王喜剛

（河北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，石家莊050011）

1 引言

高速公路的線形設(shè)計(jì)，要遵循安全、舒適和經(jīng)濟(jì)的原則，在合理控制造價(jià)的前提下盡可能提高線形指標(biāo)，使設(shè)計(jì)出的高速公路能保證車輛的安全、高速和舒適通行。高速公路線形設(shè)計(jì)需要把握住諸多要點(diǎn)，設(shè)計(jì)綜合性較強(qiáng)?；诖耍咚俟吩O(shè)計(jì)人員必須加強(qiáng)對線形設(shè)計(jì)的研究與實(shí)踐，以支撐實(shí)際的設(shè)計(jì)行為。

2 高速公路線形設(shè)計(jì)和交通安全的關(guān)系

2.1 長直線與小半徑的平曲線組合線形與交通安全

在高速公路的車輛行駛中常見的安全隱患之一是道路線形的驟變。道路線形的驟變可以表現(xiàn)在長直的末端插入小半徑平曲線。高速公路采用長直線與小半徑的平曲線的組合方式，需要綜合分析該組合方式的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)條件，單就地形而言，多出現(xiàn)在平原與山嶺地區(qū)的過渡區(qū)域。在平原地區(qū)因地形簡單易出現(xiàn)長直線而不易出現(xiàn)小半徑平曲線，山嶺重丘地區(qū)的線形設(shè)計(jì)，因考慮到地質(zhì)、工程量及地形限制，一般不易出現(xiàn)長直線而采用小半徑平曲線的情況較多。所以在平原與山嶺地區(qū)的過渡區(qū)域最易出現(xiàn)長直線與小半徑平曲線的組合，在此區(qū)域設(shè)計(jì)要特別注意，高度重視長直線和小半徑的平曲線組合，盡可能避免線形驟變。線型驟變危害如下：當(dāng)汽車在長直線上行駛時(shí)，駕駛?cè)巳菀拙袼沙诤托睦砥?，從而反?yīng)遲緩，車輛也容易超速行駛，當(dāng)在長直線的盡頭發(fā)現(xiàn)小半徑彎道時(shí)，不得不采取緊急措施降低車速，還要操控方向盤轉(zhuǎn)向，駕駛員易出現(xiàn)慌亂，從而引發(fā)交通安全事故。如果是在雨雪之后，路面的附著系數(shù)降低，汽車在車速還未來得及降下來時(shí)就進(jìn)入小半徑圓曲線，極易橫向側(cè)滑，駛離原車道而引發(fā)交通事故[1]。

2.2 長陡下坡與小半徑的平曲線組合線形與交通安全

在公路線形設(shè)計(jì)時(shí)，將長陡下坡與小半徑的平曲線組合在一起，會(huì)增加車輛行駛的危險(xiǎn)性。長陡下坡路段，由于受重力和駕駛員心理的影響，易造成車輛超速行駛，若在其盡頭遇到小半徑圓曲線，駕駛員需要同時(shí)處理車輛的減速和急轉(zhuǎn)彎問題，使得駕駛難度加大，從而引發(fā)交通事故。另外，若速度未能及時(shí)降下來就進(jìn)入小半徑平曲線，因離心力的作用車輛易側(cè)翻，而引發(fā)交通事故。

2.3 豎曲線與小半徑平曲線的組合方式與交通安全

在高速公路的線形設(shè)計(jì)過程中，需要避免在凸形豎曲線的頂部或凹形豎曲線的底部插入小半徑平曲線，這種線形出現(xiàn)時(shí)，會(huì)對駕駛員失去誘導(dǎo)作用或出現(xiàn)錯(cuò)誤誘導(dǎo)。前者是失去誘導(dǎo)的作用，只有駕駛員在接近坡頂時(shí)才發(fā)現(xiàn)平曲線，因而會(huì)使駕駛員迅速操縱方向盤而引發(fā)交通事故。后者是對駕駛員造成錯(cuò)誤誘導(dǎo)，誤把下坡看成上坡或把上坡的坡度看成比實(shí)際坡度大，而造成超速行駛，引發(fā)交通事故。

3 高速公路線形的設(shè)計(jì)分析

3.1 平面線形設(shè)計(jì)

3.1.1 平面線形設(shè)計(jì)要與地形相適應(yīng)

高速公路途經(jīng)區(qū)域的地形存在一定的差異，在進(jìn)行平面線形設(shè)計(jì)時(shí)，要將地形作為設(shè)計(jì)的首要考慮因素。線形不應(yīng)支配地形，而要與地形相結(jié)合，使司乘人員要有合適的視覺比例（尺度），如視野中道路所占比例過大，易給人以單調(diào)之感。因此，道路與地形及周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)，最重要的是抓住地形特征，充分利用地形，使線形與地形有機(jī)結(jié)合。一條與地形配合良好的道路，必然會(huì)成為風(fēng)景的一部分，不但給行路人以行車、行走舒適感，更給人以美的享受[2]。平原區(qū)進(jìn)行高速公路的平面線形設(shè)計(jì)，因受地形制約因素較少，路線采用直線和大半徑平曲線的比例較大，非平原地區(qū)，即山嶺地區(qū)進(jìn)行平面線形設(shè)計(jì)，則多采用較小半徑的圓曲線，圓曲線的采用可利用等高線進(jìn)行設(shè)計(jì)，使線形與自然等高線的吻合，從而避免高填深挖，減少工程量降低工程造價(jià)。總之，與地形相結(jié)合進(jìn)行平面線形設(shè)計(jì)，還能夠提高道路的整體協(xié)調(diào)感，使路線更加安全和美觀。

3.1.2 平面設(shè)計(jì)要保持線形的連續(xù)性

高速公路上行駛的車輛對視覺連續(xù)性的要求很高，因此，在進(jìn)行線形設(shè)計(jì)時(shí)，要關(guān)注高速公路平面線形的連續(xù)性。基于這一原則，在進(jìn)行平面線形設(shè)計(jì)時(shí)，不得在2個(gè)同向平曲線間以短直線相連，這樣極易影響人的視覺感官，誤將直線和兩端的曲線看成反向曲線，當(dāng)直線過短時(shí)甚至把2條曲線看成是1條曲線時(shí)，容易導(dǎo)致駕駛?cè)艘蛞曈X誤差錯(cuò)誤進(jìn)行駕駛操作。對此，可通過調(diào)整線形使之成為1條單曲線或復(fù)曲線，或運(yùn)用回旋線組合成卵型、復(fù)合型及凸型等曲線，提高線形合理性與科學(xué)性。再者，盡可能避免出現(xiàn)小于7°的小偏角，因出現(xiàn)小偏角時(shí)，即使設(shè)置了較大的平曲線半徑，也容易把曲線長度看成比實(shí)際要短的長度，由此進(jìn)行急轉(zhuǎn)彎的錯(cuò)誤操作。高速公路上車輛在行駛過程中，駕駛員對路況的判斷決定了車輛的行駛狀態(tài)，平面線形設(shè)計(jì)應(yīng)特別注意整條路的技術(shù)指標(biāo)的均衡性與連續(xù)性，避免駕駛員對路況的錯(cuò)誤判斷而出現(xiàn)操作失誤，造成交通事故。

3.1.3 要處理好直線和曲線的關(guān)系

在進(jìn)行高速公路平面線形設(shè)計(jì)時(shí)，使用較多的主要有直線和圓曲線。針對不同區(qū)域地形條件，要合理的布設(shè)直線和曲線線形，同時(shí)，要處理好直線和曲線之間的關(guān)系，做到曲直連接適宜和搭配合理。通過對直線和圓曲線的合理運(yùn)用，使高速公路線形協(xié)調(diào)、美觀，使駕駛?cè)藛T的駕駛更加便利，保障駕駛安全[3]。

直線線形在高速公路線形中的應(yīng)用體現(xiàn)的是方向明確，視野寬闊，能以最短的距離連接兩地，一般在平坦開闊區(qū)域，包括山間開闊的谷地、隧道和長大橋路段，常使用直線，以縮短駕駛距離，降低工程造價(jià)?？紤]到長直線的呆板性，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)與路線縱斷面相結(jié)合，改善駕駛員的駕駛視野，使其脫離長時(shí)間一個(gè)姿勢的疲勞駕駛狀態(tài)。長直線本身缺乏幾何靈活性，很難實(shí)現(xiàn)路線之間的高效協(xié)調(diào)，不易很好地適應(yīng)地形變化，也不易與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。因此，在運(yùn)用長直線時(shí)，盡可能使其長度不大于設(shè)計(jì)速度的20倍。曲線線形不同于直線線形，其靈活度較高，與地形及周圍環(huán)境的適應(yīng)程度也較高[4]，但在應(yīng)用曲線時(shí)，要注意同一曲線的長度不宜太長，長時(shí)間行駛在同半徑圓曲線路段，會(huì)使駕駛員注意力高度集中，造成疲勞駕駛。

3.2 縱面線形設(shè)計(jì)

高速公路的線形設(shè)計(jì)除平面線形外，縱面線形也是一個(gè)重要部分?？v面線形主要為直坡和豎曲線。在進(jìn)行縱面設(shè)計(jì)時(shí)，公路平面線形已基本選定，要結(jié)合實(shí)際的地形條件以及工程經(jīng)濟(jì)性要求，對直坡與前后豎曲線的連接進(jìn)行設(shè)計(jì)。平面線形可以看做是縱面設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，縱斷面設(shè)計(jì)要力求坡度平緩，但要滿足排水要求，豎曲線位置及半徑的選用，要與平曲線相匹配，盡量平、縱曲線重合且豎曲線包含在平曲線之內(nèi)，否則線形組合就不協(xié)調(diào)，會(huì)給駕駛員造成一定的錯(cuò)覺。

3.2.1 縱面線形要與地形條件相適應(yīng)

高速公路平面線形設(shè)計(jì)受地形影響較大，縱面線形設(shè)計(jì)時(shí)同樣要保證其與地形條件相適應(yīng)。在縱面線形設(shè)計(jì)中，也可采用曲線定線法，使曲線起主導(dǎo)作用，更好地適應(yīng)高低起伏的山區(qū)地勢，充分利用凹、凸曲線外矩，減少填挖方工程量，并使縱坡均衡、流暢?？v斷面線形的設(shè)計(jì)，實(shí)際在擬定平面線形階段就已開始，此階段就要注意對控制縱斷面的各控制點(diǎn)進(jìn)行預(yù)先的分析和研究，充分考慮地形和平面線形的影響。衡量縱面線形與地形條件適應(yīng)程度高低的標(biāo)準(zhǔn)包括其是否保證視覺的連續(xù)性，要嚴(yán)格控制線形驟變，避免出現(xiàn)較短路段中的反復(fù)起伏和中間暗凹等?？v面線形設(shè)計(jì)要保證能與地形、地勢相吻合，可結(jié)合地形地勢變化取用恰當(dāng)?shù)呢Q曲線半徑，使線形更加連續(xù)、均衡，駕駛員視覺更加舒適。3.2.2縱坡設(shè)置要合理

縱面線形的設(shè)計(jì)還涉及縱坡的設(shè)置，在進(jìn)行公路線形設(shè)計(jì)時(shí)，為保證汽車能以一定的車速安全順暢地行駛，縱坡應(yīng)具有—定的平順性，起伏不宜過大和過于頻繁，盡量避免采用極限縱坡值。在連續(xù)采用極限長度的陡坡之間，不宜插入太短的緩和坡段，緩和坡段應(yīng)自然地配合地形設(shè)置，以爭取較均勻的縱坡。連續(xù)上坡或下坡路段，應(yīng)避免設(shè)置反坡。對縱坡進(jìn)行取值，還要結(jié)合地形特點(diǎn)，并遵循公路等級要求，一般坡度要盡量平緩，但要滿足合成坡不小于0.5%的排水要求。需注意，我國的高速公路交通量組成中，重型車輛占比較大，其在行駛過程中涉及爬坡和下坡2個(gè)階段，坡度過陡，易發(fā)生其爬坡動(dòng)力不足，下坡易超速的情況，致使道路安全系數(shù)降低。

4 高速公路線形設(shè)計(jì)的實(shí)例分析

4.1 項(xiàng)目概況

該案例位于山西省陽泉市的陽盂高速公路，項(xiàng)目起點(diǎn)為平定縣城東南與原太舊高速公路相接，途經(jīng)平定縣、楊家莊、白泉、三郊和盂縣，終點(diǎn)位于盂縣東側(cè)與雙陽公路（S314）相連，后期與擬建的五臺至盂縣高速公路相接，是山西省東縱主干線的重要組成部分。東縱主干線分別連接繁峙、五臺、盂縣、陽泉、平定、和順、左權(quán)和黎城等縣市。本項(xiàng)目全長41.26km，采用雙向4車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，路基寬24.5m，設(shè)計(jì)速度80km/h。

項(xiàng)目所處區(qū)域?yàn)樯轿魇≈袞|部，太行山中麓西側(cè)。由于受地質(zhì)構(gòu)造和長期的侵蝕、剝蝕作用，地形起伏，溝谷縱橫，地形條件復(fù)雜，總體趨勢西北高東南低，呈階梯狀，傾斜坡度約為15°。最高點(diǎn)為分水嶺處，海拔1339.5m，最低點(diǎn)位于桃河谷底，海拔522.5m，相對高差817m。

4.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.2.1 平面設(shè)計(jì)

在平面設(shè)計(jì)中，嚴(yán)格控制平曲線半徑和直線長度，最小平曲線半徑為700m，大于規(guī)范規(guī)定的一般最小半徑，最大直線長度1539.21m，小于20倍的設(shè)計(jì)速度，全線共設(shè)置平曲線31個(gè)，平曲線長占路線總長的52.2%，圓曲線半徑介于700～3500m，取值合理，不存在小于7°小偏角，路線增長系數(shù)為1.0658，路線布設(shè)較好地結(jié)合了實(shí)際地形，采用曲線定線，使平面線形與地形相協(xié)調(diào)，圓曲線與直線、圓曲線與圓曲線間銜接平順，不存在長直線接小半徑圓曲線，大半徑圓曲線接小半徑圓曲線的情況，整條線路平面線形均衡、協(xié)調(diào)沒有突變。4.2.2縱斷面設(shè)計(jì)

在縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)，對縱坡及豎曲線的取值進(jìn)行反復(fù)研究，全線最大縱坡4.0%，共計(jì)1處，其余縱坡均小于3.5%，為保證排水順暢最小縱坡為0.3%，凸形豎曲線最小為6000m，凹形豎曲線最小半徑為5000m，在設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合地形和平曲線參數(shù)進(jìn)行合理取值，全線豎曲線長度占路線總長度的33.6%，保證全線縱斷面線形連續(xù)、均衡、協(xié)調(diào)。

4.2.3 平縱線形配合設(shè)計(jì)

該路段在設(shè)計(jì)時(shí)高度重視平縱線形配合，避開了長直線、陡下坡的盡頭及凸形豎曲線的頂部、凹形豎曲線的底部設(shè)置小半徑平曲線等不合理線形組合的出現(xiàn)，尤其注重隧道進(jìn)出口線形設(shè)計(jì)，保證隧道進(jìn)出口線形的連續(xù)性和均衡性，全線均滿足平縱線形的組合要求，做到了平面順適、縱坡均衡，平縱線形組合得當(dāng)，均滿足了汽車行駛的安全性和司乘人員視覺和心理反應(yīng)的要求，順應(yīng)地形地勢，并與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)[5]。

5 結(jié)語

線形設(shè)計(jì)是高速公路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，其科學(xué)性與合理性直接影響高速公路運(yùn)行的暢通度和安全性，在設(shè)計(jì)時(shí)要把握好平縱面線形的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，本著以人為本、安全第一的設(shè)計(jì)理念，保障線形的連續(xù)、均衡、協(xié)調(diào)，盡可能滿足司乘人員的視覺期望值，從而降低交通事故發(fā)生率。