山區公路路線平縱線形組合設計分析

王晶

（中國公路工程咨詢集團有限公司路橋設計研究院分公司，湖北武漢 430023）

0 引言

由于山區獨特的地形、環境氣候等條件，導致山區公路平縱線形設計限制因素多，難度大。我國的山區公路設計還處于初步發展階段，沒有形成成熟的山區公路設計規范，平縱線的設計也主要是以交通運輸部頒布的《公路路線設計規范》（JTG D20—2017）為依據，導致山區道路設計的問題日益突出。

1 工程概況

1.1 工程情況

以某高速公路為研究對象，路線穿越蓮花山脈，沿線多為丘陵地貌、山前（河谷）平原地貌及丘間谷地地貌，局部為中低山地貌，高差起伏較大，橋隧比高，將產生大量的棄方。設計階段應綜合考慮平縱橫和取棄土場設計，同時注意對取棄土場的水土保持及生態恢復利用；施工階段將結合分標及施工組織情況合理調配土石方，統一協調，盡量利用挖余方及隧道棄渣。

B27 線方案隧道內布設+0.5%、-2%人字坡，縱面抬高后，B27 隧道出口段落利用地形向左側山體偏移、減小橋梁工程規模。路線里程及技術指標：B27線里程較B5 線增加14m，兩者里程基本相當。如下圖1 為梅子坪隧道人字坡B27 線。

圖1 梅子坪隧道人字坡B27 線

連續縱坡：B5 線連續下坡2.37%/6.985km，B27 線設置人字坡后，連續下坡分為2 段，分別為：2.52%/2.88km、2.25%/4.798km。

1.2 設計需求

道路線形是公路的基本骨架，對于道路施工具有直接的影響。山區道路路線設計要考慮駕駛員的視覺以及心理方面的要求，盡量選擇平曲線和豎曲線對應的設計組合，避免因為平縱設計不合理形成安全隱患，確保駕駛員預留足夠的時間和空間了解前方路況，以便作出正確的判斷。

2 山區公路路線設計影響因素

2.1 地理環境復雜

研究的山區公路，地理環境復雜，起伏較大，坡面較高，受到暴雨以及洪澇災害的影響時容易引發地質災害。如下圖2 為復雜地質構造示例。擬建路線沿線穿越山脈主要為蓮花山山脈的北東段，部分地段地勢險峻，山高坡陡，地形起伏大，海拔高度在700m 以內，相對高差多在200～500m 之間，山體坡度多在20～35之間，局部陡壁坡度大于45。主要分布于路線區K59+670～K65+800 及K69+550～K75+000 段，為隧道通過段。

圖2 復雜地質構造示例

2.2 山區公路設計要求高

山區環境復雜，地質陡峭。在設計過程中，可以利用的走廊和小道少，為山區道路設計帶來更大的挑戰。山區設計應該以山區地形和不同位置為基礎，以線形的道路設計規范為依據，綜合考慮山區情況，確定好路基寬度，以實現車輛安全通行和錯車的要求。

2.3 山區環境保護的需要

自然環境保護是當前道路建設的基本需求。山區具有多樣的自然生態資源以及原生態環境。因此，在山區道路路線設計中，需要綜合考慮自然環境因素的影響，選擇合理的方案，減少對自然環境的破壞。

為避讓調整自然保護地，擬劃定生態紅線，將本路段作為初測重點路段進行研究，結合該段控制因素研究多個方案進行比選，最終擬定了避讓生態紅線的B19 線方案以及K 線方案進行比選。從結果來看，B19 線如圖3 所示，因隧道內存在小偏角曲線安全性較差；改建國道G206 長350m，G206 剛通車尚未進行交工驗收，梅州市公路事務中心考慮剛通車便改建社會影響差，強烈反對改建；改建G206 段需設置700m長抗滑樁；經比選后在初測初勘技術研討會上確定采用K 線方案舍棄B19 線方案。

圖3 繞避方案B19 線

3 山區公路路線平縱線組合設計

3.1 設計指標

山區公路是一條帶狀的三維空間體，路線是公路的骨架結構，主要由平面、縱斷面和橫斷面構成。從山區公路建設來看，平縱線組合設計決定了公路的建設和投資規模，影響公路的通行能力、行車安全以及運營安全。具體的設計指標如下。

第一，平面線形設計指標。平面線形設計指標包括直線、圓曲線和曲線三要素。其中，直線是最為常見的設計線形。這種線形距離短、道路方向明確、施工方便，但距離過長的直線容易引發駕駛員視覺上的疲勞，誘發交通事故，且直線線形與起伏較大的地區協調性差，并不完全適合山區公路建設。圓曲線通常設置于路線方向的轉折位置，可以適應山區地形，起到改變路線方向的作用，可以在保護自然景觀的同時節省工程造價。緩和曲線是設置在直線和圓曲線之間不同半徑的曲線結構，緩和曲線能夠讓線形平順，誘導道路行駛軌道，從而讓駕駛員和游客具有更加舒適的道路體驗。

第二，縱斷面設計指標。縱斷面是道路中線豎直剖切后，沿著路線方向展開的線性結構，山區公路的縱斷面通常具有空間起伏，能夠反映公路起伏變化。直線是縱斷面的重要設計指標，其中直線的坡度和坡長是兩個關鍵的指標，為了滿足行車安全，需要合理設置坡度和坡長，保證最小縱坡值≥0.3%。豎曲線是兩個直線坡段轉折點位置設置的線性結構，根據《公路工程技術標準》（JTG B01—2017），豎曲線的最小半徑值為極限最小半徑值的1.5～2.0 倍，長度≥3s 的設計行程。

3.2 設計要點

山區公路起伏較大，沿線較長，而且地形環境復雜，因此平面線形中曲線占比較大。為了使平縱線形組合更加合理，可以從以下方面開展設計。

第一，綜合考慮各種因素。山區公路路線平縱線形組合需要結合山區地形、地物等因素進行考慮，以當前公路設計規范為依據，選取合理的平縱線形指標，從而設計出平順、連續的平縱線。

第二，平面線形設計要點。該項目采用高速公路標準建設，設計速度100km/h，雙向四車道，路基寬度26.5m，其余技術指標采用規定值。該工程的主要技術指標如表1 所示，平曲線一般最小半徑采用1030m，最小豎曲線半徑凸形采用16000m，最小豎曲線半徑凹形采用10000m。

表1 主要技術指標表

第三，縱斷面線形設計要點。根據《公路路線設計規范》（JTG D20—2017），對縱斷面進行設計前需要對縱斷面縱坡值、豎曲線半徑以及長度進行合理設計。在該工程中，選擇較小的縱坡坡度值，在地形條件較好的區域，延長長度以降低坡度，可用于比較長的打隧道設計。豎曲線盡量選擇較高的技術指標，具體的參數如表2 所示。

表2 縱斷面設計參數

3.3 平縱線形組合設計方法

平面設計和縱斷面決定著道路空間位置，當平曲線和豎曲線組合設計時，就構成了平縱線組合設計，其設計方法如下。

第一，選取組合路段。在設計中要將平曲線和總曲線對應，并確保豎曲線在平曲線的緩和曲線路段中。平曲線線形是組合設計的基本型，需要確保平曲線長度≥200m。第二，確定變坡點。為了確保路線合理安全先行，需要根據設計需求設置相應的變坡點。其位置最好對應圓曲線的中心位置，并且相鄰的兩個變坡點距離應該在200m 以上。第三，確定變坡點高程與調整。在確定變坡點位置后，需要初步確定變坡點高程，選擇切線控制的方法，確定豎曲線半徑，并且設置豎曲線。在設計過程中，平曲線和豎曲線不能交叉，且豎曲線半徑和平曲線半徑應該成比例。如果受到構筑物的影響，需要在滿足組合設計需求的前提下，對變坡點進行小幅度調整。第四，組合設計注意事項。需要避免拐點重合，以免造成曲線扭曲，影響路段連續性。當山區公路設計車速在40km/h 以上時，平曲線設計應該注意駕駛員的視線，確保駕駛員能夠提早發現平曲線情況，以便提前做出判斷。

4 山區公路平縱線組合設計評價

選擇車載GPS 測速儀，對研究的山區公路進行測速研究。車載GPS 經過平縱線組合設計路段，采用自動、連續記錄實測的方式，測試汽車行駛速度。在試驗路段確定連續測點位置，分別選擇大型車和小型車進行GPS 測速。利用連續測速的方法，可以反映道路線形條件。由于山區公路建設周期較長，后期如果改建費時費力，因此選擇連續測速，在設計階段就對道路平縱線組合進行評價，為后續的施工提供指導。當前的道路設計都是以速度為設計依據，選擇最小計數指標值進行設計，保障設計安全性。山區公路平縱線組合路段是事故高發地段，選擇連續測試的方法，能夠對組合設計的指標選取提供參考，可以確保組合路段安全行駛。

5 結語

綜上所述，由于受到各種因素的制約和影響，山區公路平縱線組合的設計難度較大。如果平縱線組合設計中某個環節出現問題，可能會對路線設計質量產生不良影響，最終危及行車安全。在設計、修建的過程中要體現以人為本、修路為民的理念，加強與建設單位、地方交通部門、沿線百姓之間的溝通，重視環境保護、水土保持，做好相關設計與處理工作。此外，還要在相關規范的指導下進行道路設計，結合山區公路的具體情況，綜合考慮各種因素，保障設計質量，確保山區道路行車的安全。