关于高速公路线形设计的探讨

阿布扎尔

高速公路线形是高速公路的骨架，直接承载着车辆的运行，它控制着整个公路的路基、桥涵、交叉、沿线设施等构造物的规模和投资。同时，对汽车行驶的安全、舒适、经济和车辆的通行能力起着决定性作用。其一旦确定，将是长期存在的，无论优劣，都很难改变。因此，公路设计者应特别重视线形设计质量，任何一个不安全的指标、一个不良的组合设计，都将造成驾驶员视觉上的判断失误或心理效应上的不良反应，都可能形成交通安全隐患。

1 路线平面线形的选择

路线平面线形通常是直线、圆曲线和缓和曲线3种基本线形要素的组合，其中直线是采用较多的线形，它具有最直接、方向最明确、易于布设等特点，然而直线线形缺乏灵活性，难以适应地形、地物，不易与周围景观相协调，因而在应用上自然会受到限制。而且，直线过长，易使驾驶者感到疲劳犯困，易造成车速过快，并使驾驶者目测车距容易产生误差而引发事故;因此，长直线设计应该慎重。采用直线线形时，应根据路线所处的地形、地貌、地物，并考虑驾驶者的视觉、心理状态等合理布设。当地形条件及其他特殊情况限制而采用长直线时，为弥补长直线路段景观单调缺陷，应结合沿线具体情况采取相应的技术措施。

以曲线为主的道路，要求驾驶者必须经常移动注意点来进行驾驶操作，同时，车辆在沿着弯道行驶时，展现在驾驶者前面的是经常变化着的自然景色，显得更加有趣和多样化。国外如日本、德国等一些发达国家，强调高速公路平面线形以曲线为主的理念。从国内近年来设计的几条高速公路来看，以曲线为主的设计方法也正在更多地被采用。实践证明，曲线线形舒顺流畅、平纵线形配合优美，能较好地适应地表、地物变化，具有柔和的几何形态，更符合驾乘人员的心理。

同样的线形在不同的环境中给人的感觉不同。调查发现，由于线形与周围景观的不良配合，会给驾驶者造成精神压力或因错觉引发交通事故。线形与环境景观的协调设计首先要考虑交通安全。在山岭重丘区，以曲线为主的平面设计是较为理想的，也易于做到。在平原微丘区，以曲线为主的平面设计亦应是方向，但在平原微丘区，一般都有规划整齐的农田水利网和道路网，在这些地区，适当地采用直线，避免对原有的和规划的农田水利网及道路网进行不必要的切割和破坏，影响其使用功能。直线和曲线都有各自的优缺点，很难单一的评述其优劣。采用何种线形，主要取决于路线与地形及周围环境相适应的程度，以及平纵线形配合的情况。高速公路线形设计，还要特别注意平面与纵面线形的配合。

2 曲线要素的运用

圆曲线的选用与设计速度、地形、相邻曲线的协调均衡、曲线长度、曲线间的直线长度、纵面线形的配合等诸多因素有关。选用过大的圆曲线半径，常常会造成平曲线过长。曲线过长且地形平坦、景观单调时，同样会使驾驶者感到疲劳、反应迟钝。一般情况下，宜采用超高为2%～4%的圆曲线半径。当地形条件受限时，方可考虑采用规范规定的圆曲线“一般值”;当地形条件特殊困难而不得已时，方可采用“极限值”。

缓和曲线(A1)，圆曲线(R)，缓和曲线(A2)的长度以大致接近为宜。两个缓和曲线的参数值亦可以根据地形条件设计成非对称的曲线，但A1∶A2不应大于 2.0。较长的缓和曲线，在视觉上线形变得自然平顺，行驶更加安全舒适。缓和曲线过长时，同样会使驾驶者感到疲劳、反应迟钝。当平曲线半径R＞3 000 m时，缓和曲线的参数值A宜小于R/3。

3 关于断背曲线的处理

两个同向曲线间连以短的直线叫断背曲线。对该短直线的长度世界各国的推荐值大致相同，均以动态行车视距而定。我国路线规范规定直线长度不小于设计速度(以km/h计)的6倍为宜。这样在公路线形设计上对直线路段长度的限定就比较明确，在6V～20V之间。

这样的规定尽管是为了避免出现断背曲线和行驶时的直线行车时间过长，但是满足直线长度不超过20 V比较容易，而必须大于6V的条件有时就比较困难。且不说在新建公路线形受到地形、地物限制时难以做到，仅就公路的改造升级而言就十分困难。这是因为目前我国的线形状况，若完全按此规定办理，会使线形调整的幅度过大，旧路利用率降低，占地拆迁等各项费用大大提高，投资将与新建公路无相差。如何处理这个问题，根据学习和实际工作经验，提出如下的方法:

设断背曲线的直线长度为 L，缓和曲线长度 Ls，“标准”规定为:

1)当 L≤Ls时，可以做成复合曲线;

2)当Ls＜L≤2Ls时，可以用卵形曲线连接两个同向曲线，有些不宜用卵形曲线连接的可以用两重卵形曲线连接;

3)当 2Ls＜L＜6 V时，可以做成C形曲线，条件适宜时亦做成卵形或两重卵形曲线。对断背曲线的直线段 L经如此处理之后，就已经不再是断背曲线，而成为改造后的不标准的复合曲线(1)除外)，我们不妨称其为“不标准复合曲线”。这种“不标准复合曲线”在行驶力学上完全满足要求，而且从线形上连续顺畅、美观、视线平顺而具有安全感，同时缓和曲线部分极大地照顾了原旧路直线段的位置，使其利用率提高，节省占地减少拆迁，因而是经济的。此外，由于“不标准复合曲线”的做法所采用的缓和曲线的长度与普通的复合曲线相比有很大增加，因此容易适应自然地形，并且增加了线形设计的自由度，使平纵协调更容易。故此，不论是在新建还是在改建公路中，对可能出现断背曲线处，采用这种处理方法，都会收到较好的效果。

4 平、纵面组合设计

高速公路线形设计，必须注重路线的平、纵面组合设计，应充分考虑驾驶者在视觉上和心理上的要求。竖曲线与平曲线一一对应，两者重合，竖曲线完全包在平曲线之内，是平、纵最好的组合。对于长而缓的平曲线，应当采用平顺而流畅的纵坡，且平、竖曲线都应采用较大的半径，特别是凹形竖曲线处，两者的半径更应该大些。要避免在凸形竖曲线的顶部和凹形竖曲线的底部设置小半径平曲线。对于凸形竖曲线，这种组合失去了引导视线的作用，使驾驶者感到茫然;对于凹形竖曲线，只要线形要素较大，行车可能不危险，但线形会显得扭曲，不顺适美观。同理，也不能把竖曲线的顶部或底部设置在反向平曲线的拐点处或设置在缓和曲线段内，以免造成路面排水不畅。一个长的平曲线内设有几个竖曲线，或一个长的竖曲线内含有几个平曲线，这样的线形组合看起来很别扭，特别是当坡差较大时尤为明显，容易使驾驶者把公路看成是被分割成了几段似的，这样的组合应避免。确有困难时，一般一个长的平曲线内设置竖曲线的数目不应超过3个，使驾驶者在任何地段所看到的纵坡变化不超过3个为宜。竖曲线半径应与所对应的平曲线半径相协调，良好的立体线形是通过平、竖曲线的均衡与配合来获得的。平曲线半径较大时，竖曲线半径也应相应增大;平曲线较长时，竖曲线长度也应相应增长。对平、纵配合难以判别优劣时，可通过透视图来检验。关键还是应明确判断标准，使驾驶者最终能获得一个理想的视觉环境。

5 结语

随着高速公路建设的发展，对高速公路线形设计的要求越来越高，因此在路线设计中直线、曲线、缓和曲线的设计指标运用要灵活，在符合设计标准的前提下，做到线形均衡、连续，保证行驶的可预见性。在路线设计中掌握平、纵指标配合，尽可能与地形、地貌相吻合，以避免造成空间线形扭曲、暗凹、跳跃等景观缺陷，重视公路自身的线形设计，特别是公路线形与结构物和环境的协调设计，充分优化平、纵、横组合，做到流畅连续。

[1] JTG D20-2006，公路路线设计规范[S].

[2] 辛 强.关于高等级公路线形设计的几点认识[J].辽宁交通科技，2005(2):5-7.

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