城市公路線(xiàn)形設計是城市公路總體設計、總體布局的關(guān)鍵。線(xiàn)形作為城市公路的骨架，其設計合理與否，不僅直接關(guān)系到公路建設項目的質(zhì)量好壞、里程長(cháng)短、投資多少、效益高低，更直接影響到城市公路運行安全。論文重點(diǎn)探討了平面線(xiàn)形設計，城市公路的縱斷面線(xiàn)形設計以及平縱線(xiàn)形合理組合，旨在更好的把握城市公路的設計狀態(tài)，設計出狀態(tài)良好的城市公路來(lái)。

　　關(guān)鍵詞：線(xiàn)形設計，平面線(xiàn)形，縱斷面線(xiàn)

　　引言

　　城市公路線(xiàn)形設計是否合理是直接影響到城市公路運行安全的根本性問(wèn)題。公路線(xiàn)形必須符合汽車(chē)行駛特性的要求，線(xiàn)形設計中應注重線(xiàn)形指標的選取和平、縱線(xiàn)形合理組合，保證城市公路線(xiàn)形指標的均衡性、一致性和線(xiàn)形的連續性，以滿(mǎn)足汽車(chē)高速及安全行駛的需要。

　　1城市公路線(xiàn)性設計的相關(guān)概述

　　1.1公路線(xiàn)形設計定義

　　公路線(xiàn)形包括公路平面線(xiàn)形和公路縱斷面線(xiàn)形。公路平面線(xiàn)形是公路線(xiàn)路在平面上的投影；公路縱斷面線(xiàn)形是公路線(xiàn)路空間位置在立面上的投影。根據公路線(xiàn)路所處的地形、水文、地質(zhì)條件，設計符合各種行車(chē)條件的公路平面線(xiàn)形和縱斷面線(xiàn)形的工作，即為公路線(xiàn)形設計。公路線(xiàn)形對行車(chē)速度、行車(chē)安全和好適性的影響極大。因此，公路工程技術(shù)對公路線(xiàn)形制定了一系列技術(shù)指標。

　　1.2城市公路線(xiàn)形的設計的基本原則

　　城鎮地區干線(xiàn)公路的選線(xiàn)和線(xiàn)形設計，除上述事項外，還必須注意以下各點(diǎn)。1）考慮沿途的土地利用類(lèi)型。當進(jìn)行城鎮地區干線(xiàn)公路的線(xiàn)形設計時(shí)，特別要考慮路線(xiàn)經(jīng)過(guò)地區的文化區和日常生活區。當干線(xiàn)公路割斷沿途居民的居民區時(shí)，必然要給居民造成生活上和習慣上的不便，還影響到安全，有時(shí)不能發(fā)揮干線(xiàn)公路本身的性能。(2)要考慮與既有城市公路網(wǎng)的關(guān)系，選定不形成多路交叉和變形交叉的線(xiàn)形。不得不采用這種線(xiàn)形時(shí)，也必須對交叉城市公路做一些調整和改善。(3)從保證安全和提高通行能力的角度出發(fā)，應避免采用在立體交叉的端部或道口、城市高速道路的駛出駛入匝道的近處，設置平面交叉的線(xiàn)形。4)當設計城市公路時(shí)，為了保證行車(chē)的安全和順適，必須盡量使各種線(xiàn)形要素達到均衡，設計車(chē)速便是使各項線(xiàn)形要素能達到均衡的一個(gè)指標。

　　2平面線(xiàn)形設計要點(diǎn)

　　2.1平曲線(xiàn)半徑與超高。

　　汽車(chē)在平曲線(xiàn)路段上行駛時(shí)，將產(chǎn)生離心力。由于離心力作用，汽車(chē)將產(chǎn)生側向滑移。車(chē)輛在曲線(xiàn)上穩定行駛的必要條件是橫向力系數要小于路面提供的極限摩阻系數。圓曲線(xiàn)半徑越大，橫向力系數就越小，汽車(chē)就越穩定。所以從汽車(chē)行駛穩定性出發(fā)，圓曲線(xiàn)半徑越大越好。但有時(shí)因受地形、地質(zhì)、地物等因素的限制，圓曲線(xiàn)半徑不可能設置得很大。因此，在路線(xiàn)設計中采取設置超高來(lái)減輕或消除橫向力的影響。圓曲線(xiàn)半徑應該盡可能大些，由于地理、地形條件等的限制，曲半徑往往不能太大，這就需要研究曲線(xiàn)半徑的最小值，以保證行車(chē)的安全與舒適必須對曲線(xiàn)行車(chē)的橫向力的大小加以限制。橫向力的大小是和圓曲線(xiàn)的半徑成反比的，要想降低車(chē)輛彎道行駛時(shí)所受的橫向力，就應采用較大的圓曲線(xiàn)半徑。另外還需注意：1）檢查采用的圓曲線(xiàn)半徑是否與城市公路等級及行車(chē)速度相適應、超高與路面橫向摩阻系數相協(xié)調；2）當采用極限半徑時(shí)，是否采取了相應的交通安全措施，如設立“急彎”警告標志、車(chē)道中心線(xiàn)標劃實(shí)線(xiàn)等；3）對于高等級城市公路應以運行速度進(jìn)行驗算。

　　2.2長(cháng)直線(xiàn)

　　直線(xiàn)具有最短距離連接兩控制點(diǎn)以及線(xiàn)形布設方便、容易施工等優(yōu)點(diǎn)，但線(xiàn)形呆板，過(guò)長(cháng)的直線(xiàn)會(huì )使駕駛員行車(chē)單調乏味、分散注意力、增加疲勞感，有時(shí)急于加速行駛往往對車(chē)距失去判斷造成惡性交通事故，對行車(chē)安全不利。一般來(lái)說(shuō)，直線(xiàn)長(cháng)度不應大于設計速度的20倍，當采用時(shí)應采取彌補景觀(guān)單調缺陷的技術(shù)措施。必須檢查是否有大于設計速度20倍直線(xiàn)，如若有，是否有彌補景觀(guān)單調的技術(shù)措施，采取的技術(shù)措施是否合理。

　　2.3短直線(xiàn)

　　同向曲線(xiàn)之間插入長(cháng)度不夠的直線(xiàn)，稱(chēng)為斷背曲線(xiàn)。此類(lèi)曲線(xiàn)容易產(chǎn)生把直線(xiàn)和兩端曲線(xiàn)看成反向彎曲的錯覺(jué)，整個(gè)線(xiàn)型缺乏連續性，容易導致駕駛失誤。曲線(xiàn)間直線(xiàn)不夠，對于有超高、加寬的反向曲線(xiàn)，將不能實(shí)現反向變化的平穩過(guò)渡，行車(chē)也是不安全的。兩同向曲線(xiàn)間應設有足夠長(cháng)度的直線(xiàn)，不得以短直線(xiàn)相連，否則應調整線(xiàn)形使之成為一個(gè)單曲線(xiàn)或復曲線(xiàn)或運用回旋線(xiàn)組合成卵形、凸形、復合形等曲線(xiàn)。兩反向曲線(xiàn)間夾有直線(xiàn)段時(shí)，以設置不小于最小直線(xiàn)長(cháng)度的直線(xiàn)段為宜，否則應調整線(xiàn)形或運用回旋線(xiàn)而組合成S形曲線(xiàn)。

　　2.4城市公路橋隧兩端的路線(xiàn)等特殊路線(xiàn)的設計

　　通常稱(chēng)橋梁引道路線(xiàn)為橋頭路線(xiàn)。路線(xiàn)設計中，當橋位和隧道位置確定了以后再來(lái)考慮“接線(xiàn)”時(shí)，引線(xiàn)的技術(shù)標準一般偏低，有時(shí)甚至于不必要地增加了路線(xiàn)長(cháng)度。使用時(shí)事故多，運輸效率低，在汽車(chē)燃料消耗上也造成浪費。

　　1）橋梁與水文直交（圖1）

　　圖1橋梁與水文直交圖2城市公路路線(xiàn)與水流方向斜交

　　橋梁一般要高于最高洪水位，在通航的水流上有時(shí)要加上一個(gè)大于通航船只高度的凈空。從交通上說(shuō)，引道縱坡要平緩，或坡度不能太大，使其不致造成上、下橋的困難?？墒?，為了滿(mǎn)足凈空上的要求，引道路線(xiàn)不得不拉得很長(cháng)。在水流的岸邊，橋梁的引道或引橋與岸邊的城市公路或街道作成立體交叉，但是不宜直接相連。這時(shí)，從路線(xiàn)布設來(lái)說(shuō)，著(zhù)重考慮引道縱坡的大小，平面上的線(xiàn)形就是橋梁路線(xiàn)與水流直交的線(xiàn)形。2）城市公路路線(xiàn)與水流方向斜交(如圖2)

　　城市公路路線(xiàn)的方向與水流的方向在相當多的情況下是斜交的。通常的做法是使橋梁與水流宜交，并在橋頭沒(méi)有相當長(cháng)的直線(xiàn)段，然后再與公路路線(xiàn)相連接。這樣的布置既有利于行車(chē)，也有利于橋梁的建造。在這種情況下，從路線(xiàn)布設上來(lái)說(shuō)，就要注意橋頭直線(xiàn)段要保持一定的長(cháng)度，以免過(guò)橋就要轉彎。在上述兩種情況下，水流的方向在不大的范圍內大體上是不變的?？墒?，從大范圍來(lái)看，水流的方向是不斷變化的。

　　3縱斷面線(xiàn)形設計

　　3.1坡度和坡長(cháng)

　　汽車(chē)在長(cháng)大縱坡路段上行車(chē)，上坡容易因動(dòng)力受限行駛速度下降影響車(chē)輛行駛的連續性，下坡會(huì )因制動(dòng)器發(fā)熱導致制動(dòng)失靈，這都是很不安全的。因此，設計中作好坡度、坡長(cháng)限制和緩和坡段的應用是十分重要的。

　　設計速度為120km/h,100km/h,80km/h的高速公路受地形條件或其它特殊情況限制時(shí)，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟論證，最大縱坡值可增加1%。城市公路改建中，設計速度為40km/h、30km/h,20km/h的利用原有公路的路段，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟論證，最大縱坡值可增加10%越嶺路線(xiàn)連續上坡(或下坡)路段，相對高差大于500m時(shí)，平均縱坡不應大于5.5%；相對高差大于500m時(shí)，平均縱坡不應大于5%。任意連續3km路段的平均縱坡不應大于5.5%。

　　3.2豎曲線(xiàn)半徑和視距

　　過(guò)小的豎曲線(xiàn)半徑將導致視距的不足。凹型豎曲線(xiàn)過(guò)小還會(huì )引起離心加速度過(guò)大及排水問(wèn)題；凸形豎曲線(xiàn)太小還會(huì )引起跳車(chē)，這都是不安全因素。應逐個(gè)檢查豎曲線(xiàn)半徑和長(cháng)度是否符合標準要求。對夜間交通量較大、沿線(xiàn)有跨路橋的路段，其半徑和曲線(xiàn)長(cháng)度應進(jìn)行過(guò)驗算。

　　3.3特殊路段縱坡設計

　　橋梁、隧道、立交橋等設施都是城市公路的組成部分，它們應當和路基一起構成一條平順而連續的線(xiàn)形，才有利于汽車(chē)快速安全行駛。但是，橋梁由于受設計洪水位和橋下通航凈空的限制，橋面設計標高可能高于橋頭引線(xiàn)路基標高，這就造成縱斷面不平順；隧道由于受地形限制和為了縮短洞長(cháng)、減少投資，可能使縱坡過(guò)大、引線(xiàn)連接不平順；洞內坡大，會(huì )使汽車(chē)排放有害氣體增多；洞內濕度大，會(huì )降低路面抗滑能力；這都不利于行車(chē)安全。特殊路段縱坡必須滿(mǎn)以下幾點(diǎn)要求：

　　1）橋梁及其引道的平、縱、橫技術(shù)指標應與路線(xiàn)總體布設相協(xié)調。橋上縱坡不宜大于4%，橋頭引道縱坡不宜大于5%。位于市鎮混合交通繁忙處，橋上縱坡和橋頭引道縱坡均不得大于3%。橋頭兩端引道線(xiàn)形應與橋上線(xiàn)形相配合。2）隧道內的縱坡應小于3%；但短于100m的隧道不受此限。城市公路、一級城市公路的中、短隧道，當條件受限制時(shí)，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟論證后最大縱坡可適當放大，但不宜大于4%。3）隧道洞口的連接線(xiàn)應與隧道線(xiàn)形相協(xié)調。隧道兩端洞口連接線(xiàn)的縱坡應有一段距離與隧道縱坡保持一致。4）檢查設計是否滿(mǎn)足上述標準要求，并使橋、隧及其兩端引線(xiàn)之平、縱線(xiàn)形盡可能平順，與周?chē)h(huán)境相協(xié)調，使之視眼開(kāi)闊、視線(xiàn)誘導良好。

　　3.4爬坡和避險車(chē)道

　　載重汽車(chē)在長(cháng)上坡段行駛時(shí)，車(chē)速隨坡長(cháng)增大將明顯下降妨礙跟馳輕型車(chē)輛行駛，不但降低城市公路的通行能力，而且導致事故增加，需要為慢速車(chē)輛設置爬坡車(chē)道。對于已設置爬坡車(chē)道的路段，應對爬坡車(chē)道的長(cháng)度、寬度以及標志、標線(xiàn)等進(jìn)行評價(jià)。在長(cháng)大下坡路段，連續4km以上路段末設置停車(chē)區、加水冷卻區等服務(wù)設施時(shí)，應根據沿線(xiàn)地形條件和交通組成特點(diǎn)，評價(jià)在下坡路段設置緊急避險車(chē)道的必要性。對于己設置緊急避險車(chē)道的路段，應評價(jià)設置間距能否滿(mǎn)足行車(chē)安全要求，并對緊急避險車(chē)道的平縱面線(xiàn)形、長(cháng)度、橫斷面寬度、路面材料、排水系統以及防撞護欄、標志、標線(xiàn)等進(jìn)行評價(jià)。

　　4平縱線(xiàn)形組合

　　優(yōu)良的道路幾何線(xiàn)形組合設計應為：寬闊連續的視野能使駕駛員自覺(jué)地保持隨時(shí)對車(chē)輛行駛狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)的調整，并為駕駛員在遇到緊急情況時(shí)采取安全措施贏(yíng)得時(shí)間。

　　1）為了保證具有明顯的立體曲線(xiàn)形體和排水優(yōu)勢，在設計時(shí)應該盡量做到平曲線(xiàn)與豎曲線(xiàn)相重合，平曲線(xiàn)稍長(cháng)于豎曲線(xiàn)，即所謂的“平包豎”一取凸形豎曲線(xiàn)的半徑為平曲線(xiàn)半徑的10～20倍。應避免將小半徑的豎曲線(xiàn)設在長(cháng)的直線(xiàn)段上?！　?/p>

　　圖3平曲線(xiàn)與豎曲線(xiàn)相重合

　　2）保持平曲線(xiàn)和豎曲線(xiàn)兩種線(xiàn)形大小的均衡。在平縱線(xiàn)形組合設計中極為重要。幾何線(xiàn)形的均衡性是保證安全的重要前提。相關(guān)文獻表明：若平曲線(xiàn)半徑小于1000m，豎曲線(xiàn)半徑大約為平曲線(xiàn)半徑的10～20倍時(shí)，便可達到均衡的目的。

　　3）不良的線(xiàn)形組合。行車(chē)安全性的大小與不同線(xiàn)形之間的組合是否協(xié)調有密切的關(guān)系，下列線(xiàn)形組合往往是導致交通事故發(fā)生的重要原因，在線(xiàn)性設計中應予以避免并加以檢查。如：線(xiàn)形的驟變，如長(cháng)直線(xiàn)的末端設置急轉彎曲線(xiàn)，尤其是長(cháng)下坡（大于1km）接小半徑曲線(xiàn)是有危險傾向的設計；縱斷面反復凹凸，即形成只能看見(jiàn)腳下和前頭，而看不見(jiàn)中間凹陷的線(xiàn)形；在凸形豎曲線(xiàn)與凹形豎曲線(xiàn)的頂部或底部插入急轉彎的平曲線(xiàn)，前者因為沒(méi)有視線(xiàn)引導而必須急打方向盤(pán)；后者在超出汽車(chē)設計速度的地方仍然要急打方向盤(pán)等。

　　4結語(yǔ)

　　總之，城市公路線(xiàn)形設計時(shí)，設計者必須對城市公路具有的性能與作用進(jìn)行充分而慎重的分析研究，以免留下后患。對于提高我國城市公路勘測學(xué)科的整體學(xué)術(shù)水平，提高我國道路設計水平和設計能力，加速我國的城市公路建設有積極的促進(jìn)作用，其成果的應用亦將產(chǎn)生巨大的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益，并有著(zhù)十分廣闊的推廣應用前景。