山区公路路线设计与质量控制的分析

王健

摘要：公路路线设计是公路建设重要的前期工作，合理的路线设计有助于加速地方经济发展、提高土地利用效率、节省交通通行成本、正确处理好经济发展与环境保护之间的关系。本文以甘肃山区公路路线设计为例，提出了在不同地理条件、气候环境、社会经济水平下合理规划和设计公路路线的有益建议和措施，为指导山区公路路线设计实践提供了可靠的理论依据。

关键词：山区公路 路线设计 质量控制

0 引言

甘肃省位于我国西北部地区，境内多为山区地形、地质条件复杂、自然气候条件恶劣，对山区公路路线的设计存在诸多影响因素。虽然国家公路主管部门制定了比较完善的山区公路路线设计指导规范和标准，但是针对特殊山区地貌条件下的公路路线设计，尚不能提供完全的理论指导，必须要结合特定环境条件下的各种各样影响因素，综合规划和统筹，科学合理的设计公路路线。本文将结合甘肃省山区公路路线设计工作，来分析山区公路路线设计应该重点加强的方面，并提出了有益指导建议和措施。

1 公路路线设计的重要性

公路的路形设计是公路建设的前期重点工作，也是整个公路工程的蓝图框架。公路路线规划是否科学合理，直接影响到整个公路施工量大小、工程造价、交通运输效率以及环境保护等方面。一条合理设计的公路，能够为驾驶员提供更好的驾驶感知、提高路面行驶安全性、降低公路交通运行成本。公路路线设计中，影响公路交通安全的设计因素主要有：路线弯度、路面高程落差、路面指引、安全提示等。其中，公路几何设计直接关系到公路使用安全性水平高低，一旦公路路线敲定，公路几何线形也就确定下来，而相应的其他公路隧道、桥梁、排水工程、安全设施等都会随着几何线形的确定而确定下来。目前，我国公路路线设计依然停留在传统思维和方法上，严重落后于现代公路发展要求。例如，随着我国经济发展水平的不断提高，路面上行驶的车辆数量不断增多、车型种类日益丰富，对交通经济性和安全性等都提出了新的要求，而传统的公路路线平面设计方法很难对这些新要求面面俱到，引发各种交通安全问题。我们必须从国内实际情况出发，采用现代最新公路路线设计理论来开展公路路线规划工作，使之满足我国社会经济发展要求，在保证公路使用安全的前提下，尽可能的提高公路工程效益。今天，公路路线设计不再是依靠简单的几何平面设计就可以实现，而是要综合车辆、交通、安全以及环保等多个因素来统筹设计，为驾驶员、乘客提供良好的公路使用环境和感知。因此，公路路线设计是一项关系到千秋万代的工程，必须要高度重视。

2 平面设计

2.1 缓和曲线长度 交通部道路路线设计规范中，对缓和曲线的长度进行了明确规定。但是对于山区公路来说，其水平面上的路线十分弯曲，曲线长度容易受切线长度制约和影响，因此设计人员倾向于采用规范中的下限值作为设计参数，特别是普通公路路线设计通常会忽略超高和加宽缓和段长度的要求。这就会导致在确定平面之后，缓和曲线长度不兼容超高加宽过渡段长度的要求，因此，建议在设计时计算出弯度对应的超高加宽过渡段的长度，取其上限值来调整控制最小缓和曲线的长度。

2.2 曲线间最小长度 交通部道路路线设计规范中，明确规定公路设计速度与公路曲线间最小长度之间保持六倍大小。山区地形相对复杂，这些规范的使用往往受到限制，有些设计部门提出4V，甚至还有提出2V的。最保守的做法是将缓和曲线曲率半径设置为大于不设超高半径部分的长度，以达到6V的设计要求。这种处理方法比较适合高速路段。而如果设计时速低于40公里，同向曲线应不小于2V，反向曲线不小于3s行程。

2.3 超高及超高加宽过渡 通常来说，在特殊情况下车速可以采用运行速度来计算，一旦确定了车速，横向力系数就是决定超高取值的主要参数，影响横向力系数的因素十分多样化，主要有车速、路面规格、车轮品质、自然地理条件等。试验证明，横向力系数与车速呈反向关系。从实际经验来看，在达到最大超高率等要求时，横向力系数取值在0.06～0.15范围内为宜。甘肃省冬夏季气温反差较大，在冰雪天气与炎炎夏日下的行车要求存在较大差距，对于车流较大的路段，超高值取值要符合实际行车速度的客观情况。

在山区环境中，公路路线容易遇到半圆形、椭圆形以及反向曲线的情况，因此在不同曲线之间设置超高过渡段要结合基本曲线设置方法来开展，把握好超高渐变率的变化规律。通常来说，现有的公路路线设计软件都没有突出这方面的差异，因此需要设计人员视具体情况来定夺。在设计超宽渐变段时，对于反向弧形曲线段，加宽要从第一个弧形段的原点平滑过渡到第二个曲线超高值等于路拱横坡的断面上；对于同方向弯曲的路线，加宽侧要设计在同一侧，可以从第一个曲线的圆缓点直接过渡到第二个曲线的缓圆点。四级道路的超高加宽过渡段可以直接参考交通部发布的道路设计规范来处理。

2.4 长直线末端最小半径 在传统平面设计规范中，要求长直线末端不得对接小半径曲线。但是没有明确规定小半径的临界值，根据交通部发布的有关规范标准，可以根据实际车辆通行速度来确定该临界值。

在普通公路路段，可以根据如下公式来计算：V=-24.212+0.834Vin+5.729lnR。在纵坡超过3%的路段，可以根据以下公式计算：V=-31.669+0.574Vin+11.714lnR+0.176i。其中，V为车辆实际行驶速度；Vin为车辆在长直线末端时的速度；R为半径；i为坡度。

3 纵面设计

3.1 最大纵坡 我国公路设计规范主要考虑到了国内行驶车辆超重的情况，最大纵坡指标要比国外高许多，并明确在特殊地形情况下，如果高速公路建设可利用原来的公路路基，则可以提高最大纵坡的长度，最大值可达1%；对于在海拔高度2500米以上的省级以下公路，最大纵坡不得超过8%。由于甘肃省境内车流量相对较少，因此对于山区低时速公路，最大纵坡可以达到9%；对于一些旅游通行路段，主要车型为中小型客车，为了最大程度降低公路对环境的影响，可以将最大纵坡提高到9%。

3.2 长陡纵坡设计 一般而言，长大下坡路段是指车辆长时间空挡行驶或者制动的长坡路段。坡度过程会直接影响车辆的正常运行，例如引起熄火、刹车片过热、水箱适量不足、追尾等安全问题。因此，设定平均纵坡長度标准需要综合考虑车型、车流量、汽车最大制动距离、驾驶员素质以及天气等因素。对于不同的长坡路线，没有一个具体的规定，需要具体情况具体分析。西南交通大学王君教授计算出了不同长度的下坡路线与轿车发动机温度变化的函数变化规律，这为设计长坡长度提供了可靠的参考依据。

在设计山岭区路线时，要尽量减少长坡路段。但是甘肃省山区连续单坡地形十分普遍，因此要提交多种设计方案来综合比较，找出最优设计方案，采用绕行、拐弯等设计来最大程度避免长坡路段；也可以采用隧道来降低坡度；或者采用盘山公路路线；也可以采用多级缓坡来替代长坡路线。在设计过程中要合理配置纵坡路线，一般来说，台阶坡比直线式纵坡更好，多级缓坡可以降低坡度对汽车性能的要求。

通过综合比较不同路线设计方案后，如果依然无法避免长坡路线，则可以考虑采用以下方式来应对：在坡顶预留车辆休息区；加强路面交通安全设施，做好路线两侧防护设施建设；要增加大坡路段的提示信息牌数量，提高驾驶员的警惕；要配置避险车道和强制减速带；要提高路面安全管理力度，加强驾驶员安全教育。

4 运行车速设计理论在路线设计中的应用

运行车速是指在标准路面上，在没有其他影响因素干扰下，采用数理统计的方法测算出来从高速到低速排列在第85个百分点的车辆行驶速度，行业术语简称V85。运行速度是用来衡量车辆道路行驶安全的重要指标，通过计算车辆在不同地段之间的行驶速度，来分析路线的设计科学性。在现实生活中，可以通过计算和分析运行车速来掌握路线设计指标，将车辆运行速度控制在10km/h内，以提高路面车辆行驶安全性，如果运行速度差超过20km/h时，则要进行路线优化设计。如果运行速度低于路面最低车速，则可以考虑在路线内增加部分爬坡路段。

5 结束语

本文以甘肃省山区公路为例，分析了山区公路路线设计存在的主要问题，由于公路路线设计受到诸多因素影响，例如汽车性能、车流量、道路规格、地理环境等，因此要设计最优山区公路路线还要具体情况具体分析，尽量将所有影响公路设计的因素考虑在内，保证公路设计方案符合实际情况。运行车速分析也受到诸多因素影响，当前国内主要借鉴和学习国外分析模型和理论，但是其是否符合甘肃省实际情况还有待于进一步论证。

参考文献：

[1]交通部公路司.新理念公路设计指南[M].北京：人民交通出版社，2005.

[2]JTG D20-2003.公路路线设计规范[S].

[3]张昆生，郭红艳，余恒宾.龙瑞高速公路路线设计原则及运用[J].价值工程，2012（25）.