浅谈山区高速公路路线设计

浅谈山区高速公路路线设计

闫战良

中交通力建设股份有限公司闫战良陕西省西安市710075

摘要：高速公路的路线是“纲”，桥、遂、交叉等附从于路线。因此线形几何设计是高速公路的重要组成部分，它的安全、适用、经济以及美观与否，决定着整条高速公路的设计成败。

关键词：高速公路路线设计；安全；舒适；经济；美观

1.前言

高速公路是国家交通现代化的标志，它是需要高额投入、长期使用的公共基础设施。它一经规划和修建，将现在没有影响国家的城市化布局、国土的整治和利用、区域规划和建设以及经济带的形成，尤其对周围环境景观有巨大影响，所以对高速公路路线设计应高度重视。公路线形设计包含两个方面，即公路线形本身的协调以及公路与沿线周围环境的协调。前者是指公路线形本身要连续、均衡与协调，即平、纵、横三个方面的良好组合；而后者是指路线与周围环境有机地融为一体。

2.安全性原则

公路的发展缩短了时空距离，加快了人流物流周期，刺激了社会经济的繁荣发展，大大推进了人类文明进程。通过对大量统计数据的研究发现，交通事故与道路线形条件之间存在着必然联系。

1）突变的几何线形不是驾驶员所期望的

高速公路交通事故往往因车辆行驶速度发生急剧改变（超速、过度减速）而引发，而引发行车速度较大改变的本质原因是不均衡的线形要素组合。例如，山区高速公路某曲线半径采用2000米，而相邻的曲线半径由于受到地形条件限制采用500米，从技术标准看可能并没有超出规范要求，但由于两曲线设计要素使用不均衡而存在安全隐患，因为驾驶员对线形的急骤变化不能相适应而经常发生事故。

2）线形组合、视线诱导以及明确度是衡量线形使用质量的重要指标行驶距离和车速变化易使车辆引导错误方向，以致对前方线形产生疑惑现象，甚至误导到完全错误的方向。例如：短凹纵断面、陡峭凸形纵断面、起伏频繁的纵断面、过分曲折路线、短平曲线、两平曲线间夹过短直线（即断背曲线）等等。这些有缺陷的线形对高速驱车行驶驾驶员来说，其转动方向盘的反应时间只有短暂的瞬间，很容易产生视觉错误与迷惑，这种线形对于高速行驶车辆有着不安全感和危险性。其原因是由于平面线形虽只有一个要素，但其纵断面线形可能分解成若干个要素；或者纵断面虽只有一个要素，而平面线形却有若干个要素。之所以特别强调高速公路线形要设计成为以连续曲线组成的立体空间线形，就是将平面线形与纵面线形的变曲点，特别要求在同一点上，以消除不安全感。为此，高速公路要按“平纵组合原则”去进行设计，要“平包竖、竖包圆”，这是在线形设计上确保安全的重要措施之一。平纵组合设计原则（见图1）。a是最理想的平纵组合方式，对较困难路段，可采用b、c竖曲线形式，d、e竖曲线形式应避免。

图1平纵组合设计

3）运行速度运用到公路路线设计中

运行速度是针对设计车速的不足而提出的一个概念，准确地说，由于不同的地点、驾驶员水平的高低、车辆的不同、气候的变化、交通流状况的差异等因素均导致运行速度不可能一致，因而运行速度本质上是一个统计值，考虑到满足大多数情况的要求，目前国际上均采用85%的车辆能达到的最高安全时速作为运行速度，计为v85。

3.舒适性原则

高速公路线形设计，要特别考虑到高速公路功能需要。对驱车高速行驶的驾驶员来说要求有更良好的视线诱导，使之在高速驱车行驶过程中感到心情轻松与愉快，不感到紧张和危险，从而减轻驾驶人员的疲劳感，增加驾驶人员的舒适性。

舒适感包含视觉环境和运动感觉两个方面。视觉舒适来源于：一是线形本身的平顺、连续、均衡，二是与道路周围环境相协调，使其景观优美。对于运动感觉即平衡感觉，如在曲线上行驶时的离心力感觉；对在不同半径曲线段上行驶时曲率变化的感觉；对加减速时加速度的感觉；这些对长时间在高速公路上行驶的车辆尤为重要。

4.经济性原则

设计带来的节约，是工程建设过程中最大的节约，合理降低工程成本，永远是勘察设计追求的重要目标之一。在保证山区高速公路舒适安全、提高工程质量、保护生态环境的前提下，必须在路线设计的全过程中贯彻“经济选线”的原则。

1）利用HintCAD软件进行路线优化设计

高速公路的平、纵、横的设计与组合，关系到路线使用功能，也关系到工程造价和运营成本，山区复杂地形高速公路平面定线的合理与否更是如此。公路平面线形与纵面、横断面的形式紧密相关，这就要求在山区高速公路的平面定线中注重平、纵、横立体线形的综合设计，注重路线的多方案比较选择。

HintCAD公路设计软件凝聚了许多当前国际上先进的设计思想，其灵活多样的轴线设计工具和方法帮助设计人员流畅、准确的表达设计意图，诸如在山区高速公路平面定线中灵活、快捷的敷设“S”型、卵形、复合型曲线，以使平面线型更好的适应地形条件，达到设计上的合理。山区高速公路的平面定线就是一个不断调整、比较、优化的重复过程，采用HintCAD软件进行路线设计正可帮助广大设计人员从大量的重复性劳动中解放出来，将更多的精力投入到方案设计上。

2)进行多方案比选，确定最合理方案

做好山区高速公路路线方案比选与工程方案比选，对工程造价有着重要影响。路线方案与工程方案有着极强的内在联系，相辅相成，工程方案方案中的高路堤、高架桥、深路堑、隧道等方案的选用，对路线方案有着重大的制约与影响，选择不同的工程方案往往改变了路线的总体布局，这正是山区公路的重点与难点。

山区高速公路给人们最直观、最深刻的印象是高填深挖段落多、桥遂占路线里程的比重大，这是直接导致造价高的重要因素。高填深挖路基不仅对环境造成严重的破坏，而且其安全性、耐久性也令人忧虑不安；而长隧道不仅造价高，而且通风、照明、消防等增加了运营养护费用。因此，“以桥梁取代高路堤，以隧道取代深路堑，以隧道群取代特长隧道，在可能情况下调整线位以桥换隧”的思路（见图2）应贯穿平、纵面布设的始终，反复优化线位，以降低工程造价、更好的保护环境。

图2路线优化思路流程图

5.美观性原则

公路美学理论一直在探讨之中，何为“美”，仁者见仁，智者见智。笔者认为它是路与自然的结合美，是人在路上的舒适与和谐。

1）公路线形美是公路设计之魂

公路选线应尽量与所经地区的整个环境和局部环境都有很好的配合，建成后与周围自然风景有机地融为一体，感觉公路是从地面上长出来一样。优美的线形，富有诗情画意的境界，行车视野的多样性、可视性，车行影移，引人入胜，给人一种美的享受，减轻司乘人员疲劳感觉。对于旅游区公路来说，道路本身就应该是一条风景带。

2）减少对原生态环境的改变和破坏

为了确保公路沿线区域的环境质量和可持续发展，公路建设应尽量减少对原有生态环境，包括植被、树木、地形、地貌的干扰和破坏。

3）加强高速公路景观设计

公路景观是道路使用者的视觉所能看到的各种自然景观与公路、交通要素的综合体，是公路三维空间加上时间和人的视觉、心理感受等形成的综合环境效应。

6.结语

公路线形是车辆运行的直接载体，一旦确定，无论优劣，都很难改变。任何一个不安全的指标、一个不良的组合设计都可能形成交通安全隐患，所以设计者必须认识到所绘制的每条线不仅是几何线，还是经济线、能源线、环境线，更是生命线。

参考文献:

［1］JTGD20－2006，公路路线设计规范．

［2］李杰，等．基于运行车速的公路线形设计思路．公路，2007(6)．