山區(qū)公路路線平縱線形組合設(shè)計(jì)分析

王晶

（中國(guó)公路工程咨詢(xún)集團(tuán)有限公司路橋設(shè)計(jì)研究院分公司，湖北武漢 430023）

0 引言

由于山區(qū)獨(dú)特的地形、環(huán)境氣候等條件，導(dǎo)致山區(qū)公路平縱線形設(shè)計(jì)限制因素多，難度大。我國(guó)的山區(qū)公路設(shè)計(jì)還處于初步發(fā)展階段，沒(méi)有形成成熟的山區(qū)公路設(shè)計(jì)規(guī)范，平縱線的設(shè)計(jì)也主要是以交通運(yùn)輸部頒布的《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2017）為依據(jù)，導(dǎo)致山區(qū)道路設(shè)計(jì)的問(wèn)題日益突出。

1 工程概況

1.1 工程情況

以某高速公路為研究對(duì)象，路線穿越蓮花山脈，沿線多為丘陵地貌、山前（河谷）平原地貌及丘間谷地地貌，局部為中低山地貌，高差起伏較大，橋隧比高，將產(chǎn)生大量的棄方。設(shè)計(jì)階段應(yīng)綜合考慮平縱橫和取棄土場(chǎng)設(shè)計(jì)，同時(shí)注意對(duì)取棄土場(chǎng)的水土保持及生態(tài)恢復(fù)利用；施工階段將結(jié)合分標(biāo)及施工組織情況合理調(diào)配土石方，統(tǒng)一協(xié)調(diào)，盡量利用挖余方及隧道棄渣。

B27 線方案隧道內(nèi)布設(shè)+0.5%、-2%人字坡，縱面抬高后，B27 隧道出口段落利用地形向左側(cè)山體偏移、減小橋梁工程規(guī)模。路線里程及技術(shù)指標(biāo)：B27線里程較B5 線增加14m，兩者里程基本相當(dāng)。如下圖1 為梅子坪隧道人字坡B27 線。

圖1 梅子坪隧道人字坡B27 線

連續(xù)縱坡：B5 線連續(xù)下坡2.37%/6.985km，B27 線設(shè)置人字坡后，連續(xù)下坡分為2 段，分別為：2.52%/2.88km、2.25%/4.798km。

1.2 設(shè)計(jì)需求

道路線形是公路的基本骨架，對(duì)于道路施工具有直接的影響。山區(qū)道路路線設(shè)計(jì)要考慮駕駛員的視覺(jué)以及心理方面的要求，盡量選擇平曲線和豎曲線對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)組合，避免因?yàn)槠娇v設(shè)計(jì)不合理形成安全隱患，確保駕駛員預(yù)留足夠的時(shí)間和空間了解前方路況，以便作出正確的判斷。

2 山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)影響因素

2.1 地理環(huán)境復(fù)雜

研究的山區(qū)公路，地理環(huán)境復(fù)雜，起伏較大，坡面較高，受到暴雨以及洪澇災(zāi)害的影響時(shí)容易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。如下圖2 為復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造示例。擬建路線沿線穿越山脈主要為蓮花山山脈的北東段，部分地段地勢(shì)險(xiǎn)峻，山高坡陡，地形起伏大，海拔高度在700m 以?xún)?nèi)，相對(duì)高差多在200～500m 之間，山體坡度多在20～35之間，局部陡壁坡度大于45。主要分布于路線區(qū)K59+670～K65+800 及K69+550～K75+000 段，為隧道通過(guò)段。

圖2 復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造示例

2.2 山區(qū)公路設(shè)計(jì)要求高

山區(qū)環(huán)境復(fù)雜，地質(zhì)陡峭。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以利用的走廊和小道少，為山區(qū)道路設(shè)計(jì)帶來(lái)更大的挑戰(zhàn)。山區(qū)設(shè)計(jì)應(yīng)該以山區(qū)地形和不同位置為基礎(chǔ)，以線形的道路設(shè)計(jì)規(guī)范為依據(jù)，綜合考慮山區(qū)情況，確定好路基寬度，以實(shí)現(xiàn)車(chē)輛安全通行和錯(cuò)車(chē)的要求。

2.3 山區(qū)環(huán)境保護(hù)的需要

自然環(huán)境保護(hù)是當(dāng)前道路建設(shè)的基本需求。山區(qū)具有多樣的自然生態(tài)資源以及原生態(tài)環(huán)境。因此，在山區(qū)道路路線設(shè)計(jì)中，需要綜合考慮自然環(huán)境因素的影響，選擇合理的方案，減少對(duì)自然環(huán)境的破壞。

為避讓調(diào)整自然保護(hù)地，擬劃定生態(tài)紅線，將本路段作為初測(cè)重點(diǎn)路段進(jìn)行研究，結(jié)合該段控制因素研究多個(gè)方案進(jìn)行比選，最終擬定了避讓生態(tài)紅線的B19 線方案以及K 線方案進(jìn)行比選。從結(jié)果來(lái)看，B19 線如圖3 所示，因隧道內(nèi)存在小偏角曲線安全性較差；改建國(guó)道G206 長(zhǎng)350m，G206 剛通車(chē)尚未進(jìn)行交工驗(yàn)收，梅州市公路事務(wù)中心考慮剛通車(chē)便改建社會(huì)影響差，強(qiáng)烈反對(duì)改建；改建G206 段需設(shè)置700m長(zhǎng)抗滑樁；經(jīng)比選后在初測(cè)初勘技術(shù)研討會(huì)上確定采用K 線方案舍棄B19 線方案。

圖3 繞避方案B19 線

3 山區(qū)公路路線平縱線組合設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)指標(biāo)

山區(qū)公路是一條帶狀的三維空間體，路線是公路的骨架結(jié)構(gòu)，主要由平面、縱斷面和橫斷面構(gòu)成。從山區(qū)公路建設(shè)來(lái)看，平縱線組合設(shè)計(jì)決定了公路的建設(shè)和投資規(guī)模，影響公路的通行能力、行車(chē)安全以及運(yùn)營(yíng)安全。具體的設(shè)計(jì)指標(biāo)如下。

第一，平面線形設(shè)計(jì)指標(biāo)。平面線形設(shè)計(jì)指標(biāo)包括直線、圓曲線和曲線三要素。其中，直線是最為常見(jiàn)的設(shè)計(jì)線形。這種線形距離短、道路方向明確、施工方便，但距離過(guò)長(zhǎng)的直線容易引發(fā)駕駛員視覺(jué)上的疲勞，誘發(fā)交通事故，且直線線形與起伏較大的地區(qū)協(xié)調(diào)性差，并不完全適合山區(qū)公路建設(shè)。圓曲線通常設(shè)置于路線方向的轉(zhuǎn)折位置，可以適應(yīng)山區(qū)地形，起到改變路線方向的作用，可以在保護(hù)自然景觀的同時(shí)節(jié)省工程造價(jià)。緩和曲線是設(shè)置在直線和圓曲線之間不同半徑的曲線結(jié)構(gòu)，緩和曲線能夠讓線形平順，誘導(dǎo)道路行駛軌道，從而讓駕駛員和游客具有更加舒適的道路體驗(yàn)。

第二，縱斷面設(shè)計(jì)指標(biāo)?？v斷面是道路中線豎直剖切后，沿著路線方向展開(kāi)的線性結(jié)構(gòu)，山區(qū)公路的縱斷面通常具有空間起伏，能夠反映公路起伏變化。直線是縱斷面的重要設(shè)計(jì)指標(biāo)，其中直線的坡度和坡長(zhǎng)是兩個(gè)關(guān)鍵的指標(biāo)，為了滿足行車(chē)安全，需要合理設(shè)置坡度和坡長(zhǎng)，保證最小縱坡值≥0.3%。豎曲線是兩個(gè)直線坡段轉(zhuǎn)折點(diǎn)位置設(shè)置的線性結(jié)構(gòu)，根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2017），豎曲線的最小半徑值為極限最小半徑值的1.5～2.0 倍，長(zhǎng)度≥3s 的設(shè)計(jì)行程。

3.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

山區(qū)公路起伏較大，沿線較長(zhǎng)，而且地形環(huán)境復(fù)雜，因此平面線形中曲線占比較大。為了使平縱線形組合更加合理，可以從以下方面開(kāi)展設(shè)計(jì)。

第一，綜合考慮各種因素。山區(qū)公路路線平縱線形組合需要結(jié)合山區(qū)地形、地物等因素進(jìn)行考慮，以當(dāng)前公路設(shè)計(jì)規(guī)范為依據(jù)，選取合理的平縱線形指標(biāo)，從而設(shè)計(jì)出平順、連續(xù)的平縱線。

第二，平面線形設(shè)計(jì)要點(diǎn)。該項(xiàng)目采用高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度100km/h，雙向四車(chē)道，路基寬度26.5m，其余技術(shù)指標(biāo)采用規(guī)定值。該工程的主要技術(shù)指標(biāo)如表1 所示，平曲線一般最小半徑采用1030m，最小豎曲線半徑凸形采用16000m，最小豎曲線半徑凹形采用10000m。

表1 主要技術(shù)指標(biāo)表

第三，縱斷面線形設(shè)計(jì)要點(diǎn)。根據(jù)《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2017），對(duì)縱斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)前需要對(duì)縱斷面縱坡值、豎曲線半徑以及長(zhǎng)度進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。在該工程中，選擇較小的縱坡坡度值，在地形條件較好的區(qū)域，延長(zhǎng)長(zhǎng)度以降低坡度，可用于比較長(zhǎng)的打隧道設(shè)計(jì)。豎曲線盡量選擇較高的技術(shù)指標(biāo)，具體的參數(shù)如表2 所示。

表2 縱斷面設(shè)計(jì)參數(shù)

3.3 平縱線形組合設(shè)計(jì)方法

平面設(shè)計(jì)和縱斷面決定著道路空間位置，當(dāng)平曲線和豎曲線組合設(shè)計(jì)時(shí)，就構(gòu)成了平縱線組合設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)方法如下。

第一，選取組合路段。在設(shè)計(jì)中要將平曲線和總曲線對(duì)應(yīng)，并確保豎曲線在平曲線的緩和曲線路段中。平曲線線形是組合設(shè)計(jì)的基本型，需要確保平曲線長(zhǎng)度≥200m。第二，確定變坡點(diǎn)。為了確保路線合理安全先行，需要根據(jù)設(shè)計(jì)需求設(shè)置相應(yīng)的變坡點(diǎn)。其位置最好對(duì)應(yīng)圓曲線的中心位置，并且相鄰的兩個(gè)變坡點(diǎn)距離應(yīng)該在200m 以上。第三，確定變坡點(diǎn)高程與調(diào)整。在確定變坡點(diǎn)位置后，需要初步確定變坡點(diǎn)高程，選擇切線控制的方法，確定豎曲線半徑，并且設(shè)置豎曲線。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，平曲線和豎曲線不能交叉，且豎曲線半徑和平曲線半徑應(yīng)該成比例。如果受到構(gòu)筑物的影響，需要在滿足組合設(shè)計(jì)需求的前提下，對(duì)變坡點(diǎn)進(jìn)行小幅度調(diào)整。第四，組合設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。需要避免拐點(diǎn)重合，以免造成曲線扭曲，影響路段連續(xù)性。當(dāng)山區(qū)公路設(shè)計(jì)車(chē)速在40km/h 以上時(shí)，平曲線設(shè)計(jì)應(yīng)該注意駕駛員的視線，確保駕駛員能夠提早發(fā)現(xiàn)平曲線情況，以便提前做出判斷。

4 山區(qū)公路平縱線組合設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)

選擇車(chē)載GPS 測(cè)速儀，對(duì)研究的山區(qū)公路進(jìn)行測(cè)速研究。車(chē)載GPS 經(jīng)過(guò)平縱線組合設(shè)計(jì)路段，采用自動(dòng)、連續(xù)記錄實(shí)測(cè)的方式，測(cè)試汽車(chē)行駛速度。在試驗(yàn)路段確定連續(xù)測(cè)點(diǎn)位置，分別選擇大型車(chē)和小型車(chē)進(jìn)行GPS 測(cè)速。利用連續(xù)測(cè)速的方法，可以反映道路線形條件。由于山區(qū)公路建設(shè)周期較長(zhǎng)，后期如果改建費(fèi)時(shí)費(fèi)力，因此選擇連續(xù)測(cè)速，在設(shè)計(jì)階段就對(duì)道路平縱線組合進(jìn)行評(píng)價(jià)，為后續(xù)的施工提供指導(dǎo)。當(dāng)前的道路設(shè)計(jì)都是以速度為設(shè)計(jì)依據(jù)，選擇最小計(jì)數(shù)指標(biāo)值進(jìn)行設(shè)計(jì)，保障設(shè)計(jì)安全性。山區(qū)公路平縱線組合路段是事故高發(fā)地段，選擇連續(xù)測(cè)試的方法，能夠?qū)M合設(shè)計(jì)的指標(biāo)選取提供參考，可以確保組合路段安全行駛。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，由于受到各種因素的制約和影響，山區(qū)公路平縱線組合的設(shè)計(jì)難度較大。如果平縱線組合設(shè)計(jì)中某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，可能會(huì)對(duì)路線設(shè)計(jì)質(zhì)量產(chǎn)生不良影響，最終危及行車(chē)安全。在設(shè)計(jì)、修建的過(guò)程中要體現(xiàn)以人為本、修路為民的理念，加強(qiáng)與建設(shè)單位、地方交通部門(mén)、沿線百姓之間的溝通，重視環(huán)境保護(hù)、水土保持，做好相關(guān)設(shè)計(jì)與處理工作。此外，還要在相關(guān)規(guī)范的指導(dǎo)下進(jìn)行道路設(shè)計(jì)，結(jié)合山區(qū)公路的具體情況，綜合考慮各種因素，保障設(shè)計(jì)質(zhì)量，確保山區(qū)道路行車(chē)的安全。