山区高速公路选线与平面设计问题

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　　摘 要：西部大开发全面推进，对于西部地区山区高速公路选线设计要求越来越高，因此而提出了选线时如何从根本上避免高填深挖，使公路与周边环境融为一体以及选线时合理选择线形指标，提出最优的平面设计方法,以及应注意的问题。
　　关键词：山区 高速公路 选线 平面设计 线形指标 问题
　　
　　引 言
　　山区高速公路选线是一项涉及面广，影响因素多，技术经济复杂的综合性的工作。它是由面到片，由片到线，由粗略带到细致的过程，是逐步具体化，补充修改和提高的过程。选线要先通过总体布局解决基本走向，再解决局部路线方案直到具体定线，选线必须进行总体设计和方案比选，进而确定最优路线方案。公路是一种带状的三维构造物，是铺设于大自然中的工程实体，因此，公路设计不仅要满足其自身的功能要求，还要着重研究山区中的各种相关的复杂的地形、地质等因素。公路总体设计内容涵盖了公路自身功能要素和山区中的各种因素，设计也就是对这些要素、因素进行综合分析，使其系统化、有机化的过程，最终使建造的公路达到既能满足其自身功能要求，又能与山区大自然相融合，达到协调与平衡的目的。
　　1、山区高速公路选线
　　1.1选线的原则：
　　（1）根据高速公路的使用任务和性质，综合考虑路线区域国民经济发展情况与远景规划，正确处理近期与远景的关系，在总体规划的基础上合理选定路线方案，保证行车安全、迅速、舒适、前提下，力争路线最短。
　　（2）领会计划任务书精神，依靠地方领导和群众，深入现场，多跑、多看、多问、多比较，调查当地地形、气候、土壤、地质、水文等情况，提出有价值的方案。
　　（3）选线应贯彻工程经济与运营经济结合的原则，在不增加工程造价的情况下，尽量提高技术指标，在不降低技术指标的情况下，尽量降低工程造价。
　　（4）充分利用有利地形、地势，尽量回避不良地带，正确运用技术标准，从行车的安全、畅通和施工，养护的经济、方便着眼，对路线与地形的配合加以研究，搞好路线他平、纵、横的结合，力求平面短捷顺适、纵面平缓均匀、横面稳定经济。
　　（5）路线应选择地质稳定、地形良好的地区通过，尽量避免穿过不良地质地段。必须穿过时，应选择合适位置，缩小穿越范围，并采取必要的工程措施。
　　（6）选线应与环境保护相结合，名胜风景、古迹地区应保护历史文物遗址，线形与构造物应与周围景观环境相协调。
　　（7）要考虑施工条件对选定路线的影响，推荐路线方案要注意结合可能的施工方式和施工力量，并积极采取新结构、新材料和先进的施工技术。
　　1.2选线要控制路基填挖高度
　　（1）山区公路的选线除应关注重点桥隧工程外，还要特别注重避免高填深挖路基，为此，要尽量避免沿地形陡峭的狭窄山谷布设路线。
　　（2）路基填挖工程量、填方高度、挖方高度及挖方边坡高度直接关系到工程安全、工程投资和环保景观，应对其进行合理控制。
　　2、路线平面线形设计
　　2.1 平面线形直线设计方法
　　对山岭重丘区而言主要根据地形特征，以地形为控制因素，以纵断面线形为主导，综合平面和横断面来确定路线。当路线布设在山区时，就不可避免地会受到纵坡限制，定线需考虑平面和横断面。同时，路线纵坡坡度、坡长也是设计必须考虑的重要因素。在这种考虑放坡的情况下，直线形设计方法的具体设计要点大致可分为安排路线、放坡、修正导向线、以点定线、以线交点、调整交点与曲线计算和敷设等步骤。
　　2.2 平面线形曲线形设计方法
　　曲线形的具体设计方法有多种，每种方法都有其较为成熟的设计思想和设计理论．但总的设计思路大致相同，归纳起来可分为5步实施。
　　(1)确定控制点。根据路线的走向、地形地物和环境的约束条件以及线形布设的标准和技术要求。在现场或纸上确定一系列线位控制点，粗略定出路线所要经的位置。
　　(2)采用曲线形成线形骨架。在地形图上绘制若干直线段和圆弧段，或者选择拟合曲线来控制路线的总体线位形成路线的基本线形框架。
　　(3)确定合理的线形参数。反复设计拟定各线形要素之间的位置关系和参数值，或反复拟定拟合函数的参数值，确定最为合适的拟合曲线，直到满足规范和控制位置的要求，并认为是理想线位为止。
　　(4)曲线计算和调整。采用各种具体曲线形设计法的计算方法进行曲线计算，对线形总体技术指标是否均衡，以及局部能否满足控制要求进行审定， 对曲线进行修正和调整，直到满足要求为止。
　　(5)绘制平面线位图。根据曲线计算数据，利用有关软件生成平面线位图。
　　3、路线平面线形设计运用
　　3.1 直线
　　直线是两点间最简捷的路线。过去在设计中往往偏重于设置较长的直线。特别是设计山区公路时，争取有较长的直线，往往是工作的重点。但是直线的几何形态灵活性差，有僵硬而不易协调的缺点，所以难以适应地形的变化。而且特别过长的直线易使驾驶员产生单调、倦怠，注意力不集中，甚至感觉迟钝，反应缓慢，难以准确目测车间间距，增加夜间车灯眩目的危险，还会导致超高速行驶状态，这些均易造成事故。
　　在《公路路线设计规范》(下称《规范》)中，对直线的长度给予了限制，要求直线的长度一般不宜超过设计车速的20倍，并要求在长直线两侧地形过于空旷时，采取栽植不同树种、设置风格各异建筑物等方式减轻景观单调的感觉。同时，在强调线形设计以曲线为主的情况下，要从客观条件出发、实事求是，不能生搬硬套一味地追求以曲线为主，增加不必要的工程量和工程投资。
　　综上所述，在山区高速公路的平面线形设计上，要以曲线设计为主，力求线形与地形、地物协调配合，保持线形的连续畅通、美观协调。同时又要结合地形，实事求是，从实际出发做出符合当地客观条件的设计。
　　3.2 圆曲线和缓和曲线
　　(1)一般情况下采用极限最小半径的4～8倍或超高为2％ ～4％的圆曲线半径。
　　(2)自然条件受限制时，应尽量采用大于或接近一般最小半径的圆曲线半径。
　　(3)只有在自然条件特殊、不得己时方可采用极限最小半径，以满足汽车运动学上的安全要求，但必须在一定路段设法使曲线半径逐渐变小或者在布置上设法使驾驶人员能事先意识到前面有急转弯。
　　(4)圆曲线半径过大以致使驾驶员感到与直线并无区别时，也无实际意义，因此，最大半径一般不宜超过10O00 m。
　　选用半径时，为适应地形，应尽可能采用大半径曲线，并必须研究前后线形要素间的相互关系，考虑线形所有指标的均衡。同时要特别注意斟酌平曲线同纵坡的关系，勿使小半径曲线与陡坡重合。
　　为了使汽车从直线段到曲线段或从大圆曲线到小圆曲线平顺地行驶，使曲率及路面横坡变化缓和等，必须设置缓和曲线。汽车按等速行驶，转向盘等速转动所产生的轨迹与回旋曲线基本一致，所以在公路上用回旋曲线作为缓和曲线。其优越性为：①容易适应自然地形，并且增加了线形设计的自由度。② 增进线形美观，线形变得平顺，适合驾驶员视觉和心理上的要求，有利于安全、舒适运行，增加乘车人的舒适感。因此，在线形设计中应把回旋曲线作为主要线形要素加以运用。
　　为了视觉上获得协调而又平顺的线形，在确定回旋曲线参数时，一般应在下述范围内选定：
　　R／3≤ A≤R
　　式中：A 为回旋曲线参数，A =L R；L 为回旋曲线长度；R 为与曲线相连接的圆曲线半径。
　　为了适应地形、地物圆曲线两边的回旋曲线参数可不相等，设计成非对称型的曲线。平曲线半径越大，回旋曲线越长，其长度与平曲线半径成正比。为使线形连续、协调，回旋曲线：圆曲线：回旋曲线的长度之比最好设计成1：1：1。

　　在设计山区高速公路时，也遇到如何设置缓和曲线及其与圆曲线的关系问题，开始也只是按照《规范》的要求，设置最小缓和曲线长度，经过学习国内外的经验，逐步提高了对缓和曲线作用和应用的认识，采用了结合地形设计缓和曲线，如在京珠(北京一珠海)公路湖南段的设计中，就采用了较长的缓和曲线与圆曲线相结合。
　　总的来说,路线线形走向要与山川、河流、大地的形势相吻合，强拉直线将会硬切山梁，横过山谷应尽量避免长直线线形。平曲线线形指标过高也会因切山填谷而造成深挖高填，山区高速公路选线、定线时，应注意路线及其结构物的所有设计要素，选择恰当的平曲线半径及其组合线形，使其尽可能与地形地貌相吻合，土石方开挖量要尽量少，将对自然的破坏减少到最小。凡是路线平、纵组合得当、线形较均衡、相邻平曲线半径的比值在2以内时，即使平曲线半径采用一般最小半径的1～2倍。线形组合采用“S”形或卵形的路段，也能达到“快速、方便、舒适、安全”的要求，但路段过长时，驾驶员因注意力高度集中而易感到疲惫，舒适条件稍差。当平曲线半径选用一般最小半径的3～5倍、相邻平曲线半径的比值在2以内时，驾驶员操作轻快、感到“快速、方便、舒适、安全”。因此山区高速公路的平曲线半径一般选用最小半径的3～5倍为宜，特殊困难路段可选用 最小半径1～2倍，尽量避免极限值。但连续低标准路段不宜大于20km，相邻平曲线半径的比值一般控制在2以内，不应忽大忽小，随地形变化逐渐过度较好；线形组合应顺适地形，可用基本形、“S”形或卵形，尽量避免 “C”形或凸形；尽量避免在较长的直线两端设置小于或大于一般最小半径的平曲线，必要时在长直线与小半径平曲线之间设置R>L（直线长度）的过度曲线。
　　4、线形设计应注意的问题
　　山区高速公路的勘察设计中，应注意不断提升设计理论，提高设计水平，坚持“以人为本、安全第一、环保优选”的原则，按交通部公路勘察设计典型示范工程的有关要求，从源头抓起，搞好山区高速公路的选线设计，把选线设计与路基环保设计理融为一体，从根本上避免高填深挖。
　　不把工程本身和投资放到路线方案的第一取舍位置，而应首先选择有利于环境保护或对环境及景观影响较小的方案，使公路路域与周边环境融为一体，取得公路建设与环境保护双赢的良好效果。
　　对于地形复杂的山岭、重丘地区，采用直线形设计方法进行平面线形设计很难满足要求。此时，曲线形设计方法应被工程设计人员所重视。
　　公路平面线形设计除了考虑主要的技术标准外，还必须把公路平曲线形影响交通安全这种理念贯彻到整个设计之中。
　　5、结束语
　　安全、快速、舒适是高速公路线形设计的基本要求。随着国家西部大开发战略的实施，西部高速公路的建设更加迅猛地发展起来，然而西部地区地形复杂，设计指标一般偏低，通常还有深路堑、高路堤、桥隧连接等情况出现，导致工程造价较高，工程实施相对东部平原地区较为困难。因此，优良路线设计方案有利于从根本上避免高填深挖工程，实现公路建设与环境保护双赢的良好效果，为更好地实现公路建设的可持续发展战略做出贡献。因此，山区高速公路选线工作非常重要。
　　参考文献
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　　［2］赵一飞.杨少伟.高速公路设计［M］. 北京:人民交通出版社，2006
　　［3］高建华.王玮.公路线形设计［M］.河南：黄河水利出版社，2005
　　［4］JTJ011-94,公路设计规范［S］

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