浅析高速公路路线设计
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摘要：高速公路线形设计是高速公路设计的灵魂，而山区高速公路的线形设计对造价控制、后期管理养护有着更重要的意义。本文结合广西高速公路的实际情况，着重对山区高速公路主线线形设计中的常见问题进行分析，并提出一些体会与见解。
关键词：山区高速公路；线形设计；分析
中图分类号：U412文献标识码： A
1线形设计中关于平纵组合的问题
相对于地势平坦的平原区高速公路而言，地形复杂、构造物多，指标较低的山区高速公路线形设计中保持良好的平纵组合尤为重要。《公路路线设计规范》（以下简称《规范》）中对于平纵面线形组合使用以下原则：“平、纵线形组合设计原则为宜相互对应。当平、竖曲线半径均较小时，其相互对应程度应较严格；随着平、竖曲线半径的同时增大，其对应程度可适当放宽；当平、竖曲线半径均大时，可不严格相互对应。在《规范》条文说明中，对于该原则有了更进一步的解释,平、纵线形组合设计的原则为“相互对应”，且平曲线稍长于竖曲线，即所谓的“平包竖”。国内、外研究资料表明，当平曲线半径小于2000m、竖曲线半径小于15000m时，平、竖曲线的相互对应线形组合显得十分重要。随着平、竖曲线半径的增大。其影响逐渐减小；当平曲线半径大于6000m、竖曲线半径为25000时，对线形的影响就显得不敏感了。广西尚未建设的高速公路多位于地形复杂的山区，设计速度一般为80-100km/h，为减小工程量，设计中所使用的线形指标一般较低，因此线形组合的合理性显得尤为重要。
究竟应该按照那种观点去把握“平包竖”这个原则进行设计呢？要搞清楚这个问题，不能简单机械的，表面化的套用“平包竖”这条原则，应该从该原则的本意，从设定这条原则的深层次的原因入手。公路线形设计是以行车安全为基础的，应在视觉上能自然地引导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性。任何使驾驶员感到茫然、迷惑和判断失误的线形，必须尽力避免。而“平包竖”的线形设计的优点就是，当车辆驶入凸形竖曲线的顶点前，即能清楚的看到平曲线的始端，辨明转弯的走向，不致因判断错误发生事故。弄清楚了“平包竖”原则的根本用意，就可以对具体情况具体分析，在设计中适当、灵活的运用这条原则。笔者通过工作实践，对以下三种具体情况提出自己的看法。
①当平曲线前后接直线，或者竖曲线半径较大（如大于视觉需要的最小半径）时，竖曲线不设置在平曲线中央对行车安全构成的影响不大，因为该情况下驾驶员能很好的判断路线的走向；
②当平曲线与相邻平曲线相接构成S形曲线，且平曲线半径都不大时，半径较小的竖曲线设置在靠近公切点的位置，将减少驾驶员看清前方路线走向的距离与时间，对视线诱导会构成一定的不良影响。这种情况下竖曲线应严格的一一对应，并将变坡点尽量设置在平曲线的中部。
③从合成纵坡对路面排水的影响角度来看，若竖曲线设置在平曲线的前部和后部，那么将有可能出现竖曲线的底部纵坡接近零的路段与超高渐变段中路拱横坡接近零（零超高）的路段重合。
因此当无法将竖曲线设置在平曲线中部，或者必须在同一平曲线内设置两段或两段以上的竖曲线时，需要检验并避免以上情况发生。
2隧道洞口平纵面线形
山区高速公路多隧道，多个距离较近的隧道甚至构成隧道群。隧道洞口的线形设计对行车安全极为重要。现行《规范》对于隧道洞口的线形设计要求较为宽泛，隧道洞口的线形设计更多的应该按照《隧道设计规范》（JTG D70―2004）或者《公路隧道设计细则》（JTG／T D70-2010）中的相关规定执行。同时不同地区不同设计单位对于隧道洞口的线形设计就有多种不同的理解与把握，结合笔者实践经验，分别从隧道口平面线形和纵面线形两方面进行探讨。
2.1 隧道洞口的平面线形
《公路隧道设计细则》（以下简称《隧道细则》）中对隧道洞口的平面线形有以下规定：“隧道洞口内外3s设计速度行程长度范围内的平面线形应保持一致。”同时还明确了“一致”的概念，即曲率不发生变化的直线和圆曲线视为线形一致，而缓和曲线内因曲率不断发生变化，不应视为线形一致。这条规定已经为广大设计人员所接受，并在设计中得以体现。但设计实践中，也经常出现为了满足该项规定，导致路线线形不协调或者增加较多不必要的工程量的情况。为此，《隧道细则》中提出，处于下列两种情况下时，洞内外接线可采用缓和曲线或缓和曲线与圆曲线组合的线形，但应在洞口内外线形诱导和光过渡等方面采取措施，保证行车安全：
①路线平纵面指标较高（平曲线半径大于规范规定的一般平曲线半径最小值的2倍，纵面最大纵坡小于2%），行车视距大于停车视距规定值的2倍以上，且调整后工程规模增加较大时；
②隧道群之间每个洞口线形均采用理想线形有困难，在平面指标较高、处于上坡进洞，且行车视距满足要求时。
按《隧道细则》提出的这个规定，在特定条件下，放宽了隧道洞口平面线形的限制，使设计人员更灵活、更合理的选择线形指标。但是，当隧道洞口线形满足了以上条件可以将隧洞洞口设置于缓和曲线上时，洞口是设置在直缓点（或缓直点）附近，还是设置在圆缓点（或缓圆点）附近是值得思考的。
对于进洞的车辆而言，由于隧道洞内外光线差别较大，由亮入暗，对司机看清前方路况会造成一定的困扰。因此，若隧道洞口位于直缓点（或缓直点）附近时，司机有可能对前方转弯的程度和距离判断上产生误差而影响行车安全；若隧道洞口位于圆缓点（或缓圆点）附近时，因为在进洞前司机已经基本完成了方向盘转动的过程，对于前方道路的转向趋势已经有所认识，所以也就不会有太大的安全隐患。对于出洞车辆而言，由于光线由暗入亮，洞口设置位置对司机判断的影响就不如进洞时那么明显。
2.2隧道洞口的纵面线形
《隧道细则》对于隧道洞口的纵面线形也有相关的规定：“隧道洞口内外各3s设计速度行程范围内的纵面线形应尽量保持一致，有条件时宜取5s设计速度行程。”与平面线形不同的时，对于何谓“纵面线形保持一致”《隧道细则》中没有详细说明。由于现今国内高速公路纵面设计中竖曲线一般都采用圆曲，没有平面线形中的缓和曲线，纵面曲率在圆曲线起终点是突变的。鉴于竖曲线的这种特点，不同地区，不同设计单位对于该规定的理解各不相同，如何掌握也各有各的特点。笔者归纳主要有以下3种观点：
①参考平面线形一致的情况，认为在隧道洞口内外各3s设计速度行程范围内，不出现竖曲线起终点，即这个范围内纵面线形或是直线，或是竖曲线，而不应该出现纵面线形上曲率的变化；
②在规定范围内不应出现变坡点；
③隧道洞口附近纵面线形应为直线，不应在竖曲线范围内。
如何看待这三种观点，如何把握“纵面线形保持一致”这条原则呢？《隧道细则》对隧道洞口的线形规定的根本目的和出发点是保证行车安全。从保证行车安全的角度出发，我们来分析一下三种观点的各自意图和特点。
目前第一种观点的认同度是最高的，在设计中采用也最广泛，但其出发点和主要意图是什么呢？由于影响隧道洞口的行车安全的根本问题还是视距问题，我们先可作图分析竖曲线起终点对于视距的影响。
由于竖曲线对视线的不利影响，隧道洞口位于竖曲线起终点附近时，驾驶员所能看到的距离实际上要比隧道洞口位于竖曲线中部时要远。由此可知，第一种观点实际上不是从视距优良方面考虑的。那么第一种观点有何优势？笔者认为，竖曲线的曲率连续保证了行驶在竖曲线上车辆所受离心力不会产生突变；同时由于平面线形上，隧道洞口一般位于平曲线中部或者直线上，出于平纵组合的需要，隧道口一般也会远离竖曲线的起终点。
对于第二种观点，我们可以从坡度变化对车辆行驶影响去分析。变坡点位于坡度变化的临界点附近，而坡度的变化会影响车辆的行驶速度，特别是大型重车。在隧道洞口附近，如果坡度变化较大时，驾驶员需要进行换挡和加（减）油门的操作势必会分散驾驶员的注意力，从而影响行驶安全。当然，高速公路纵面线形指标较高、竖曲线较长，这种影响实际上是比较小的。另外，在特殊情况下，需要考虑驾驶员及乘客所受离心力的影响。根据汽车在竖曲线上行驶的离心加速度公式：a=V2/R，如果隧道洞口位于长下坡接凹型竖曲线的边坡点附近时，由于车速V为最大且即将上坡，此时车辆的离心加速度将达到最大，对乘客的不适感也达到最大。设计中应避免出现这种情况。
对于山区高速公路而言，如果严格按第三种观点来设计，将造成平纵面的不协调与工程量的比较大的浪费。因此目前除了平原区或平纵指标限制条件较少的个别工程外，均不采用第三种观点。
对比三种观点，无论从哪个方面来说，第三种观点都是最优的，但在山区高速公路不太现实。而第一种观点和第二种观点则各有特点。在满足视距需要的前提下，第一种观点是出于离心力及平纵组合的考虑，第二种观点则着重关于坡度变化对行车安全的影响。笔者倾向于按第一种观点来执行。因为高速公路纵面线形指标较高，竖曲线较长，有较长的时间和空间距离可以给驾驶员从容的变换车速。因此竖曲线变坡点位于隧道洞口附近对于行车安全的影响是较小的。而保持良好的平纵组合以及稳定的离心力影响对于行车安全的意义更大一些。
3结语
与发达地区相比，广西的高速公路建设正处在中前期。在将来还将有多条高速公路将开工建设或者进行改扩建。线形设计人员应充分汲取全国各地的诸多项目及广西本省以往项目的经验，结合山区高速公路自身的特点，对规范不生搬硬套，而是深入理解规范的用意，灵活掌握与运用各种技术指标，努力使广西山区高速公路的线形设计做到安全、经济、和谐。
参考文献：
[1]中交第一公路勘察设计研究院.JTG D20―2006 公路路线设计规范[M].北京:人民交通出版社，2006.
[2]中交第二公路勘察设计研究院有限公司. JTG／T D70--2010 公路隧道设计细则[M].北京:人民交通出版社，2010.
[3]杨少伟,朱照宏.道路勘测设计（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2004.
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