徐艷海,郭豐振

(1.黑龍江省路友工程招標代理有限公司;2.佳木斯市公路勘察設計院)

0 前 言

鶴大高速七臺河至雞西輔道所經路線所處區(qū)域公路自然區(qū)劃為Ⅱ1區(qū),即東北東部山地潤濕凍區(qū),路線位于太平嶺山脈北麓,沿線地形以重丘低山為主,山地面積占 36%,丘陵占 23%,低丘崗地占 41%。地形復雜,山嶺陡峭。

隨著公路逐漸向山區(qū)延伸,其所在區(qū)域復雜的地形、地質、水文條件導致了山區(qū)公路的路線設計、總體設計具有其自身的特點,且明顯地區(qū)別于平原區(qū)公路;山區(qū)高速公路的工程規(guī)模大、路基寬度寬、服務設施齊全,亦遠非以往的山區(qū)低等級公路所能比擬。因此,如何準確地把握山區(qū)公路的特點、難點,合理地掌握技術標準,靈活地布設線位,不僅關系到公路的使用功能、服務水平,也是降低工程造價和運營成本的關鍵,迫切需要加以認真研究和探討。

1 路線線形標準的掌握

山區(qū)公路的特點要求在繼承以往成功經驗的基礎上,設計理念要有所提升,設計思路要有所創(chuàng)新。

山區(qū)公路路線線形標準掌握的好壞,對道路兩側景觀、構筑物的設置、周圍環(huán)境的破壞程度以及公路建設費用有著直接影響。雖然有關技術標準及規(guī)范對各級公路的線形指標均有具體的規(guī)定,但所規(guī)定的各級公路所適應的交通量的變化幅度范圍較大,在具體路線設計時,還必須充分考慮實際情況,比如道路的具體交通流量、各種車型構成以及道路在路網中的地位作用和未來發(fā)展前景。結合掌握的實際地形地質條件,把握好設計道路的線型指標。

設計交通量在道路等級適應交通量上限附近的重要干線公路,線形指標宜高不宜低。鶴大高速七臺河至雞西輔道在地形地質條件許可,工程量增加不多的情況下,線形指標可按提高一級設計速度來掌握。例如設計時速 40km/h的山區(qū)三級公路,當遠景設計年限年均樣夜交通量達到 5000～7500輛,機動車輛比例又較大時可按 60km/h的設計速度掌握平縱面線型指標。將來隨著交通量增長需要進行道路的擴建或提高道路的等級時,可以將其用作高等級公路的半幅路基,也不必對各種構造物重新設置,可以降低重復修建的費用及改造難度。因為提高道路等級的改建,當舊有道路的平縱需要重新設計時,與新建相差無幾,而且道路提高等級的改建對交通通行的干擾相當大,給設計、維持交通及施工造成諸多的困難。

設計交通量在道路等級適應交通量下限附近的一般公路,路線的設計要根據地形、地質現(xiàn)實條件來綜合考慮。若不顧工程數量的增大和對環(huán)境的破壞而只從線形的美觀進行設計也不能算是合理、科學的設計。充分利用地形,靈活掌握設計標準,設計出經濟、合理的路線方案,使道路的平均運行速度達到最佳值,即使采用了極限指標,也不失為一項較好的設計。

因此,在山區(qū)公路路線設計中,路線設計者只有對道路的交通量、車型構成、道路的重要程度以及道路影響區(qū)的路網及發(fā)展前景有充分的認識和了解,才能合理掌握路線指標。

2 曲線間最小直線長度的采用

《公路路線設計規(guī)范》(JTGD20-2006)對曲線間直線長度作了如下規(guī)定。直線線形不宜過短,其最小長度當計算行車速度大于等于 60km/h時,同向曲線間最小直線長度(以 m計)以不小于設計速度(以 km/h計)的 6倍為宜;反向曲線間直接長度(以 m計)不小設計速度的 2倍為宜。當設計車速小于等于 40km/h時,可參照上述規(guī)定執(zhí)行。

對此規(guī)定,山區(qū)道路反向曲線的直線長度一般尚可達到要求,而對同向曲線,一般則較難達到要求。對同向曲線而言,若要達到規(guī)范要求,往往會使線形與地形不能相適應而造成高填深挖及自然環(huán)境破壞,而同向曲線間直線長度“6V”規(guī)定的由來,作者認為是從避免出現(xiàn)影響線型美觀的“斷背曲線”引出的。而所謂“斷背曲線”,是指司機同時看到的兩個中間有短直線的同向曲線,多出現(xiàn)在明彎處,而暗彎則不易同時看到兩個曲線,因為在一個曲線上行駛看到下一個曲線,并不一定會使駕駛者產生路線“斷背”的感覺,同時在一個曲線上看下一個曲線,更不會影響行車安全。當路線與地形地物有較好的配合時,即使是出現(xiàn)同向曲線間直線長度小于 6V的情況,也并不是完全不可取的,何況假使是在設計速度為 120km/h高速公路上,同向曲線間 720m的距離,由于前方車輛等因素的影響,司機甚至都不一定能看清下一個曲線。因此,“6V”直線長的規(guī)定尚需進一步研討。

山區(qū)公路當路線與地形配合較好時,地形與環(huán)境本身就能起到引導駕駛員判斷的作用,緩和曲線在一定程度上也能引導駕駛員對路線的轉彎方向作出判斷,并且有合理的操作時間(只要緩和曲線長度滿足要求的話),安全問題也并不完全是直線長度不足引起的。曲線間直線長度的最小值采用大多較為合理,可以從汽車在直線段上的行駛時間及駕駛員操作的難易程度和乘旅的舒適性來分析。

對于反向曲線,2V的直線長度對于按設計速度行駛的車輛來說,行駛時間是 7.2s;對同向曲線,若按 6V作為曲線間的直線長,車輛按設計速度在直線段上的行駛時間為21.6s。顯然,這兩種曲線直線組合中直線段的行駛時間都不算短。即使兩種線形直線長度均采用 2V,也足能滿足駕駛操作難易程度及乘旅舒適性的要求。從安全駕駛上來講,有關資料表明,駕駛人員看到不利的行駛條件(包括障礙物)的感覺反應時間為1.5s,制動時間為1.0s,從安全的角度來講,如果司機的判斷是不利的線形,即使需要停車,也僅需要 2s的行駛距離再加上汽車制動距離,在汽車性能不斷提高的今天,制動距離只會越來越短,何況相對較短的直線與曲線的組合并不一定需要停車。在道路上行駛的車輛,駕駛人員是根據沿途地形條件、道路條件、交通條件以及自身的駕駛技術和車輛性能來選擇行駛速度的,只要線形設計不會導致駕駛員產生錯誤的判斷,行車安全應該是能保證的。而線形的美觀與否不能僅從俯視的角度來看,要以道路使用者在道路上的具體感覺為評判標準,而這一感覺往往取決于線形與地形相適應的程度、駕駛員根據線形條件所選擇的行駛速度需求的滿足程度以及道路使用者的舒適感。而直線不是滿足上述條件的唯一線型,為滿足直線長度最低要求,往往會以犧牲曲線半徑為代價和造成不顧地形條件的高填深挖,不僅不利于行車而且會給沿途環(huán)境造成不利的影響,使道路使用者產生恐懼與不安全等心理壓力。在具體直線長度未有新的規(guī)定的情況下,根據地形、地物、自然景觀條件,大超高仍不得超過規(guī)范及技術標準的規(guī)定,合成坡高根據地形地物、自然景觀條件,考慮行車安全及乘客的舒適性,按 2倍計算行車速度作為同向和反小半徑曲線間直線長的極限值,只作為緩解直線長度與工程造價矛盾的一種臨時方法。

3 山區(qū)公路超高值的取用

隨著公路路幅寬度的增大及路肩硬化的發(fā)展,路容有了很大的提高,行車的安全感增強,在山區(qū)道路上超速行駛車輛的比例增大,按設計行車速度設計的路面超高值往往不能滿足超速車輛尋求行車舒適感的需求。鶴大高速七臺河至雞西輔道路線設計中在無積雪影響及縱坡不大的山區(qū)公路上,根據路線線形及其他具體情況提高一個設計速度等級設置超高,以使乘客的舒適感增加。比如 K12+010～K20+450是按 60km/h的行駛速度設置超高。這里需要注意的是考慮到低速行駛車輛,最大超高值仍不得超過規(guī)范及技術標準的規(guī)定,合成坡度的大值也必須嚴格按規(guī)范執(zhí)行。因此,一定范圍內的較小半徑曲線的超高,最多只能取到規(guī)范中的最大值,而中等大小的曲線半徑,由于具有汽車超速行駛的平面線形條件,加大超高不會影響到行車安全,較大半徑的曲線由于加入了超高(注意,凡需設置超高的半徑均需設置緩和曲線),使行車更為舒適,是完全可行的。

4 緩和曲線長度與超高過渡

在山區(qū)公路路線設計中,由于地形的限制,緩和曲線的長度往往不能取得太長,但由此卻造成一種矛盾即小半徑曲線的緩和曲線長度不能滿足超高過渡段長度的需要。鶴大高速七臺河至雞西輔道不同曲線半徑所需要的最小超高過渡段長度見表 1,標準未超高橫坡度以 2%計。

表 1 不同曲線半徑所需的最小超高過濾段

從表 1中可以看出,小半徑曲線所需超高過渡段(緩和曲線)長度較大,而設置較小半徑曲線的地方往往是地形限制較嚴的地方,緩和曲線又不宜取大,若刻意追求滿足規(guī)范要求,勢必造成工程數量的增大及投資的增加。解決的辦法是以中線為旋轉軸,并取規(guī)范對以邊線為旋轉軸所規(guī)定的超高漸變率作為計算超高緩和段長度的依據,這樣,既不至于使附加坡度太大,又能用較小的緩和曲線長解決超高、過渡。鶴大高速七臺河至雞西輔道按此方法調整后,不同種曲線半徑所需要的最小超高過渡段長度見表 2。

從線形美觀的角度講,較大的曲線半徑需配以較長的緩和曲線,而過長的緩和曲線若在全緩和曲線段進行超高過渡,超高過渡的起點必然在緩和曲線的某一點上。這樣由平、縱、橫構成的線形的美觀程度將受到影響,長緩和曲線帶來的美觀效果也會大大降低。因此,不宜過分追求曲線長度,更不能為了追求曲線長度的比例關系而犧牲主曲線半徑。緩和曲線長度要根據基本要求、美觀要求、實際地形條件等因素綜合考慮確定。

表 2 調整后最小超高過渡段長度

5 總 結

路線設計是一項綜合性的設計工作,它涉及并影響到道路設計的各個方面。尤其是山區(qū)公路,只有綜合考慮各種影響因素,經過反復的平面定線、縱斷面設計,橫斷面檢查、平面調整,才能設計出經濟上合理技術上實用的路線來。日前,各種計算機路線設計軟件為路線設計者提供了很多方便條件,設計人員可以有更多的精力放在怎樣使設計更為經濟合理、線形組合更為美觀上,從而確定出最優(yōu)的設計方案來。

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[1]張雨化.道路勘測設計[M].北京：人民交通出版社,1998.

[2]JTGB01-2003,公路工程技術標準[M].北京：人民交通出版社.

[3]JTGD20-2006,公路路線設計規(guī)范[M].北京：人民交通出版社.