提供良好的公路使用環(huán)境和感知。因此，公路路線設(shè)計(jì)是一項(xiàng)關(guān)系到千秋萬代的工程，必須要高度重視。

2 平面設(shè)計(jì)

2.1 緩和曲線長(zhǎng)度 交通部道路路線設(shè)計(jì)規(guī)范中，對(duì)緩和曲線的長(zhǎng)度進(jìn)行了明確規(guī)定。但是對(duì)于山區(qū)公路來說，其水平面上的路線十分彎曲，曲線長(zhǎng)度容易受切線長(zhǎng)度制約和影響，因此設(shè)計(jì)人員傾向于采用規(guī)范中的下限值作為設(shè)計(jì)參數(shù)，特別是普通公路路線設(shè)計(jì)通常會(huì)忽略超高和加寬緩和段長(zhǎng)度的要求。這就會(huì)導(dǎo)致在確定平面之后，緩和曲線長(zhǎng)度不兼容超高加寬過渡段長(zhǎng)度的要求，因此，建議在設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算出彎度對(duì)應(yīng)的超高加寬過渡段的長(zhǎng)度，取其上限值來調(diào)整控制最小緩和曲線的長(zhǎng)度。

2.2 曲線間最小長(zhǎng)度 交通部道路路線設(shè)計(jì)規(guī)范中，明確規(guī)定公路設(shè)計(jì)速度與公路曲線間最小長(zhǎng)度之間保持六倍大小。山區(qū)地形相對(duì)復(fù)雜，這些規(guī)范的使用往往受到限制，有些設(shè)計(jì)部門提出4V，甚至還有提出2V的。最保守的做法是將緩和曲線曲率半徑設(shè)置為大于不設(shè)超高半徑部分的長(zhǎng)度，以達(dá)到6V的設(shè)計(jì)要求。這種處理方法比較適合高速路段。而如果設(shè)計(jì)時(shí)速低于40公里，同向曲線應(yīng)不小于2V，反向曲線不小于3s行程。

2.3 超高及超高加寬過渡 通常來說，在特殊情況下車速可以采用運(yùn)行速度來計(jì)算，一旦確定了車速，橫向力系數(shù)就是決定超高取值的主要參數(shù)，影響橫向力系數(shù)的因素十分多樣化，主要有車速、路面規(guī)格、車輪品質(zhì)、自然地理?xiàng)l件等。試驗(yàn)證明，橫向力系數(shù)與車速呈反向關(guān)系。從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來看，在達(dá)到最大超高率等要求時(shí)，橫向力系數(shù)取值在0.06～0.15范圍內(nèi)為宜。甘肅省冬夏季氣溫反差較大，在冰雪天氣與炎炎夏日下的行車要求存在較大差距，對(duì)于車流較大的路段，超高值取值要符合實(shí)際行車速度的客觀情況。

在山區(qū)環(huán)境中，公路路線容易遇到半圓形、橢圓形以及反向曲線的情況，因此在不同曲線之間設(shè)置超高過渡段要結(jié)合基本曲線設(shè)置方法來開展，把握好超高漸變率的變化規(guī)律。通常來說，現(xiàn)有的公路路線設(shè)計(jì)軟件都沒有突出這方面的差異，因此需要設(shè)計(jì)人員視具體情況來定奪。在設(shè)計(jì)超寬漸變段時(shí)，對(duì)于反向弧形曲線段，加寬要從第一個(gè)弧形段的原點(diǎn)平滑過渡到第二個(gè)曲線超高值等于路拱橫坡的斷面上；對(duì)于同方向彎曲的路線，加寬側(cè)要設(shè)計(jì)在同一側(cè)，可以從第一個(gè)曲線的圓緩點(diǎn)直接過渡到第二個(gè)曲線的緩圓點(diǎn)。四級(jí)道路的超高加寬過渡段可以直接參考交通部發(fā)布的道路設(shè)計(jì)規(guī)范來處理。

2.4 長(zhǎng)直線末端最小半徑 在傳統(tǒng)平面設(shè)計(jì)規(guī)范中，要求長(zhǎng)直線末端不得對(duì)接小半徑曲線。但是沒有明確規(guī)定小半徑的臨界值，根據(jù)交通部發(fā)布的有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，可以根據(jù)實(shí)際車輛通行速度來確定該臨界值。

在普通公路路段，可以根據(jù)如下公式來計(jì)算：V=-24.212+0.834Vin+5.729lnR。在縱坡超過3%的路段，可以根據(jù)以下公式計(jì)算：V=-31.669+0.574Vin+11.714lnR+0.176i。其中，V為車輛實(shí)際行駛速度；Vin為車輛在長(zhǎng)直線末端時(shí)的速度；R為半徑；i為坡度。

3 縱面設(shè)計(jì)

3.1 最大縱坡 我國(guó)公路設(shè)計(jì)規(guī)范主要考慮到了國(guó)內(nèi)行駛車輛超重的情況，最大縱坡指標(biāo)要比國(guó)外高許多，并明確在特殊地形情況下，如果高速公路建設(shè)可利用原來的公路路基，則可以提高最大縱坡的長(zhǎng)度，最大值可達(dá)1%；對(duì)于在海拔高度2500米以上的省級(jí)以下公路，最大縱坡不得超過8%。由于甘肅省境內(nèi)車流量相對(duì)較少，因此對(duì)于山區(qū)低時(shí)速公路，最大縱坡可以達(dá)到9%；對(duì)于一些旅游通行路段，主要車型為中小型客車，為了最大程度降低公路對(duì)環(huán)境的影響，可以將最大縱坡提高到9%。

3.2 長(zhǎng)陡縱坡設(shè)計(jì) 一般而言，長(zhǎng)大下坡路段是指車輛長(zhǎng)時(shí)間空擋行駛或者制動(dòng)的長(zhǎng)坡路段。坡度過程會(huì)直接影響車輛的正常運(yùn)行，例如引起熄火、剎車片過熱、水箱適量不足、追尾等安全問題。因此，設(shè)定平均縱坡長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)需要綜合考慮車型、車流量、汽車最大制動(dòng)距離、駕駛員素質(zhì)以及天氣等因素。對(duì)于不同的長(zhǎng)坡路線，沒有一個(gè)具體的規(guī)定，需要具體情況具體分析。西南交通大學(xué)王君教授計(jì)算出了不同長(zhǎng)度的下坡路線與轎車發(fā)動(dòng)機(jī)溫度變化的函數(shù)變化規(guī)律，這為設(shè)計(jì)長(zhǎng)坡長(zhǎng)度提供了可靠的參考依據(jù)。

在設(shè)計(jì)山嶺區(qū)路線時(shí)，要盡量減少長(zhǎng)坡路段。但是甘肅省山區(qū)連續(xù)單坡地形十分普遍，因此要提交多種設(shè)計(jì)方案來綜合比較，找出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，采用繞行、拐彎等設(shè)計(jì)來最大程度避免長(zhǎng)坡路段；也可以采用隧道來降低坡度；或者采用盤山公路路線；也可以采用多級(jí)緩坡來替代長(zhǎng)坡路線。在設(shè)計(jì)過程中要合理配置縱坡路線，一般來說，臺(tái)階坡比直線式縱坡更好，多級(jí)緩坡可以降低坡度對(duì)汽車性能的要求。

通過綜合比較不同路線設(shè)計(jì)方案后，如果依然無法避免長(zhǎng)坡路線，則可以考慮采用以下方式來應(yīng)對(duì)：在坡頂預(yù)留車輛休息區(qū)；加強(qiáng)路面交通安全設(shè)施，做好路線兩側(cè)防護(hù)設(shè)施建設(shè)；要增加大坡路段的提示信息牌數(shù)量，提高駕駛員的警惕；要配置避險(xiǎn)車道和強(qiáng)制減速帶；要提高路面安全管理力度，加強(qiáng)駕駛員安全教育。

4 運(yùn)行車速設(shè)計(jì)理論在路線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

運(yùn)行車速是指在標(biāo)準(zhǔn)路面上，在沒有其他影響因素干擾下，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法測(cè)算出來從高速到低速排列在第85個(gè)百分點(diǎn)的車輛行駛速度，行業(yè)術(shù)語簡(jiǎn)稱V85。運(yùn)行速度是用來衡量車輛道路行駛安全的重要指標(biāo)，通過計(jì)算車輛在不同地段之間的行駛速度，來分析路線的設(shè)計(jì)科學(xué)性。在現(xiàn)實(shí)生活中，可以通過計(jì)算和分析運(yùn)行車速來掌握路線設(shè)計(jì)指標(biāo)，將車輛運(yùn)行速度控制在10km/h內(nèi)，以提高路面車輛行駛安全性，如果運(yùn)行速度差超過20km/h時(shí)，則要進(jìn)行路線優(yōu)化設(shè)計(jì)。如果運(yùn)行速度低于路面最低車速，則可以考慮在路線內(nèi)增加部分爬坡路段。

5 結(jié)束語

本文以甘肅省山區(qū)公路為例，分析了山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)存在的主要問題，由于公路路線設(shè)計(jì)受到諸多因素影響，例如汽車性能、車流量、道路規(guī)格、地理環(huán)境等，因此要設(shè)計(jì)最優(yōu)山區(qū)公路路線還要具體情況具體分析，盡量將所有影響公路設(shè)計(jì)的因素考慮在內(nèi)，保證公路設(shè)計(jì)方案符合實(shí)際情況。運(yùn)行車速分析也受到諸多因素影響，當(dāng)前國(guó)內(nèi)主要借鑒和學(xué)習(xí)國(guó)外分析模型和理論，但是其是否符合甘肅省實(shí)際情況還有待于進(jìn)一步論證。

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