浅谈高速公路路线设计

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　　[摘要] 线路设计设计是公路工程设计的基础和灵魂。文章针对高速公路路线方案的选择，以及路线平、纵、横的设计，并结合目前公路建设的实际情况，提出了新型公路设计的思路与观点，对提升我国高速公路的设计水平具有指导作用。
　　[关键词] 高速公路 公路工程设计路线设计公路建设
　　
　　
　　引言
　　目前我国高速公路通车里程已跃居世界第二位，随着高速公路里程的增加,高速公路交通安全的形势越来越严峻。在影响交通安全的诸因素中，公路设计本身存在的一些问题是诱发交通事故的一个重要原因。已通车的高速公路中普遍存在的事故多发点或路段就足以证明这一点。高速公路安全性评价为有效预防交通事故的发生提供了一个非常有效的手段，体现了“安全、环保、舒适、和谐”的新理念，对提升我国高速公路的设计水平具有一定的指导作用。高速公路路线设计直接影响着行车的安全及舒适性，良好的路线设计是高速公路交通安全的基本保障，因此高速公路路线设计的安全性评价是高速公路安全性评价的重要方面。
　　
　　一、路线设计的重要性
　　在路线设计上，我们观在仍然按照老的概念，进行平、纵、横断面的设计。而对高等级公路应当根据 汽 率和车速的发展，按照交通工程学的新理论概念进行设计，不能在各种几何路线上仍然照搬国外的方法和参数。长期以来，我们主要是修建低等级公路，对低等级公路有过不少的实践经验，对低等级公路的参数，进行过精细核算。但对修建高等级公路，我们的经验还不多，现行标准的路线等级划分，各项参数的确定，许多是照搬国外的，有些也不尽适用。我们应当在自己实践的基础上，根据我国的国情，运用新的技术理论，完善我国的公路标准和规范，使之更符合我国的实际情况，既保证质量，又尽可能降低造价。
　　公路的路形设计是公路总体设计的关键，因为公路路线尤其是高等级公路的路线是公路的骨架，路线设计合理与否，将直接影响到公路的桥隧、人工构造物、路基、路面等的设计。如果路线设计不恰当，其余各项设计再好也是没有多大用处的，都将随着路线设计的变动而作废。同时在公路建成后，如果再要改变路线，一般也是非常困难的，尤其是高等级公路的路线，一经建成将长期制约着公路的经济和社会效益的发挥。所以，有的国家提出公路路线是公路的生命，它对汽车行驶的舒适、安全、经济和公路的通行能力，都起着决定性的作用和影响。在过去的公路路线设计概念中，认为公路路线即是公路的几何线条设计。如平面线形设计，就是如何正确地运用平面技术标准，定出公路的平面几何尺寸。公路纵面线形设计，就是合理采用纵坡技标准，定出 纵面的几何尺寸。这两个方面的技术标准运用好了，几何尺寸定出来了，就算路线设计好了。由于汽车工业和公路交通运输的迅速发展，公路行车速度的不断提高，交通量剧增，导致交通事故频繁。对公路路线设计，就不能只停留在几何尺寸的设计上，涉及路线设计和人机工程学的各个方面。公路的路线设计，不但需要满足汽车行驶力学方面的要求，而且还要满足汽车驾驶员心理和生理条件的需要还要考虑乘客的舒适、地形地物的适应，自然条件的平衡、环境的保护、营运的经济性等因素。所以，高等级公路的路线设计是很重要的。
　　
　　二、路线设计规范
　　规范符合性检查主要从平面、纵面及横断面着手进行。目前的安全性评价仅对道路安全有重要影响的因素进行检查。而对于规范符合性的检查应从运行速度的角度来进行。如缓和曲线的最小长度按3s行程计，若某处缓和曲线长度为80m和设计速度为80km/h，运行速度预测值为100km/h，若按设计速度来计算，缓和曲线长度满足要求，但按运行速度来计算却不满足要求。
　　平面设计是否满足规范主要有以下几个方面：
　　(1)长直线，过长的直线会使驾驶员行车单调乏味、分散注意力、增加疲劳感，难以准确目测车距，对行车安全不利；
　　(2)短直线路段同向曲线之间插入长度不够的直线，称为断背曲线，此类曲线容易产生把直线和两端曲线看成反向弯曲的错觉，整个路线缺乏连续性，容易导致驾驶失误，反向曲线之间的直线过短，对于有超高、加宽的反向曲线，将不能实现反向变化的平稳过渡，行车也是不安全的；
　　(3)连续多个平曲线的过渡，相邻卵形曲线半径之比适宜在0．2～0．8之间，S形曲线应在1～1/3为宜，连续路段的多个平曲线，其半径值呈由大到小逐减或由小到大逐增的布置，半径比应小于1．5，方能达到曲率的均衡变化；
　　(4)缓和曲线公路路线设计规范总校稿规定，缓和曲线的最小长度按3s行程计；
　　(5)转角，小转角(7°～10°)应设置大半径圆曲线，否则路线会出现扭折，还会引起曲率看上去比实际大得多的错觉；
　　(6)平曲线最小长度为170m，当转角小于7°时，平曲线的长度不应小于1200/(转角)。
　　看高速公路纵面设计是否符合规范，主要有以下几方面：
　　(1)纵坡坡度设计最大纵坡不能超过规范规定的最大纵坡值；
　　(2)坡长对于某一坡度，设计坡长不能超过规范规定的最大坡长；
　　(3)竖曲线半径在条件允许的情况下，设计竖曲线半径最好不要小于规范容许的视觉要求的最小竖曲线半径；
　　(4)路堑地段是否存在小于0―3％的纵坡路堑地段纵坡过小，在遇到大雨或暴雨时，会导致路面积水漫流，影响交通安全；
　　(5)高填方路段过高的填方使路侧危险性增高。
　　
　　横断面主要审查路基横断面宽度、爬坡车道、紧急停车带及避险车道。从通行能力、运行速度及车辆横向偏移等方面考虑，我国规定，车行道宽度不小于3．75m，路 缘宽度大于0．5m。硬路肩宽度取3m较为合适。爬坡车道的设置与否主要考虑行车速度与通行能力的关系。如导致行车速度过低或通行能力降低，则需考虑设置爬坡车道。目前高速公路硬路肩一般大于等于2．5m，故不必设置紧急停车带。紧急停车带一般设置在爬坡车道，所以对紧急停车带的审查应主要审查紧急停车带的间距及紧急停车带的渐变段、宽度等。避险车道的评价除了规范符合性检查外，还有一个重要内容即评价其设置与否，目前较好的方法是交通部公路所2003年完成的交通部标准规范项目《公路纵坡与坡长限制》课题的研究成果，即根据能量守恒原理推算下坡路段坡长、坡度、不同车载质量与刹车片温度关系模型。当大型货车的制动器温度超过了260°的极限温度时，车辆处于不安全的运行状态。当受地形限制连续纵坡路段从设计上无法避免时，应选择合适位置设置大型货车避险车道，以提高山区高速公路的安全水平。
　　
　　三、路线设计特点
　　平曲线半径主要是将运行速度等取极限值，来计算出需要可能不满足要求的平曲线半径的最大值，从而可以只对小于此半径值的平曲线半径进行评价，以提高评价效率。视距包括路侧视距和中央分隔带视距，对于小半径处的中央分隔带来说，基本上不可能使内侧车道保证有足够的视距，所以只有通过设置限速标志和降低中间带绿化植物高度来改善视距。下面主要对路侧视距的安全性评价进行讨论。
　　小客车的停车视距是汽车以特定速度行驶时，普通驾驶员在驶抵车道上的障碍物之前能作 出反应并安全停车所需的最短距离。小客车停车视距采用路段运行速度计算值按《指南》中提供的公式进行计算。通过停车视距就可以计算出不同的平曲线半径所需要的横 净距，横 净距是指行车轨迹线与视距曲线之间的距离。根据所设计道路的横断面及小客车的视觉高度即可计算出目前所设计的道路提供的横 净距，与计算得出的横 净距 进行比较，即可知小客车视距是否满足要求。
　　在所需视距方面，货车与小客车相比，有以下缺点：空车制动性能差；轴间不均匀荷载；铰接货车刹车不灵；道路曲率影响。尽管载重车驾驶员由于视点高能看得见相当远处障碍物的垂直面，并且度较慢，但这一优势不足以弥补货车不良的制动性能。特别在侧向视距受限制的地点，视点高也会丧失优势。所以需对货车所需视距进行单独计算。货车停车视距采用路段运行速度计算值按《指南》中提供的公式进行视距的计算，然后采用横 净距的方法进行评价。
　　合成坡度的评价按《指南》中提供的方法进行。实际操作中，最大的纵坡坡度及最大的超高横坡度两者都取极限值时,合成坡度值低于规范规定的要求时，高速公路整个路段就都满足合成坡度的要求。
　　车辆在曲线半径上行驶时，会产生横向力。这个横向力由横向力系数和超高共同承担。根据最大超高值和最大横向力系数可以求出极限最小曲线半径。求出最小曲线半径后，对于大于最小曲线半径的曲线半径以及一定的设计速度，超高 和横向力系数之间应当有一定的分配方式，即横向摩阻系数和应用的超高率之间有着一个逻辑上的关系。按曲线半径将和适当比例分配，可以求出任意曲线半径下的横坡值和横向力系数值。
　　
　　四、路线设计综合考虑
　　高速公路平纵路线的组合，主要从以下几个方面进行考虑：
　　(1)是否实现了安全的平包竖；
　　(2)在小半径竖曲线处，竖曲线半径是否为平曲线半径的10～20倍，是否实现了平曲线与竖曲线的平衡；
　　(3)是否存在小半径竖曲线与缓和曲线相重叠的路线。
　　在评价过程中，还研究并采用了平纵横组合的方法，即对长直线、大纵坡、高填方、短直线、曲线过渡、小竖曲线半径、小半径、小转角进行综合分析。进行综合分析的基本思想是：在以上对平面及纵面进行分析的过程中，对于每种危险情况的调查都预留了一定的余量。
　　
　　
　　五、结语
　　在高速公路规划设计阶段，在注重路线设计的同时更应重视公路建设对沿线环境的影响，并要把与环境相协调作为约束路线走向的重要因素纳入路线设计的全过程，使整个公路融进大自然环境之中，这对提高公路环境质量、实现地区经济的可持续发展具有重要的现实意义。

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