山区复杂条件下公路线形设计的要点分析

欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧!

郑志明

中国公路工程咨询集团有限公司

摘 要：为改善山区公路工程路线设计质量，文章分析了其选线基本原则和影响因素，从直线长度、圆曲线半径、坡长、坡度、竖曲线半径等方面探讨了路线平面和纵断面线形指标选择方法，分析了不同平、纵线形组合形式的特点。同时，还研究了山区公路的避险车道设计、路线方案比选方法、路线安全性评价方法等，研究成果可为类似山区公路项目设计提供理论指导。

关键词：山区公路;设计原则;平纵指标;平纵组合;设计要点;

作者简介：郑志明（1989—）,男,专科,工程师,从事路桥设计工作。;

随着经济发展水平的提高，人们生活质量不断提升，汽车成为出行主要交通工具之一，为保证交通安全畅通，必须要加强公路设计工作。山区公路沟壑纵横、地质条件复杂，岩石风化严重，存在岩性破碎、遇水软化或崩解等特点。如果选线位置不当或相关线形指标不合理，容易引发安全事故，造成一定程度的人员伤亡和不良的社会影响[1]。大量工程实践表明，山区公路平面线路狭窄，纵断面起伏大，平纵组合困难。因此，山区公路选线是一项高度综合和系统的工程，深入研究公路线形设计的要点具有重要的工程意义。

1 山区公路选线原则和影响因素

1.1 山区公路选线原则

为了提高山区公路路线设计质量，建议遵循以下几个原则[2]:

(1）安全性原则。

通过对交通事故进行调查和分析，在线形不良路段事故发生概率高。在路线设计阶段，需要把安全性当做首要原则，并结合设计经验，合理优化路线走向和指标值。当路线穿过地质不良路段时，要尽量绕避，以免沿线的路基或桥梁在公路运营期间损坏。

(2）经济性原则。

在设计山区公路路线线形时，不能只考虑技术可行性，还要考虑工程的总体造价。造价过高，业主单位无法接受；反之，公路工程建设标准低，运营时服务水平差。

(3）灵活性原则。

现行路线规范给出的平、纵线形指标均为范围值，设计人员应结合项目实际情况灵活选用，但是要避免两种极端：一是认为路线平、纵指标越高越好。部分设计人员水平较差，生搬硬套规范，导致公路征地拆迁面积大、工程量大，对自然环境破坏严重；二是随意突破规范。部分设计人员安全意识薄弱，随意选择路线平、纵指标，导致公路在运营期间安全事故频发。综上，只有在地形受限制的路段才考虑突破规范值，并采取相应的安全保障措施。

1.2 山区公路影响因素

(1）地形因素。

横坡较陡时（>1∶1.25）不利于路基稳定性，可能沿着地表整体滑移。路线走向要避开地形陡峭路段。同时，平原区公路的纵向地形对路线标高影响不大，山区公路的纵向地形起伏大，对路线标高影响较大。对于高填深挖路段，应对路基与桥梁或隧道开展综合比选。

(2）地质因素。

地质因素包括工程地质、水文地质等，会直接影响山区公路的安全性。对于地质条件复杂的区域，路线在设计前要开展全面的地质勘察，使路线尽量绕开不良地质区域，以免公路在运营期间产生各种地质灾害。

(3）生态因素。

山区公路在建设期间不可避免会破坏原有地形地貌，对周边生态产生不利影响。为了响应国家绿色公路建设倡议，路线方案要尽量降低土石方规模，减少对周边生态的破坏。

2 山区公路平、纵线形设计

2.1 路线设计步骤

山区公路路线设计是一个层层推进，不断深入的过程，路线研究范围不断减小，工作内容由宏观向微观，大致可分为走廊带选择、路段方案比选、局部线位优化三个阶。其中走廊带选择适用于工程可行性研究阶段，是为了确定路线起点、终点、关键控制点等，在选择走廊带时可听取行政主管部门的意见，但不宜盲从；路段方案比选是山区公路路线设计的关键，适用于初步设计阶段，设计人员要结合现场初步勘测，对项目周边的控制点进行进一步加密；局部线位优化适用于施工图设计阶段，各专业人员要对现场地形地貌、水文地质等进行详尽地勘测，对局部不合理线形进行适当地优化。对于咨询的单位意见和专家意见，要及时沟通，确实需要修改的，必须修正。

2.2 路线平、纵指标分类

山区公路路线设计指标可分成强制性和非强制性两类。强制性指标在规范中用词为“应”（见表1），对公路路线安全性影响大，在设计时不宜突破一般值。而非强制性主要影响路线美观性和行车舒适性，在规范中用词为“宜”。

表1 山区公路线形强制性指标 下载原图

2.3 平面线形指标选择

平面线形设计就是对现场周边地形、地貌、水文、地质环境、自然及矿产资源分布情况进行全面实地考察，以明确道路的基本走向，并选择合理的指标值[3]。

(1）直线长度。

山区公路的地形起伏大，直线大多布置在相邻圆曲线之间，基本不会出现长直线，该文只讨论其最短直线长度的取值。由规范可知，同向曲线间和反向圆曲线之间的最短直线长度要分别大于6V、2V，其中V表示公路设计速度。

(2）圆曲线半径。

山区公路圆曲线半径不宜过大或过小，圆曲线半径过大，会增加公路的征地拆迁面积；圆曲线半径过小，车辆转弯时受到的离心力大，容易出现侧翻、滑移等事故，其最小半径R应满足式（1)[4]:

式中，V——设计速度（km/h）；μ——路面横向力系数；i——超高横坡（%）。

在实际项目中，山区公路圆曲线半径参考值，见表2:

表2 圆曲线半径参考值 下载原图

2.4 纵断面线形指标选择

在纵断面的设计中，至关重要的是确定变坡点的高程和位置，进而确定适宜的坡长、坡度和竖曲线（凹曲线和凸曲线），以确保公里路的纵坡平稳、起伏缓和。

(1）最小坡长。

一般情况下，坡长是指山区公路纵断面上相邻变坡点之间的长度。为了确保车辆在行驶期间不颠簸，坡长不宜太小。山区公路设计速度为80 km/h、100 km/h、100 km/h时，坡长最小值不得小于200 m、250 m、300 m。

(2）最大纵坡。

一般情况下，公路路线纵坡越大，行车安全性越差。比如在纵坡较大的上坡路段，驾驶员要频繁换档提高车辆动力；在纵坡较大的下坡路段，汽车的重力势能转化为动能，车速持续加快，司机需频繁制动。鉴于此，该文以百万车公里的事故率为评价指标，统计了多条山区公路在不同纵坡路段的平均事故率，并利用二次多项式函数拟合了山区公路纵坡坡度与事故率的关系，相关系数接近1，精确度满足工程需求，如图1所示。

图1 山区公路事故率统计 下载原图

由图1可知：山区公路纵坡坡度越大，事故率越高。当纵坡坡度小于5%，事故率变化不明显；当纵坡坡度超过5%，事故率呈骤增趋势，故建议山区公路在设计时路线最大纵坡坡度不超过5%。

(3）竖曲线。

为保障山区公路线形平滑过渡，应当在纵坡变坡点处插入竖曲线（凹形竖曲线或凸形竖曲线）。由于竖曲线的前后坡差较小，在实际工程中一般将竖曲线视作圆曲线。需注意，在竖曲线变坡点处，应当遵循地势，避免与相邻的平曲线均采用极限值。

2.5 路线平、纵组合

(1）平纵组合原则。

大量工程实践表明，山区公路平、纵线形要从视线引导、合成坡度、平纵曲线均衡性等方面考虑，具体阐述如下：一是线形组合要保证线形平顺，保证驾驶员视觉的连续性，缓解行车疲劳感和紧张感；二是合成坡度不宜过大或过小。合成坡度过大，车辆经过弯道时容易因离心力过大而产生侧滑、侧翻等事故，反之，不利于路面排水，易导致外侧车道或硬路肩雨水滞留。合成坡度I和排水不畅路段S的计算可参考式（2）和式（3）；三是要确保平纵线形指标的均衡性，满足“平包竖”，即平曲线半径宜与竖曲线半径重合，且前者长度要大于后者[5]。

式中，ih——超高横坡（%）；i——纵坡（%），imin——规范允许的最小合成坡度（%）；L0——临界长度（m）。

(2）平纵组合形式。

目前，山区公路常见的平纵组合线形包括直直、直凹、直凸、平直、平凹、平凸等，不同平纵组合形式的特点总结见表3:

表3 山区公路路线平纵组合形式对比 下载原图

3 山区公路线形设计其他要点

3.1 利用旧路优化路线

由于山区公路建设环境复杂且交通量不大，其投资金额通常受到限制。同时，山区的原始道路等级较低，多数属于三、四级公路，路线总体沿山势布设，垭口的选用十分合理，其工程规模已初具规模。为了提高线路通行能力和服务水平，在设计过程中应优先选择那些建设难度较小、工程量相对较少的布线位置，以便于利用旧路对路线进行优化，降低施工难度和工作量，从而提高路线方案的经济性。

3.2 避险车道设计

山区公路避险车道有上坡式、平坡式、下坡式等，其中上坡式避险车道能减缓车辆行驶速度，保证行车安全，应用较广泛。避险车道的线形要与主线线形相协调，宜布置在直线路段，不宜布置在曲线路段，以保证驾驶员视线的不受遮挡。此外，山区公路避险车道的长度L需考虑设计速度、避险车道坡度等因素，见式（4):

式中，µ——车辆轮胎与路面的摩擦因子，无量纲；i——避险车道坡度（%）。

3.3 路线方案比选

山区公路在设计时要初步拟定多条路线方案，并从技术、经济、环境保护等方面进行综合比选。在路线设计阶段，要抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，选择有代表性的路线方案比选指标，具体见表4。

表4 山区公路路线方案比选指标 下载原图

3.4 路线安全性评价

车辆在山区公路上的运行速度与设计速度不一定完全相同，甚至相差较大，此时路线线形指标可能不满足行车安全。为了解决这一问题，在路线设计阶段要对路线线形开展安全性评价，一般用某一路段设计速度与运行速度的差值Δ评价，当Δ<10 km/h、10 km/h <δ<20 km="" h、δ="">
20 km/h时，对应的路线线形安全性等级分别为好、较好、不良。

4 结论

该文总结了山区公路的路线设计原则，影响因素，平、纵指标选择，平纵组合等，得到了以下几个结论：

(1）山区公路在设计时应坚持安全性、经济性、灵活性等原则。

(2）山区公路路线线形设计是分阶段进行的，要严格遵守路线设计规范来选择平、纵线形指标。

(3）山区公路平、纵线形要从视线引导、合成坡度、平纵曲线均衡性等方面综合考虑，选择合理的组合形式。除此之外，山区公路路线设计还要重视避险车道设计、路线方案比选、安全性评价等内容。

参考文献

[1] 刘春雷.山区公路路线平纵线形组合优化设计[J].江西建材,2022(8):98-99+102.

[2] 侯振东.山区公路路线设计中线形标准及平面设计方法[J].工程与建设,2022(4):975-978.

[3] 王永峰,王涛,王佐,等.山区高速公路路线选线及桥梁设计考虑因素[J].公路,2022(5):42-45.

[4] 陈攻宇.复杂山区高速公路路线设计方案优化研究——以沿印松高速为例[J].工程技术研究,2022(8):190-192.

[5] 崔鹏飞.山区公路路线设计的基本思路与原则[J].交通世界,2021(36):68-69.

声明：我们尊重原创，也注重分享。有部分内容来自互联网，版权归原作者所有，仅供学习参考之用，禁止用于商业用途，如无意中侵犯了哪个媒体、公司、企业或个人等的知识产权，请联系删除（邮箱：），另本头条号推送内容仅代表作者观点，与头条号运营方无关，内容真伪请读者自行鉴别，本头条号不承担任何责任。