公路線路設(shè)計的評價比選探析

任強

(中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司,陜西西安 710075)

公路線路設(shè)計的評價比選探析

任強

(中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司,陜西西安 710075)

公路工程的線路設(shè)計的好壞直接影響公路工程的建設(shè)成本、建設(shè)工期、服務(wù)水平等,做好公路工程的線路評價工作對于公路的建設(shè)和運營極為重要,本文以實際角度為出發(fā)點來對線路設(shè)計的評價比選技術(shù)進行細致探析。

公路 線路設(shè)計 評價

1 公路線路設(shè)計

公路工程的建設(shè)是一個復(fù)雜的綜合性系統(tǒng)項目,公路線路設(shè)計是公路工程的建設(shè)基礎(chǔ),公路線路的設(shè)計直接涉及到項目建設(shè)質(zhì)量,公路運行效率,交通流的流暢度等一系列內(nèi)容,公路按照行政等級可以劃分為：國家公路、省級公路、縣級公路、鄉(xiāng)級公路和專用公路;按照使用任務(wù)、功能和適用的交通量可以劃分為：高速公路、一級公路、二級公路、三級公路、四級公路五個等級。不同的公路級別其所擔任的任務(wù)不同,對公路線路的側(cè)重點也存在一定的區(qū)別,鑒于此,設(shè)計者對于公路線路的設(shè)計主要遵守以下幾個原則：

(1)因地制宜,統(tǒng)籌兼顧原則。公路路線的設(shè)計應(yīng)該以實際為出發(fā)點,根據(jù)建設(shè)區(qū)域的地形地貌和經(jīng)濟社會發(fā)展的實際狀況進行合理設(shè)計。總體來說,平原區(qū)路線布置更多考慮的是路網(wǎng)、沿線的城鎮(zhèn)和經(jīng)濟規(guī)劃,綜合兼顧其他因素,比如征地、拆遷難度等,總體來說以服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟點和完善路網(wǎng)的配置為主要考慮目標;對于山區(qū),公路路線設(shè)計更多的需要考慮工程規(guī)模和施工難度,同時要注重環(huán)境保護。

(2)保證安全,注意氣候?qū)π熊嚢踩绊?。無論是什么項目的建設(shè),“安全第一”是首要原則,公路線性的安全舒適是公路線路設(shè)計考核的一大指標,在線路設(shè)計中要保證選線的車輛行駛的安全以及駕駛者的舒適。山區(qū)自然氣候復(fù)雜 ,雨霧天氣較多。高山地區(qū)氣候更為復(fù)雜,氣候多變,橫風和極端天氣較多,容易對行車安全造成較大威脅,因此,需要在線路設(shè)計時充分考慮到這些因素對公路運營安全的影響,采取合理防控措施。

(3)質(zhì)量為本原則。公路路線設(shè)計要嚴格按照既有的規(guī)范和標準來,設(shè)計的好壞直接關(guān)系到后續(xù)施工的質(zhì)量和效果。平原地區(qū)線形設(shè)計屬于常規(guī)設(shè)計,按照常規(guī)設(shè)計規(guī)范把握好設(shè)計質(zhì)量即可。山區(qū)線形設(shè)計比平原地區(qū)復(fù)雜,除了要控制常規(guī)設(shè)計質(zhì)量外,還要注意平面線形、超高的設(shè)置、縱面線形設(shè)計及爬坡車道和視距等問題。山區(qū)公路的平面線形盡可能以曲線為主,以與沿線的地形景觀相協(xié)調(diào)為最佳;在進行超高設(shè)置時,要對具體的路段進行針對性的安全性分析,以合理設(shè)置超高。

表1 最大緩和曲線半徑設(shè)計要求

(4)技術(shù)可行性。前面四個原則是線路設(shè)計的追求目標,但其前提都是建立在施工技術(shù)的可行范圍之內(nèi)的,線路設(shè)計方案的選擇直接決定項目建設(shè)的施工難度,這就要求設(shè)計者要綜合考慮不同目標之間的權(quán)衡,保證技術(shù)可達性的范圍內(nèi)實現(xiàn)公路線路設(shè)計的最優(yōu)化。

2 公路線路設(shè)計存在的問題

(1)直線設(shè)計過長。在公路線路設(shè)計中,直線的長度應(yīng)在設(shè)計速度的二十倍以內(nèi)。傳統(tǒng)的公路線路設(shè)計是把直線作為最好的線形,兩點之間直線最短,并且容易布置。然而事實表明過長的直線線路會造成駕駛者極易產(chǎn)生駕駛疲倦,注意力不集中,提高事故發(fā)生率。因此很多國家在公路線路的設(shè)計中對直線線性的應(yīng)用有明確的限制。例如法國規(guī)定限制在行車速度的二十倍以內(nèi),而像俄羅斯、美國這類的國家,采用的是加寬中央分隔帶、設(shè)置低路堤緩邊坡的手段來降低直線行駛的不良影響。在這方面我國與法國相近,最大直線長度一般在行車速度的二十倍以內(nèi)。

(2)緩和曲線長度設(shè)置不合要求。緩和曲線的作用是幫助駕駛者安全舒適的完成轉(zhuǎn)向,通過延長轉(zhuǎn)向距離來延長行駛時間,從而給予駕駛者足夠的操縱空間,避免事故的發(fā)生,但有些公路的路線設(shè)計中的緩和曲線長度偏小,無法滿足設(shè)計行駛時間不低于3s的要求,就造成駕駛難度的增加,事故發(fā)生率的提高,合理有效的緩和曲線設(shè)計師公路線路設(shè)計中的重要內(nèi)容。而緩和曲線的最大半徑的標準見表1。

(3)超高過渡段以及超高橫坡的位置設(shè)置不合適。在經(jīng)過居民去的公路上,車輛行駛時需要限速,同時還必須要受當?shù)亟煌ㄒ?guī)范的管制,在這種情況下可以適當?shù)臏p少超高橫坡,以有利于公路路線的設(shè)計,因此這種情況下進行公路設(shè)計時不應(yīng)當只按照道路的橫坡設(shè)計規(guī)范進行設(shè)計,還應(yīng)當按照車輛行駛的速度設(shè)置低于4%的超高橫坡。但是在實際設(shè)計中人們往往只考慮雙向的橫坡設(shè)計,而沒有對超高橫坡進行考慮,這樣就會造成車輛在轉(zhuǎn)彎行駛時出現(xiàn)困難,甚至引發(fā)事故。在道路的縱坡設(shè)計中,有時需要進行坡長的局部限制,但是對于某些連續(xù)的路段,這種限制是可以不進行考慮的,這時就容易造成該路段縱坡超限,車輛在進行下坡行駛時就容易出現(xiàn)較多的剎車,容易出現(xiàn)剎車失靈而造成交通事故的發(fā)生。

表2 評價比選方法的特征

這些問題都是線路建設(shè)完工后導(dǎo)致事故的原因之一,對公路線路設(shè)計方案的有效評價比選是消除這類安全隱患的重要措施之一,通過對設(shè)計方案的有效評價,并進行優(yōu)化改進,以保證施工方案的合理科學性。

3 公路線路設(shè)計的評價比選研究

3.1 線路設(shè)計方案評價指標

在公路線路的設(shè)計中根據(jù)實際情況提出了對于安全方面的要求,這些要求的出現(xiàn)就需要有專門的評價體系來對其進行具體的量化和評價,目前,對于安全性的評價主要有以下幾種指標。

(1)對運行速度的評價。目前對于運行速度的評價主要分為兩種,一是利用相鄰路段之間運行情況的協(xié)調(diào)性對公路線路設(shè)計的連續(xù)性進行評價;二是,用實際速度與設(shè)計速度的協(xié)調(diào)性進行評價,汽車的運行速度對于汽車運行中的安全性有著重要的意義,這個評價體系實際上就是用相鄰路段運行速度差來作為評價的指標。公路通行標準中的規(guī)定設(shè)計速度一致性評價標準：

實際速度與設(shè)計速度的協(xié)調(diào)性也是對于公路安全的重要保證。顯然,這項評價標注是通過對相同路段的車輛實際運行速度與車輛設(shè)計運行速度之間的差值作為評價該段公路的實際速度與運行速度之間的協(xié)調(diào)性的,同樣也是衡量公路安全性的一個重要指標。

(2)對于油耗的分析評價。對于油耗的分析評價主要是為了對公路的縱坡線性設(shè)計合理性及平穩(wěn)性進行評價。具體而言,就是將車輛在運行中的油耗量進行統(tǒng)計總結(jié)并繪制成直觀的折線圖,通過對折線圖的觀察來得出車輛全程的油耗量是否均勻,最后再選擇出油耗量較平穩(wěn)的設(shè)計方案進行設(shè)計。

(3)通過透視圖進行評價分析。透視圖評價方案主要是用于對于特殊路段的評價和檢驗,這種方法可以對駕駛員的視線范圍、運行路段的路線與沿線環(huán)境的協(xié)調(diào)性和運行環(huán)境的平縱組合合理性等進行評定,它是評價單元公路段立體性的一個重要指標。但是由于這種方法并不足夠精確,沒有準確的量化標準,因此它僅限于進行粗略的定性評價,另外,這種評價方法得出的結(jié)果受主觀因素的影響較大。

(4)對于縱斷面的檢驗。公路縱斷面的檢驗主要指通過對公路縱斷面圖進行分析來得出公路坡度的方式,一般而言,我們知道路面坡度的大小不僅會對車輛在上下坡時需要的牽引力和慣性產(chǎn)生影響,還會對路面的排水情況產(chǎn)生重要的影響,因此縱斷面檢驗的出現(xiàn)就是為了對該指標進行評價的。通過對縱斷面的檢驗我們可以對路面的坡度進行有效的控制,合理的坡度可以對車輛上下坡的牽引力和繼續(xù)滑行時的速度和車輛間距的可行性和安全性產(chǎn)生重要影響。

綜上可知,在公路的線性設(shè)計階段要嚴格的執(zhí)行安全檢驗標準,這是確定公路安全性的主要方法之一。這就要求相關(guān)的監(jiān)管人員要嚴格的執(zhí)行檢驗標準,認真做到“不合格,不通過”,保證每段公路在建設(shè)過程中都經(jīng)過了嚴格的檢驗,以保證其穩(wěn)定性和安全性。

3.2 常見的線路設(shè)計方案評價比選方法

對于公路線路設(shè)計方案的比選,往往會因為所選的對象和范圍不同而結(jié)果不同。從比選對象上可以看出,有些方案是針對隧道的施工方案進行比選的,有些是對相關(guān)的指標選擇進行比選,有些則是對于環(huán)境影響情況進行比選的;從比選的范圍上來看,有些方案是針對整條路線而言從經(jīng)濟技術(shù)等方面進行參比,有些則是針對線路中的某段或者某一關(guān)鍵控制點而進行的方案比較。本文筆者對這些常用的比選方案進行了總結(jié)和對比,希望可以全面的涵蓋當前在公路線路設(shè)計中常用比選方案的各個方面,講這些方案的各個方面和各個角度進行綜合的研究,目前在公路線路設(shè)計方案比選中常用到的方法主要有以下四種。

(1)綜合比選法。綜合比選法是進行多指標參比,分別從立交的位置選擇、型式選擇、平縱線性和斷面布置以及方案設(shè)計四個方面對立交的選型進行最終確定。在立交的位置選擇中,設(shè)計小組從能否保證立交交通流暢安全、立交的各匝道平縱橫各斷面相互結(jié)合處的線性是否合適;立交的結(jié)構(gòu)布置、設(shè)計和施工難易程度;整個立交工程的工程造價及運營養(yǎng)護是否合理;立交的造型觀感、綠化美化等方面確定。對于立交型式的選擇,從交通的適應(yīng)性;環(huán)境、技術(shù)的適應(yīng)性以及整個工程的經(jīng)濟性;能否促進當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展等方面進行比選。從坡度、豎向曲線半徑以及立交的平縱線性組合等方面對立交的平縱橫線性以及立交的斷面布置方案進行參比。

(2)模擬計算。在對高填土、軟土路基等特殊路線處理方案進行選擇時,采用數(shù)值模擬的手段,對江堤和路堤并行的特殊路段的處理方案進行了數(shù)學模擬,著重研究了在路堤的施工過程中路基的變形情況及這些變形對于整個江堤安全情況的影響。通過分析不同方案的結(jié)果,并對這些結(jié)果進行模擬,從安全性和經(jīng)濟性兩個角度對所選方案進行了比選,從而確定出最終的設(shè)計方案。

(3)優(yōu)缺點對比法。在特長隧道的消防設(shè)計方案選擇中采用的就是優(yōu)缺點對比的方法,列舉出各個方案的優(yōu)缺點,并對各個方案中的滅火組合、消防水源設(shè)置、消防干管的布置等關(guān)鍵問題進行了比較。

(4)價值工程法。在對高速公路項目進行了研究時,采用的是價值工程法,價值工程法需要對不同方案的價值進行分析計算,將經(jīng)濟造價和技術(shù)功能進行有機的結(jié)合。通過對各個方案功能方面上的打分,計算出各個方案的成本系數(shù),然后用功能系數(shù)比成本系數(shù)最終得到價格系數(shù),最后根據(jù)價格系數(shù)的大小來選定最終方案。

價值工程法是計算公式可以表示為V=F/C(L)式中：V表示設(shè)計方案的價值系數(shù)F表示設(shè)計方案的功能系數(shù)C表示設(shè)計方案的成本系數(shù)。

3.3 各評價方法的特征

上述幾種方法是在對公路線路設(shè)計方案確定中的常用比選方法,這些方法有各自的優(yōu)缺點,其優(yōu)缺點的評價結(jié)果見表2,對各個方法的優(yōu)缺點進行評價可以使這些方法得到更好的實際應(yīng)用。

4 結(jié)語

在公路線路設(shè)計方案的確定過程中,是確定施工設(shè)計方案的重要環(huán)節(jié),要根據(jù)實際情況來選擇評價必選的方法,盡量做到科學合理,以保證項目施工方案的合理性。

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任強,男,單位：中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司,研究方向：路線、立交。