道路线性设计探讨

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　　摘要：文章结合笔者的设计实践，从路线总体设计和线形几何设计两方面对道路线形设计进行了探讨，强调了道路线形设计中应把握的几个要点，以积累道路线形设计经验，完善道路线形设计。
　　关键词：道路线形；线形设计；设计要点
　　
　　道路线形支配着整个道路的规划、设计、施工及以后的养护和营运。它直接影响着道路构造物设计、路基路面设计、排水设计及其他附属构造物设计。对汽车行驶的安全、舒适、经济以及公路的通行能力等都产生很大的影响。并在道路建设完成后，对道路沿线今后的经济发展、土地利用、居民生活、工农业生产以及自然景观、环境协调等都会有很大的影响。本文将对道路线形设计上的几个要点作一些简单的探讨。
　　一、路线总体设计
　　（一）路线方案
　　路线方案是根据指定的路线总方向（路线起终点和中间主要控制点）和公路功能及其在公路路网中的作用，考虑了社会、经济因素和复杂的自然条件等拟定的路线走向。路线方案是否合理将直接关系到公路本身的工程投资、运输效率和使用质量，还影响到在公路网中是否起到应有作用。
　　（二）路线带选择
　　在路线基本方向选定的基础上，按地形、地质、水文等自然条件选定一些细部控制点，连接这些控制点，即构成路线带，也称路线布局。
　　（三）路线分段
　　一条长的公路可能通过不同的地形分区，要注意根据地形特征，合理地确定地形类别、设计车速。设计车速不同的路段其过渡要均衡，不应出现突变。相邻设计路段的衔接点，应选择能使驾驶人员明显判断前方情况将发生显著变化而需要改变行车速度的地点，如村镇、车站、交叉口或地形变化明显处等。公路行经地区的交通量变化较大时，可能出现车道数的变化。当出现这种分段时要选择好衔接地点，处理好衔接前后过渡段的线形设计。
　　（四）定线
　　定线是具体落实中线确切位置的工作。其任务是在路线总体布局的基础上，按照已定的技术标准，结合地形、地质及其他沿线条件，综合考虑平、纵、横三方面因素，合理安排路线中线位置。其内容包括确定交点和曲线敷设等工作。定线是道路设计过程中关键的一步。它不仅要解决工程技术、工程经济方面的问题，而且对如何使道路与周边环境相配合，以及道路本身线形的改善和美观等问题都要在定线过程中给予充分的考虑。定线质量在很大程度上取决于采用的定线方法，常用的定线方法有实地定线和纸上定线。技术标准高，地形、地质条件复杂的路线必须使用纸上定线，然后把纸上路线敷设在地面上；实地定线省去纸上定线这一环节，直接在现场实地定线，此方法常用于技术标准低和地形地貌较简单的路线。
　　随着计算机、航测、数模技术的发展与研究以及卫星定位系统、地理信息系统、全站仪的运用与开发，智能（半智能）化定线技术研究不断取得新成果。如采用航测技术及航摄仪器按一定比例拍摄初定路线范围的照片（航测像片）。定线时，用特殊仪器可直接确定路线线位；或者转绘成平面图，再按纸上定线方法确定路线线位；或者转化为数字地面模型。数字地面模型用一系列地面点的三维坐标来描述地面起伏，存储的数据经过处理，可用数控绘图桌绘制等高线，也可绘制纵、横断面图，计算土石方工程量并比较各种经济技术指标。
　　二、线形几何设计
　　（一）平面线形设计
　　为使汽车的行驶变得更稳定、更舒适、更经济，研究汽车行驶规律及特点是道路平面线形设计的基本课题，而在路线的平面设计中，主要考察汽车行驶轨迹。只有当平面线形与这个轨迹相符合或相接近时，才能保证行车的舒适。
　　道路是一条三维空间的实体，它是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施所组成的线形构造物。一般所说的路线，是指道路中线的空间位置。路线在水平面上的投影称作路线的平面线形，由直线、圆曲线和缓和曲线构成。路线设计是指确定路线空间位置和各部分几何尺寸的工作。为方便设计，路线设计分解为路线平面设计、路线纵断面设计和路线横断面设计，三者既相互关联，又相互独立。平面线形不仅要保持自身线形的连续性和均衡性，而且也要同纵面线形相互配合，同时更要与地形、地物、环境、景观相协调。
　　直线具有距离短、方向明确、线形易于布设的优点，可作为平原区的主要线形要素。但过长的直线又易引起驾驶员的单调和疲劳，出现过高的车速，因此有必要避免使用过长的直线，并注意与地形、地物、环境相适应。
　　在平面线形上，圆曲线是使用最多的基本线形。圆曲线在现场容易设置，可以自然地表明方向的变化。采用平缓而适当的圆曲线，既可引起司机的注意，又起到诱导视线的作用。圆曲线具有一定的半径，在透视图中的形状为椭圆。
　　在直线和圆曲线之间或在不同半径的两圆曲线之间，采用曲率半径不断变化的缓和曲线以适应汽车行驶轨迹。缓和曲线的作用是缓和人体感到的离心加速度的急剧变化，且使驾驶员容易做到均匀的操作方向盘，提高视觉的平顺度及线形的连续性。缓和曲线的曲率从零渐渐地向某一定值变化，使圆曲线与直线平顺地衔接。
　　（二）纵断面线形设计
　　纵面几何线形由直坡线和竖曲线组成。直坡线的坡度及其长度影响着汽车的行驶速度以及运输的经济和安全，因此，保证汽车行驶安全、迅速、舒适与经济，是纵断面设计的基本原则之一。纵面几何设计的依据是设计车型及其动力性能，因此，从汽车行驶理论出发，研究汽车行驶时公路纵坡大小和坡长限制，合理设置竖曲线与爬坡车道等，是纵断面设计的主要内容。
　　路线纵坡度包括最大纵坡度和最小纵坡度之间的各种坡度。其中，最大坡度是公路线形设计控制的一项重要指标，它直接影响到路线的长短、使用性能、行车安全以及运输成本和工程造价；最小纵坡是为排水而规定的最小值。坡长限制是指控制汽车在坡道上行驶，即当车速下降到限定的最低允许速度时所能行驶最大距离。该限制长度在理论上是以汽车的加、减速行程来计算的。为使行车快速、安全、经济，设计的纵坡应保证车辆能以某种最低的允许速度正常行驶，为此，可通过限制坡道的长度，以保证行车速度变动在一定范围之内。纵断面上两个坡度的转折处，为了减缓冲击和保证行车视距，用一段曲线来缓和，称为竖曲线。竖曲线的形式可采用抛物线或圆曲线，但在设计和计算上因抛物线比圆曲线更为方便而广为采用。
　　沿着道路中线竖直剖切然后展开即为路线纵断面。由于地形因素的影响以及经济性要求，路线纵断面总是一条有起伏的空间线。纵断面设计的主要任务就是根据汽车的动力特性、公路等级、当地的自然地理条件以及工程经济性等，确定起伏空间线几何构成的大小及长度，以便达到行车安全迅速、运输经济合理及乘客感觉舒适的目的。
　　（三）平、纵面线形组合设计
　　平、纵面线形组合设计，是在平面和纵面线形初步确定的基础上，用透视图法或模型法进行视觉分析，研究如何在满足汽车运动学和力学要求的前提下，满足视觉和心理的连续、舒适与周围环境的协调和良好的排水条件等，再对平、纵面线形进行修改，使平纵面线形合理地组合起来，使之成为连续、圆滑、舒适、美观的空间曲线，从而达到行车安全、快速、舒适、经济的要求。平、纵面线形的组合设计，是线形设计的最后阶段。平、纵面线形很好的配合，有助于发挥各自的优点，无需增加造价即能增进道路的效能，并有助于汽车保持匀速行驶及行车安全和路容的美观。
　　
　　参考文献
　　[1]孔祥明，徐广清，胡国甫．公路设计中平､纵线形组合浅谈[J]．吉林交通科技，2008，（2）．
　　[2]孙勇，李晓新．公路线形设计方案分析[J]．中国新技术新产品，2011，（1）．
　　

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