道路線(xiàn)形支配著(zhù)整個(gè)道路的規劃、設計、施工及以后的養護和營(yíng)運。它直接影響著(zhù)道路構造物設計、路基路面設計、排水設計及其他附屬構造物設計。對汽車(chē)行駛的安全、舒適、經(jīng)濟以及公路的通行能力等都產(chǎn)生很大的影響。并在道路建設完成后，對道路沿線(xiàn)今后的經(jīng)濟發(fā)展、土地利用、居民生活、工農業(yè)生產(chǎn)以及自然景觀(guān)、環(huán)境協(xié)調等都會(huì )有很大的影響。本文將對道路線(xiàn)形設計上的幾個(gè)要點(diǎn)作一些簡(jiǎn)單的探討。

1 路線(xiàn)總體設計

1.1 路線(xiàn)方案

路線(xiàn)方案是根據指定的路線(xiàn)總方向(路線(xiàn)起終點(diǎn)和中間主要控制點(diǎn))和公路功能及其在公路路網(wǎng)中的作用，考慮了社會(huì )、經(jīng)濟因素和復雜的自然條件等擬定的路線(xiàn)走向。路線(xiàn)方案是否合理將直接關(guān)系到公路本身的工程投資、運輸效率和使用質(zhì)量，還影響到在公路網(wǎng)中是否起到應有作用。

1.2 路線(xiàn)帶選擇

在路線(xiàn)基本方向選定的基礎上，按地形、地質(zhì)、水文等自然條件選定一些細部控制點(diǎn)，連接這些控制點(diǎn)，即構成路線(xiàn)帶，也稱(chēng)路線(xiàn)布局。

1.3 路線(xiàn)分段

一條長(cháng)的公路可能通過(guò)不同的地形分區，要注意根據地形特征，合理地確定地形類(lèi)別、設計車(chē)速。設計車(chē)速不同的路段其過(guò)渡要均衡，不應出現突變。相鄰設計路段的銜接點(diǎn)，應選擇能使駕駛人員明顯判斷前方情況將發(fā)生顯著(zhù)變化而需要改變行車(chē)速度的地點(diǎn)，如村鎮、車(chē)站、交叉口或地形變化明顯處等。公路行經(jīng)地區的交通量變化較大時(shí)，可能出現車(chē)道數的變化。當出現這種分段時(shí)要選擇好銜接地點(diǎn)，處理好銜接前后過(guò)渡段的線(xiàn)形設計。

1.4 定線(xiàn)

定線(xiàn)是具體落實(shí)中線(xiàn)確切位置的工作。其任務(wù)是在路線(xiàn)總體布局的基礎上，按照已定的技術(shù)標準，結合地形、地質(zhì)及其他沿線(xiàn)條件，綜合考慮平、縱、橫三方面因素，合理安排路線(xiàn)中線(xiàn)位置。其內容包括確定交點(diǎn)和曲線(xiàn)敷設等工作。定線(xiàn)是道路設計過(guò)程中關(guān)鍵的一步。它不僅要解決工程技術(shù)、工程經(jīng)濟方面的問(wèn)題，而且對如何使道路與周邊環(huán)境相配合，以及道路本身線(xiàn)形的改善和美觀(guān)等問(wèn)題都要在定線(xiàn)過(guò)程中給予充分的考慮。定線(xiàn)質(zhì)量在很大程度上取決于采用的定線(xiàn)方法，常用的定線(xiàn)方法有實(shí)地定線(xiàn)和紙上定線(xiàn)。技術(shù)標準高，地形、地質(zhì)條件復雜的路線(xiàn)必須使用紙上定線(xiàn)，然后把紙上路線(xiàn)敷設在地面上;實(shí)地定線(xiàn)省去紙上定線(xiàn)這一環(huán)節，直接在現場(chǎng)實(shí)地定線(xiàn)，此方法常用于技術(shù)標準低和地形地貌較簡(jiǎn)單的路線(xiàn)。

隨著(zhù)計算機、航測、數模技術(shù)的發(fā)展與研究以及衛星定位系統、地理信息系統、全站儀的運用與開(kāi)發(fā)，智能(半智能)化定線(xiàn)技術(shù)研究不斷取得新成果。如采用航測技術(shù)及航攝儀器按一定比例拍攝初定路線(xiàn)范圍的照片(航測像片)。定線(xiàn)時(shí)，用特殊儀器可直接確定路線(xiàn)線(xiàn)位;或者轉繪成平面圖，再按紙上定線(xiàn)方法確定路線(xiàn)線(xiàn)位;或者轉化為數字地面模型。數字地面模型用一系列地面點(diǎn)的三維坐標來(lái)描述地面起伏，存儲的數據經(jīng)過(guò)處理，可用數控繪圖桌繪制等高線(xiàn)，也可繪制縱、橫斷面圖，計算土石方工程量并比較各種經(jīng)濟技術(shù)指標。

2 線(xiàn)形幾何設計

2.1 平面線(xiàn)形設計

為使汽車(chē)的行駛變得更穩定、更舒適、更經(jīng)濟，研究汽車(chē)行駛規律及特點(diǎn)是道路平面線(xiàn)形設計的基本課題，而在路線(xiàn)的平面設計中，主要考察汽車(chē)行駛軌跡。只有當平面線(xiàn)形與這個(gè)軌跡相符合或相接近時(shí)，才能保證行車(chē)的舒適。

道路是一條三維空間的實(shí)體，它是由路基、路面、橋梁、涵洞、隧道和沿線(xiàn)設施所組成的線(xiàn)形構造物。一般所說(shuō)的路線(xiàn)，是指道路中線(xiàn)的空間位置。路線(xiàn)在水平面上的投影稱(chēng)作路線(xiàn)的平面線(xiàn)形，由直線(xiàn)、圓曲線(xiàn)和緩和曲線(xiàn)構成。路線(xiàn)設計是指確定路線(xiàn)空間位置和各部分幾何尺寸的工作。為方便設計，路線(xiàn)設計分解為路線(xiàn)平面設計、路線(xiàn)縱斷面設計和路線(xiàn)橫斷面設計，三者既相互關(guān)聯(lián)，又相互獨立。平面線(xiàn)形不僅要保持自身線(xiàn)形的連續性和均衡性，而且也要同縱面線(xiàn)形相互配合，同時(shí)更要與地形、地物、環(huán)境、景觀(guān)相協(xié)調。

直線(xiàn)具有距離短、方向明確、線(xiàn)形易于布設的優(yōu)點(diǎn)，可作為平原區的主要線(xiàn)形要素。但過(guò)長(cháng)的直線(xiàn)又易引起駕駛員的單調和疲勞，出現過(guò)高的車(chē)速，因此有必要避免使用過(guò)長(cháng)的直線(xiàn)，并注意與地形、地物、環(huán)境相適應。

在平面線(xiàn)形上，圓曲線(xiàn)是使用最多的基本線(xiàn)形。圓曲線(xiàn)在現場(chǎng)容易設置，可以自然地表明方向的變化。采用平緩而適當的圓曲線(xiàn)，既可引起司機的注意，又起到誘導視線(xiàn)的作用。圓曲線(xiàn)具有一定的半徑，在透視圖中的形狀為橢圓。

在直線(xiàn)和圓曲線(xiàn)之間或在不同半徑的兩圓曲線(xiàn)之間，采用曲率半徑不斷變化的緩和曲線(xiàn)以適應汽車(chē)行駛軌跡。緩和曲線(xiàn)的作用是緩和人體感到的離心加速度的急劇變化，且使駕駛員容易做到均勻的操作方向盤(pán)，提高視覺(jué)的平順度及線(xiàn)形的連續性。緩和曲線(xiàn)的曲率從零漸漸地向某一定值變化，使圓曲線(xiàn)與直線(xiàn)平順地銜接。

2.2 縱斷面線(xiàn)形設計

縱面幾何線(xiàn)形由直坡線(xiàn)和豎曲線(xiàn)組成。直坡線(xiàn)的坡度及其長(cháng)度影響著(zhù)汽車(chē)的行駛速度以及運輸的經(jīng)濟和安全，因此，保證汽車(chē)行駛安全、迅速、舒適與經(jīng)濟，是縱斷面設計的基本原則之一?？v面幾何設計的依據是設計車(chē)型及其動(dòng)力性能，因此，從汽車(chē)行駛理論出發(fā)，研究汽車(chē)行駛時(shí)公路縱坡大小和坡長(cháng)限制，合理設置豎曲線(xiàn)與爬坡車(chē)道等，是縱斷面設計的主要內容。

路線(xiàn)縱坡度包括最大縱坡度和最小縱坡度之間的各種坡度。其中，最大坡度是公路線(xiàn)形設計控制的一項重要指標，它直接影響到路線(xiàn)的長(cháng)短、使用性能、行車(chē)安全以及運輸成本和工程造價(jià);最小縱坡是為排水而規定的最小值。坡長(cháng)限制是指控制汽車(chē)在坡道上行駛，即當車(chē)速下降到限定的最低允許速度時(shí)所能行駛最大距離。該限制長(cháng)度在理論上是以汽車(chē)的加、減速行程來(lái)計算的。為使行車(chē)快速、安全、經(jīng)濟，設計的縱坡應保證車(chē)輛能以某種最低的允許速度正常行駛，為此，可通過(guò)限制坡道的長(cháng)度，以保證行車(chē)速度變動(dòng)在一定范圍之內?？v斷面上兩個(gè)坡度的轉折處，為了減緩沖擊和保證行車(chē)視距，用一段曲線(xiàn)來(lái)緩和，稱(chēng)為豎曲線(xiàn)。豎曲線(xiàn)的形式可采用拋物線(xiàn)或圓曲線(xiàn)，但在設計和計算上因拋物線(xiàn)比圓曲線(xiàn)更為方便而廣為采用。

沿著(zhù)道路中線(xiàn)豎直剖切然后展開(kāi)即為路線(xiàn)縱斷面。由于地形因素的影響以及經(jīng)濟性要求，路線(xiàn)縱斷面總是一條有起伏的空間線(xiàn)?？v斷面設計的主要任務(wù)就是根據汽車(chē)的動(dòng)力特性、公路等級、當地的自然地理條件以及工程經(jīng)濟性等，確定起伏空間線(xiàn)幾何構成的大小及長(cháng)度，以便達到行車(chē)安全迅速、運輸經(jīng)濟合理及乘客感覺(jué)舒適的目的。

2.3 平、縱面線(xiàn)形組合設計

平、縱面線(xiàn)形組合設計，是在平面和縱面線(xiàn)形初步確定的基礎上，用透視圖法或模型法進(jìn)行視覺(jué)分析，研究如何在滿(mǎn)足汽車(chē)運動(dòng)學(xué)和力學(xué)要求的前提下，滿(mǎn)足視覺(jué)和心理的連續、舒適與周?chē)h(huán)境的協(xié)調和良好的排水條件等，再對平、縱面線(xiàn)形進(jìn)行修改，使平縱面線(xiàn)形合理地組合起來(lái)，使之成為連續、圓滑、舒適、美觀(guān)的空間曲線(xiàn)，從而達到行車(chē)安全、快速、舒適、經(jīng)濟的要求。平、縱面線(xiàn)形的組合設計，是線(xiàn)形設計的最后階段。平、縱面線(xiàn)形很好的配合，有助于發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，無(wú)需增加造價(jià)即能增進(jìn)道路的效能，并有助于汽車(chē)保持勻速行駛及行車(chē)安全和路容的美觀(guān)。