浅谈公路线形关键设计
摘要：线形作为公路的骨架，其设计合理与否，不仅直接关系到公路建设项目的质量好坏、里程长短、投资多少、效益高低，更直接影响到公路运行安全。论文重点探讨了平面线形设计，公路的纵断面线形设计以及平纵线形合理组合，旨在更好的把握公路的设计状态，设计出状态良好的公路来。
关键词：线形设计，平面线形，纵断面线
公路线形设计是否合理是直接影响到公路运行安全的根本性问题。公路线形必须符合汽车行驶特性的要求，线形设计中应注重线形指标的选取和平、纵线形合理组合，保证公路线形指标的均衡性、一致性和线形的连续性，以满足汽车高速及安全行驶的需要。
1公路线形设计定义
公路线形包括公路平面线形和公路纵断面线形。公路平面线形是公路线路在平面上的投影；公路纵断面线形是公路线路空间位置在立面上的投影。根据公路线路所处的地形、水文、地质条件，设计符合各种行车条件的公路平面线形和纵断面线形的工作，即为公路线形设计。公路线形对行车速度、行车安全和好适性的影响极大。因此公路工程技术标堰对公路线形制定了一系列技术指标。
2平面线形设计要点
2.1平曲线半径与超高。
在路线设计中采取设置超高来减轻或消除横向力的影响。圆曲线半径应该尽可能大些，由于地理、地形条件等的限制，曲半径往往不能太大，这就需要研究曲线半径的最小值，以保证行车的安全与舒适必须对曲线行车的横向力的大小加以限制。横向力的大小是和圆曲线的半径成反比的，要想降低车辆弯道行驶时所受的横向力，就应采用较大的圆曲线半径。另外还需注意：1）检查采用的圆曲线半径是否与公路等级及行车速度相适应、超高与路面横向摩阻系数相协调；2）当采用极限半径时，是否采取了相应的交通安全措施，如设立“急弯”警告标志、车道中心线标划实线等；3）对于高等级公路应以运行速度进行验算。
2.2长直线
直线具有最短距离连接两控制点以及线形布设方便、容易施工等优点，但线形呆板，过长的直线会使驾驶员行车单调乏味、分散注意力、增加疲劳感，有时急于加速行驶往往对车距失去判断造成恶性交通事故，对行车安全不利。一般来说，直线长度不应大于设计速度的20倍，当采用时应采取弥补景观单调缺陷的技术措施。必须检查是否有大于设计速度20倍直线，如若有，是否有弥补景观单调的技术措施，采取的技术措施是否合理。
2.3短直线
同向曲线之间插入长度不够的直线，称为断背曲线。此类曲线容易产生把直线和两端曲线看成反向弯曲的错觉，整个线型缺乏连续性，容易导致驾驶失误。曲线间直线不够，对于有超高、加宽的反向曲线，将不能实现反向变化的平稳过渡，行车也是不安全的。两同向曲线间应设有足够长度的直线，不得以短直线相连，否则应调整线形使之成为一个单曲线或复曲线或运用回旋线组合成卵形、凸形、复合形等曲线。两反向曲线间夹有直线段时，以设置不小于最小直线长度的直线段为宜，否则应调整线形或运用回旋线而组合成S形曲线。
2.4公路平面交叉口关键设计
公路平面交叉口应该尽量避免设置在平纵线形上，交叉口处驾驶员的操作任务比较复杂，如果交叉口位于几何平纵线形上，会增加驾驶员的操作负担，导致交通事故的发生。《公路工程技术标准》中规定平面交叉口范围内的纵坡宜设置为平坡，紧接该段的纵坡，一般不应大于3%，困难地段不应大于5%。对于新建的交叉口来说，应尽量使公路平面交叉口与公路的平纵线形分离，如果存在实施方面的困难，应该增大公路平面交叉口所在平曲线的半径，如果交叉口位于纵坡附近，应该减少纵坡的坡度，使公路平面交叉口附近的纵坡坡度值≤5%。
3纵断面线形设计
3.1竖曲线半径和视距
过小的竖曲线半径将导致视距的不足。凹型竖曲线过小还会引起离心加速度过大及排水问题；凸形竖曲线太小还会引起跳车，这都是不安全因素。应逐个检查竖曲线半径和长度是否符合标准要求。对夜间交通量较大、沿线有跨路桥的路段，其半径和曲线长度应进行过验算。
3.2特殊路段纵坡设计
桥梁、隧道、立交桥等设施都是公路的组成部分，它们应当和路基一起构成一条平顺而连续的线形，才有利于汽车快速安全行驶。但是，桥梁由于受设计洪水位和桥下通航净空的限制，桥面设计标高可能高于桥头引线路基标高，这就造成纵断面不平顺；隧道由于受地形限制和为了缩短洞长、减少投资，可能使纵坡过大、引线连接不平顺；洞内坡大，会使汽车排放有害气体增多；洞内湿度大，会降低路面抗滑能力；这都不利于行车安全。特殊路段纵坡必须满以下几点要求：
1）桥梁及其引道的平、纵、横技术指标应与路线总体布设相协调。桥上纵坡不宜大于4%，桥头引道纵坡不宜大于5%。位于市镇混合交通繁忙处，桥上纵坡和桥头引道纵坡均不得大于3%。桥头两端引道线形应与桥上线形相配合。2）隧道内的纵坡应小于3%；但短于100m的隧道不受此限。高速公路、一级公路的中、短隧道，当条件受限制时，经技术经济论证后最大纵坡可适当放大，但不宜大于4%。3）隧道洞口的连接线应与隧道线形相协调。隧道两端洞口连接线的纵坡应有一段距离与隧道纵坡保持一致。4）检查设计是否满足上述标准要求，并使桥、隧及其两端引线之平、纵线形尽可能平顺，与周围环境相协调，使之视眼开阔、视线诱导良好。
3.3坡度和坡长
汽车在长大纵坡路段上行车，上坡容易因动力受限行驶速度下降影响车辆行驶的连续性，下坡会因制动器发热导致制动失灵，这都是很不安全的。因此，设计中作好坡度、坡长限制和缓和坡段的应用是十分重要的。
设计速度为120km/h,100km/h,80km/h的高速公路受地形条件或其它特殊情况限制时，经技术经济论证，最大纵坡值可增加1%。公路改建中，设计速度为40km/h、30km/h,20km/h的利用原有公路的路段，经技术经济论证，最大纵坡值可增加10%越岭路线连续上坡(或下坡)路段，相对高差大于500m时，平均纵坡不应大于5.5%；相对高差大于500m时，平均纵坡不应大于5%。任意连续3km路段的平均纵坡不应大于5.5%。
3.4爬坡和避险车道
载重汽车在长上坡段行驶时，车速随坡长增大将明显下降妨碍跟驰轻型车辆行驶，不但降低公路的通行能力，而且导致事故增加，需要为慢速车辆设置爬坡车道。对于已设置爬坡车道的路段，应对爬坡车道的长度、宽度以及标志、标线等进行评价。在长大下坡路段，连续4km以上路段末设置停车区、加水冷却区等服务设施时，应根据沿线地形条件和交通组成特点，评价在下坡路段设置紧急避险车道的必要性。对于己设置紧急避险车道的路段，应评价设置间距能否满足行车安全要求，并对紧急避险车道的平纵面线形、长度、横断面宽度、路面材料、排水系统以及防撞护栏、标志、标线等进行评价。
4结语
总之，路线线形立体设计的关键是在路线方案选定时，就应对线形的立体组合有充分的研究，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。设计者必须对公路具有的性能与作用进行充分而慎重的分析研究，以免留下后患。其成果的应用亦将产生巨大的社会效益和经济效益，并有着十分广阔的推广应用前景。
参考文献：
[1]JTGD20-2006公路路线设计规范[S].北京:人民交通出版社,2006.
[2]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.
[3]赵一飞,杨少伟.高速公路设计[M].北京:人民交通出版社,2006.