道路路線平縱線形組合設計探討

陸劍卿 孫紅燕

(1.南昌市城市規劃設計研究總院，江西南昌 330038;2.南昌工程學院，江西 南昌 330099)

0 引言

汽車行駛在道路上時，駕駛員觀察到的道路形態是連續不斷的立體形狀。即使道路平、縱線形分別已滿足技術標準要求，若平縱線形組合不合理，則同樣會給行車帶來巨大危險。因此在線形設計中，各種線形要素組合的合理性考慮不容忽視，應盡量避免出現易造成視覺中斷、行車不利的組合情況。《公路工程技術標準》對于平縱線形組合設計有如下要求:當道路的設計速度不小于60 km/h時，必須重視線形平縱組合的合理性，盡量滿足線形連續、指標均衡、視覺良好、景觀協調、安全舒適;當道路的設計速度不大于40 km/h時，則首先保證行車安全，然后在條件允許范圍內盡量做到平縱線形的合理組合，減輕和避免不良組合。

1 平縱線形組合設計的基本原則

1)合理的平縱組合線形應保證視覺連續不中斷，自然地引導駕駛員安全、舒適地行車。可通過視覺分析方法來判斷道路線形能否自然順適地引導駕駛員的視線。任何可能導致道路立體線形不連續的組合都應避免。

2)重視平、縱線形指標的均衡協調性。這與道路立體線形的平順性及工程費用息息相關。

3)應采用合理的合成坡度，保證行車安全和路面排水。合成坡度過大，可能產生急彎和陡坡的組合，威脅行車安全;合成坡度過小，易造成路面積水，行車時濺水成霧，同樣存在行車危險。

4)充分利用道路的周圍環境減輕駕駛員在行車過程中的疲勞和緊張感，利用環境與道路的配合引導視線。

2 排水對平縱線形組合設計的要求

線形設計時宜將平曲線與豎曲線一一對應重合，使平曲線比豎曲線稍長，豎曲線的起點和終點分別落在平曲線的前后兩個緩和曲線范圍內，滿足“平包豎”的要求。該組合形式可提供較好的路面排水條件。原因是凹形豎曲線的底部或凸形豎曲線的頂部總存在一定長度的路段縱坡很小，該路段的縱斷面排水極不通暢。如果設計時考慮平面線形和縱斷面線形的組合設計，讓平曲線與豎曲線一一對應重合，那么圓曲線與豎曲線的頂部或底部對應，由于圓曲線上設計了較大超高橫坡可形成較大的合成坡度，對路面排水有利。

若做不到平曲線與豎曲線一一對應時，則應避免凹形豎曲線的底部或凸形的頂部設在平曲線的前后兩個緩和曲線上，尤其應避免設在超高過渡的零橫坡斷面附近。原因是平曲線的超高過渡一般在緩和曲線內進行，曲線外側抬高過程中存在一個零橫坡斷面以及橫坡很小的一段，假如凹形豎曲線的底部或凸豎曲線的頂部剛好處于零橫坡斷面附近，那么該路段外側合成坡度就會小于0.5%，路面將出現積水、排水緩慢等問題，給雨天行車帶來危險。

另外還需避免凹形豎曲線的底部或凸形豎曲線的頂部與S形平曲線的反彎點重合。因為在S形平曲線的反彎點附近，超高過渡同樣會引起零橫坡斷面以及橫坡較小的路段存在，如果凹形豎曲線的底部或凸形豎曲線的頂部與S形平曲線的反彎點重合，那么也同樣存在路面排水不暢的問題。

3 交通安全對平縱線形組合設計的要求

汽車行駛在道路上，駕駛員通過視覺、運動感覺以及時間變化感覺來判斷道路線形。駕駛員感受到的是道路三維立體線形的綜合效果，而非平面或縱斷面的單一因素。因此平縱線形組合設計的優劣，對視覺誘導起重要作用，任何導致視覺中斷或扭曲的線形組合都可能導致交通事故的發生。在進行平縱線形組合設計時，要避免豎曲線與緩和曲線對應重合，尤其是凹形豎曲線底部與S形平曲線的兩個反向緩和曲線拐點重合。同時應避免凸形豎曲線頂部與小半徑圓曲線重合，造成急彎，結果是由于凸形豎曲線的視距問題致使駕駛員靠近豎曲線頂部來不及判斷行車方向但行車速度又過高而造成交通事故。平面設計時盡量少采用或避免設計S形曲線、斷背曲線和復曲線。因為它們都存在不同程度扭曲，破壞了線形連線性，往往誘導駕駛員產生錯覺，是道路上的事故多發處。尤其是高速行車時，駕駛員更易出現錯覺，公路輪廓是駕駛員判斷行車方向的主要因素，因此需特別注意平縱線形的配合及形成的視覺效果。

4 平縱線形組合設計中的節能考慮

隨著經濟的迅速發展，氣候變暖、霧霾等環境問題及水荒、油荒等能源危機越來越突出，因此在道路設計中也應貫徹環保、節能的思想。節能理念在線形設計應用中主要體現在尋找并確定平面與縱斷面線形組合設計中的節能平衡點。道路縱坡是影響車輛油耗的主要因素，油耗量隨坡度增大而增長，所以減小縱坡值是節能的優先選項。然而縱坡變緩可能會導致平面線形變長或填挖方量增加，耗油量同樣增加。因此合理的設計應使總油耗最低，目的是確定對應總油耗最低的平縱線形設計結合點。這一點在山嶺重丘區地形中體現尤為突出。目前山嶺重丘區地形的路線設計中，經常采用較多的橋梁隧道，同時避免了大填大挖和保護環境。

5 常見不良組合分析及改進

1)平面線形為直線，縱斷面線形為凹形豎曲線，但前后坡段的坡差較大。若此時設置的凹形豎曲線半徑過小，則易在豎曲線底部形成類似折線的突變線形，造成線形扭曲不連續。因此，設計時應盡量設置較大的凹形豎曲線半徑，避免凹形豎曲線底部折線線形出現。2)平面線形為直線，縱斷面線形為凸形豎曲線，但凸形豎曲線前后的縱坡上緩下陡。這種線形易在凸形豎曲線變坡點后側出現暗凹線形。究其原因主要是凸形豎曲線的半徑過小縮短了視距，并且下部陡坡長度較短致駕駛員視覺急促。此種不良線形可以通過加大凸形豎曲線半徑，同時增加下部陡坡坡段的長度進行改善。3)平面線形為曲線，縱斷面線形為凸形豎曲線，且凸形豎曲線的變坡點落在緩和曲線上。這種線形不能很好地引導駕駛員的行車視線，若平面線形中的圓曲線半徑過小則會威脅行車安全。原因主要是凸形豎曲線頂部與緩和曲線重合，平面線形指向性不明顯，路線轉向被凸形豎曲線阻隔致駕駛員無法正確判斷行車方向。這種組合類型在設計中應該避免，可將凸形豎曲線的變坡點移至圓曲線范圍內，豎曲線的起終點落在前后兩個緩和曲線內，做到“平包豎”的組合。4)平面線形為長直線，縱斷面線形上存在多個豎曲線。這種組合易出現駝峰、暗凹、跳躍等不連續的線形，不僅影響路容美觀，而且致使駕駛員視線中斷無法判斷前方的行車方向而帶來行車危險。潛在的行車安全威脅主要是由長直線路段上的縱斷面起伏過于頻繁造成的。若在長直線路段上設計縱坡坡段不大且坡差較小，同時選擇適當的坡長和豎曲線半徑，并且控制長直線路段范圍內的變坡點個數即可改善線形。5)平面線形是S形曲線，縱斷面線形是凹形豎曲線，其中S形曲線的反彎點落在凹形豎曲線內。這種組合易造成線形扭曲和視覺不連續，如果平面線形的圓曲線半徑過小則會加劇線形的扭曲情況，嚴重者則危及行車。一般是凹形豎曲線的變坡點和S形曲線的反彎點相距過近或凹形豎曲線的底部高程較低時可能存在不良影響。設計時應盡量拉開豎曲線變坡點和S形平曲線的反彎點，適當抬高凹形豎曲線的底部高程即可改善。

6 結語

道路作為一種人工構造物供汽車行駛，與周圍的環境相互影響，駕駛員主要通過線形傳遞給視覺的信息進行駕駛操作，道路線形的優劣直接影響駕駛行為和行車安全。因此設計者在線形設計中不能只考慮平面或縱斷面的單一線形指標滿足標準要求，還要重視平縱線形組合的合理性，設計出視覺連續協調、視距條件良好的道路線形，給駕駛員創造安全舒適的行車環境。

［1］楊少偉.道路勘測設計［M］.第3版.北京：人民交通出版社，2010.

［2］陳立洋，蘇 然.淺談公路幾何線型平縱組合與交通安全的關系［J］.科技與生活，2010(22)：192.

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