山區(qū)公路項(xiàng)目路線平縱線形組合設(shè)計(jì)

李南南

（新疆交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830099）

0 引言

我國(guó)作為山嶺重丘較多的國(guó)家，隨著公路交通的不斷完善，山區(qū)公路也迎來(lái)了高速發(fā)展的建設(shè)期。而山區(qū)具有地形、環(huán)境及水文地質(zhì)條件復(fù)雜多變的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)施工難度較大。在公路平縱線形組合設(shè)計(jì)時(shí)，要結(jié)合山區(qū)實(shí)際情況，綜合考慮多種影響因素，以保障安全為基礎(chǔ)，遵循合理性原則，選擇最佳的線形數(shù)據(jù)，提高山區(qū)公路平縱線形的協(xié)調(diào)性，盡量減少生態(tài)破壞，確保交通運(yùn)輸質(zhì)量及安全。

1 平縱線形組合概述

1.1 平縱線形組合概念

平縱線形組合指在滿足車輛運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)要求的基礎(chǔ)上，研究如何達(dá)到視覺(jué)及心理上的連續(xù)性、舒適性以及和周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)性要求，并具有較好的排水條件，以保證行車的舒適性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。

1.2 平縱線形組合形式、特征及優(yōu)缺點(diǎn)

公路平縱線形組合形式共包括六種，即恒等坡度直線、下凹直線、凸起直線、恒等坡度平曲線、下凹平曲線、凸起平曲線。其具體特征、優(yōu)缺點(diǎn)及注意事項(xiàng)如表1 所示。

表1 平縱線形組合的特征、優(yōu)缺點(diǎn)及注意事項(xiàng)

公路平縱線形組合形式的立體線形要素如圖1所示。

圖1 各種直線和曲線組合的立體線形要素

2 山區(qū)公路平縱線形組合設(shè)計(jì)原則及影響因素

2.1 山區(qū)公路平縱線形組合設(shè)計(jì)原則

2.1.1 關(guān)于沿河（溪）平縱線形組合的設(shè)計(jì)原則

在山區(qū)建設(shè)公路，路線沿河流及溪流的情況很難避免，因而在設(shè)計(jì)過(guò)程中需高度重視河道、線路高程與跨河換岸位置之間的關(guān)系，通過(guò)合理地選擇地形，避開(kāi)部分不利地形，避免施工期間遭受泥石流、山體滑坡、崩塌及凍土的影響，減少外界對(duì)施工的干擾、阻力，同時(shí)最大程度降低山區(qū)公路開(kāi)通運(yùn)營(yíng)后的安全隱患，確保山區(qū)公路投入運(yùn)營(yíng)后的安全性，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。例如，在跨河換岸地段的設(shè)計(jì)時(shí)，一般傾向于選擇較平坦的河岸，并且同步考慮地質(zhì)情況，保證巖層與設(shè)計(jì)路線相背，避免開(kāi)挖時(shí)遇到滑坡。

2.1.2 關(guān)于山嶺區(qū)平縱線形組合的設(shè)計(jì)原則

一般在山嶺區(qū)，山埡口到山坡腳的高差比較大，二者之間的直線距離比較短，當(dāng)遇到這種地形時(shí)，平縱線形組合設(shè)計(jì)就需要根據(jù)地形情況，合理利用突出山梁的螺旋線升降坡，并利用橋隧等建（構(gòu)）筑物輔助修筑山區(qū)公路。

2.1.3 關(guān)于越嶺線埡口平縱線形組合的設(shè)計(jì)原則

當(dāng)山區(qū)公路位于越嶺線埡口區(qū)域時(shí)，此時(shí)平縱線形組合設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是對(duì)埡口、過(guò)嶺高程以及埡口兩側(cè)路線展線之間關(guān)系的處理。這里面，埡口的選擇尤為關(guān)鍵，要充分考慮水文地質(zhì)情況來(lái)評(píng)定。通常，要結(jié)合以下幾點(diǎn)來(lái)對(duì)埡口的確定進(jìn)行評(píng)定：一是埡口和線路方向需盡量保持一致，其標(biāo)高和兩側(cè)對(duì)路線的發(fā)展有利；二是若埡口正好位于公路線路方向上，但與山腳距離短、高差大，應(yīng)選擇條件好但是與線路方向更遠(yuǎn)的埡口；三是當(dāng)埡口高程相差較大時(shí)，應(yīng)考慮其兩側(cè)有相對(duì)開(kāi)闊的山坡和山谷，并向路線發(fā)展，借助隧道降低高程。因此，要考慮多重因素來(lái)做好越嶺線埡口的選線，做到公路路線盡量短，并實(shí)現(xiàn)山區(qū)公路經(jīng)濟(jì)效益最大化。

2.2 山區(qū)公路平縱線形組合設(shè)計(jì)影響因素

2.2.1 復(fù)雜的地理環(huán)境

山區(qū)公路平縱線形組合設(shè)計(jì)一般受以下因素影響：一是復(fù)雜的地理環(huán)境。與平原地區(qū)相比，山區(qū)的地形和地質(zhì)在結(jié)構(gòu)和組成上都很復(fù)雜。此外，山區(qū)地形條件多變，特別是在一些極端天氣環(huán)境下，會(huì)出現(xiàn)泥石流、滑坡或地面局部塌陷等險(xiǎn)情。二是受山區(qū)復(fù)雜地理環(huán)境的影響，山區(qū)氣候也處于不穩(wěn)定狀態(tài)。洪澇、暴雨等自然災(zāi)害發(fā)生頻率較高，這些因素也會(huì)對(duì)山區(qū)公路的平縱線形組合設(shè)計(jì)產(chǎn)生不利影響。三是山區(qū)溝壑交錯(cuò)常見(jiàn)，不得不采用高填深挖的施工方式，增加人力、物力的消耗。

2.2.2 環(huán)境保護(hù)的需要

山區(qū)原有生態(tài)環(huán)境比較完整，具有多種自然植物和生物形態(tài)，自然環(huán)境優(yōu)美，但在一定程度上增加了山區(qū)公路修筑的困難，主要體現(xiàn)在線路的確定上。線路選擇不應(yīng)和自然環(huán)境相沖突，應(yīng)避免破壞山區(qū)的植物和原生態(tài)環(huán)境，確保路線設(shè)計(jì)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。同時(shí)，在選址時(shí)還應(yīng)考慮施工對(duì)環(huán)境造成的污染問(wèn)題，避免公路后期的施工對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的污染。

2.2.3 山區(qū)可利用資源稀缺

山區(qū)地形條件具有復(fù)雜、多變、陡峭等特點(diǎn)，可利用的地形廊道、林道不多。山區(qū)的地形條件也對(duì)路線的走向起決定性作用，因此山區(qū)可利用的通道不多，要設(shè)計(jì)出比較理想的路線非常困難。另外，應(yīng)充分利用現(xiàn)有通道進(jìn)行線路設(shè)計(jì)，并對(duì)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行充分考慮，結(jié)合地形條件，全面提升山區(qū)公路的使用功能。

2.2.4 山區(qū)公路線路的技術(shù)參數(shù)

對(duì)山區(qū)公路線形設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮公路等級(jí)和技術(shù)指標(biāo)，遵循山區(qū)地形區(qū)位條件，相應(yīng)提高道路容錯(cuò)率，在寬度有限的條件下盡可能滿足通行需求。在保證路面結(jié)構(gòu)層穩(wěn)定的情況下，最大限度地提高交通荷載。

3 山區(qū)公路平縱線形組合設(shè)計(jì)

3.1 山區(qū)公路平縱線形組合設(shè)計(jì)要點(diǎn)

山區(qū)公路設(shè)計(jì)路線一般較長(zhǎng)，且多在山丘、溪流等地形環(huán)境中分布，這使得曲線在山區(qū)公路設(shè)計(jì)中所占比例較大。甚至，全曲線在很多山區(qū)公路設(shè)計(jì)中也有采用，這對(duì)行車安全有直接影響。因此，這就要求在山區(qū)道路設(shè)計(jì)過(guò)程中，要注意平縱線形的組合設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)將工程的安全性作為重點(diǎn)考慮因素，確保設(shè)計(jì)出較為科學(xué)、高效、合理的平縱線形組合。在工程實(shí)踐中需要做到以下幾點(diǎn)：

3.1.1 對(duì)山區(qū)公路進(jìn)行平縱線形組合設(shè)計(jì)時(shí)，須綜合考慮相關(guān)因素，并根據(jù)山區(qū)的地形和自然環(huán)境等條件，選擇適宜的平縱線形參數(shù)，確保設(shè)計(jì)的平縱線形應(yīng)連續(xù)、平順，使司機(jī)能保持視覺(jué)連續(xù)性，提高行車的安全性。

3.1.2 當(dāng)平、豎曲線半徑均較小時(shí)，要嚴(yán)格控制它們之間的對(duì)應(yīng)程度，當(dāng)它們的半徑同時(shí)增大時(shí)，對(duì)應(yīng)程度可適當(dāng)放寬，若它們的半徑較大時(shí)，彼此對(duì)應(yīng)程度可不必太嚴(yán)格，并應(yīng)使平豎曲線盡可能保持一定的平衡。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，平曲線半徑若比1000m 小，則它的半徑與豎曲線的設(shè)計(jì)比宜介于1∶20～1∶10 之間。當(dāng)平曲線的半徑為1000～2000m 時(shí)，平、豎曲線半徑之比宜設(shè)計(jì)介于1∶50～1∶25 之間。在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，一般圓曲線按照最小半徑值來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如表2所示。平曲線、豎曲線長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，但是不得小于最小長(zhǎng)度，具體如表3、表4 所示。

表2 圓曲線半徑值

表3 平曲線最小長(zhǎng)度

表4 豎曲線最小長(zhǎng)度

3.1.3 緩和曲線和豎曲線應(yīng)盡量避免對(duì)應(yīng)重合，特別是S 形曲線和凹形曲線的底部不能相重合。

3.1.4 應(yīng)避免小半徑圓曲線和凸形豎曲線的頂部相重合，確保路線平順，沒(méi)有急轉(zhuǎn)彎路段，不然將導(dǎo)致司機(jī)視野受限，缺少足夠的反應(yīng)時(shí)間。

3.1.5 山區(qū)公路平面在設(shè)計(jì)時(shí)，曲線形式應(yīng)盡可能不采用S 形及斷背，因?yàn)檫@些曲線會(huì)使道路在視覺(jué)上形成一定的扭曲、失真，導(dǎo)致路線線形的連續(xù)性不符合要求，容易使司機(jī)產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)，甚至引發(fā)交通安全事故。

3.2 山區(qū)公路平縱線形組合中平包豎的設(shè)計(jì)方法

目前，我國(guó)山區(qū)公路路線多是依照平包豎進(jìn)行設(shè)計(jì)的，我國(guó)公路設(shè)計(jì)規(guī)范中也明確指出了幾種可行的案例，并列出了哪種形式效果最好。但在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，卻沒(méi)有相應(yīng)的操作方法規(guī)定。因此，結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，及我國(guó)現(xiàn)行的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，其主要設(shè)計(jì)內(nèi)容含以下幾個(gè)方面。

3.2.1 在設(shè)計(jì)中，首先對(duì)變坡點(diǎn)進(jìn)行確定。為使線形組合設(shè)計(jì)更加安全、合理，可根據(jù)平曲線和直線段具體長(zhǎng)度設(shè)置一個(gè)或多個(gè)變坡點(diǎn)。如果線段的總長(zhǎng)度較短，可設(shè)置一個(gè)變坡點(diǎn)在中心點(diǎn)附近。

3.2.2 一旦確定了變坡點(diǎn)的位置，應(yīng)確定其相應(yīng)高程，并通過(guò)切線控制的方法確定豎曲線的半徑，然后再確定豎曲線，這時(shí)應(yīng)注意豎曲線與平曲線二者的半徑成一定的比例，且平曲線不能出現(xiàn)任何交錯(cuò)布置。

3.2.3 當(dāng)線形組合設(shè)計(jì)受結(jié)構(gòu)限制而需要改變?cè)O(shè)計(jì)縱斷面時(shí)，變坡點(diǎn)應(yīng)在原位置附近進(jìn)行小范圍調(diào)整，以保證其滿足線形組合設(shè)計(jì)的要求。

3.3 山區(qū)公路平縱線形組合設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

為確保山區(qū)公路平縱線形組合設(shè)計(jì)更加安全、高效，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

第一，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡力避免拐點(diǎn)之間的任何重疊，特別是應(yīng)該將凸形豎曲線的頂部或凹形豎曲線的底部和反向平曲線的拐點(diǎn)分離，避免兩條曲線存在扭曲現(xiàn)象。第二，山區(qū)公路如果設(shè)計(jì)速度大于40km/h，應(yīng)讓駕駛員在靠近頂部時(shí)能發(fā)現(xiàn)平曲線，以此降低交通事故的概率。

4 結(jié)語(yǔ)

山區(qū)公路作為我國(guó)公路交通網(wǎng)絡(luò)中的重要組成部分，發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用。而由于山區(qū)公路的特殊性，其平縱線形組合設(shè)計(jì)比較復(fù)雜、系統(tǒng)，對(duì)公路運(yùn)營(yíng)的安全性影響重大，一旦平縱線形設(shè)計(jì)不合理，就極易造成交通安全事故。為此，在實(shí)踐中，設(shè)計(jì)人員要綜合研究、考慮，確保設(shè)計(jì)的合理性。本文以確保設(shè)計(jì)方案的合理性為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)闡述山區(qū)公路平縱線形設(shè)計(jì)的原則及其影響因素，并對(duì)其設(shè)計(jì)要點(diǎn)、設(shè)計(jì)方法及注意事項(xiàng)進(jìn)行了探討，對(duì)山區(qū)公路的平縱線形組合設(shè)計(jì)工作具有重要的指導(dǎo)、借鑒意義。