曲線定線在山區公路中的應用

摘要 隨著我國交通運輸事業迅速發展，區域路網的不斷加密，需進一步加強山區公路的建設。山區地形地質復雜，設計施工難度大，生態環境脆弱，公路載體需與周邊環境相協調。文章通過總結直線定線的不足，分析曲線定線的特點，介紹了常用曲線定線的方法，并舉例說明曲線定線在山區公路中的應用，為山區公路，特別是山區改建路的選線提供參考借鑒。

關鍵詞 山區公路；路線設計；曲線定線

中圖分類號 U412.3 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）17-0022-03

0 引言

目前，一些設計者在山區公路選線時還采用傳統的導線法，對山區公路的特點、設計原則以及實地情況考慮不夠，在線形指標的掌握上較為生硬，造成大挖大填，并設置大量人工構筑物，工程規模大、造價高，嚴重影響沿線景觀和生態環境。隨著生產力的提高，電腦及軟件的輔助，工程技術人員從平面線形入手，從理論研究出發，逐步形成了實用可行的、以曲線為主體的曲線形設計方法，并運用于實踐中，取得了良好效果。

1 直線定線的不足

早期公路的線形設計方法以先定直線，后定曲線的方案為主，即直線定線法（又稱為導線法）。公路設計人員根據公路的設計標準、路線走向、控制因素及社會經濟因素等，在地形圖上敷設出一條一條的導線控制公路的基本位置和路線走向，然后在交點處敷設曲線，以形成整個路線的幾何線形。在直線定線法中導線起主導作用，控制路線的方位及走向。

直線定線法主要有以下四點不足：

（1）難以滿足地形地物等約束條件。

（2）難以處理復雜多變的幾何線形。

（3）難以合理且充分地運用圓曲線及緩和曲線。

（4）行車單調，容易使駕駛者產生疲勞，容易發生超車和超速行駛，行車時難以估計車輛之間的距離，夜間行車容易產生眩光等[1]。

直線定線法是先敷設導線，再進行幾何參數設計。由于導線為直線，順應地形不佳，導致曲線要素取值不合理，造成大填大挖，人為增大了工程規模及投資，且嚴重破壞生態環境。

2 曲線定線

近年來，隨著我國交通事業的發展，公路線形中曲線占比越來越多，甚至有些公路線形全由曲線構成。《公路路線設計規范》（JTG D20—2017）指出高速公路和承擔干線功能的一級、二級公路，應注重立體線形設計，做到線形連續、指標均衡、視覺良好、景觀協調、安全舒適。技術標準越高，路線設計時對線形設計組合的要求也越高。由于直線定線法存在不足，已不能滿足設計需要，設計人員在不斷地探索中，逐步形成了以曲線為骨架的設計方法。筆者近幾年參與項目的曲線占地均較高，如表1所示：

路線設計人員根據地形、地物的控制要求，平曲線協調和均衡的要求，運行速度變化小的要求，采用圓曲線和緩和曲線控制路線走向及方位，并進行幾何計算后構成連續的、以曲線為主的平面線形。這種定線方法就是曲線定線法。

2.1 曲線定線的特點

（1）不再用直線控制路線走向，而是用平曲線控制路線走向，構成連續的、以曲線為主的平面線形。提高線形的平順度，更貼合地形，增加路線自由度，提高視覺的連續性和環境的協調性，有利于布設出技術經濟較合理的平面線形。

（2）能夠較好地滿足各種約束條件。采用曲線定線法，先根據地形和地物采用直線和圓曲線構筑線形骨架，再采用合適的緩和曲線連接，使整個線形較好地滿足各控制因素。

（3）采用曲線定線法進行線形設計，使線形與公路周圍生態、景觀相融合，并能相互配合得當，達到人與自然的協調[2]。

（4）曲線方向變化豐富，駕駛員行車注意力集中，有利于降低交通事故率。

2.2 曲線定線的方法

現代公路尤其是山區公路和互通式立體交叉，測設技術和手段在不斷進步，隨著理論知識和計算方法的更新，曲線定線的方法逐漸發展壯大，主要有以下多種方法：曲直法、擬合法、積木法、綜合法、弦切線法、閉合導線法、端點受限法等。結合筆者使用的道路輔助設計軟件（緯地、EICAD），主要用到曲直法和積木法。

2.2.1 曲直法

曲直法是一種保留了直線定線方法的曲線定線法，先用直線控制路線的走向和方位，再用曲線控制具體線位，直線和曲線組合后形成路線的主骨架，再配置合理的緩和曲線。曲直法與導線法相比，線形更直觀、計算更靈活，在設計工作中有著重要價值。

曲直法形成的控制線位的線形骨架，根據其位置關系及線形組合形式進行分解，主要有以下兩種基本模式：

（1）直圓模式：已知直線和圓弧，用緩和曲線連接的模式（如圖1所示）。

（2）圓圓模式：已知兩個半徑不同的圓弧，用緩和曲線連接的模式（如圖2所示）。

根據兩種基本模式又能擴展出直圓圓模式、圓直圓模式、直圓直模式、圓圓圓模式：

（1）直圓圓模式：直圓模式+圓圓模式。

（2）圓直圓模式：直圓模式+直圓模式。

（3）直圓直模式：直圓模式+直圓模式。

（4）圓圓圓模式：圓圓模式+圓圓模式。

采用曲直法能夠輕松繪制出公路路線設計規范中的卵形、S形、C形曲線，并能組合多個卵形、S形。

2.2.2 積木法

積木法，又稱線元設計法，就像搭積木一樣，把公路平面線形分成若干個線形單元（直線、緩和曲線和圓曲線），在已知一個線形單元的信息（坐標、切線或法線方向和曲率半徑）的情況下，從已知線形單元的終點開始設置任一單元，同時將其作為下一個單元的起點信息，逐個單元往下計算，最終構成一條連續的公路平面線形。

積木法是一種比較常用的曲線定線方法，它完全拋棄了導線和交點，用構成公路平面線形的基本線形單元（直線、緩和曲線、圓曲線）為核心，將平面線形分解成逐個線形單元進行計算，方法簡捷、方便、明確。筆者常用的緯地三維與EICAD集成交互式道路設計系統的立交平面設計也采用此方法（如圖3、圖4所示）。

2.3 曲線定線的應用

山區公路線形的布設應連續、均衡，路線的平縱橫三個方面的設計應相互協調[3]。設計者在擬定路線方案時，應靈活地運用平面指標，不要一味追求高指標，并應注重平縱指標的協調，避免平面指標高而縱面指標低，重視指標的連續均衡，不突兀。筆者結合已建項目，舉例說明曲線定線在山區公路中的應用。

省道458線白玉縣城經贈科至甘孜機場段公路改建工程，位于四川省甘孜州白玉縣、德格縣境內，定位為普通省道聯絡線。技術標準采用雙車道三級公路，設計速度為30 km/h，路基寬度為7.5 m，路線全長165.597 km，以改建為主。K8+700—K47+800段原路為泥結碎石路面，全線路基寬度為5.5～7.5 m不等，橋梁寬度為6.5 m，路線平縱指標基本滿足四級公路標準，部分回頭彎為等外級公路標準，主要特點是回頭曲線半徑較小、縱坡較大[4]。其中，在K35+000附近，原路為沿溪線，為更好地擬合老路，減少對房屋的拆遷和河道的占用，采用了曲線定線方法，先擬定好曲線，再通過曲直法中的圓圓圓模式進行布設，用兩個卵形曲線組成S形曲線，此段路線全為曲線（如圖5所示）。

甘孜州巴塘竹巴籠（西藏界）至得榮二龍橋（云南界）公路工程（娘扭至瓦卡段），位于四川省甘孜州巴塘縣、得榮縣境內，為國道215線，定位為干線公路。技術標準采用雙車道三級公路，設計速度為40 km/h，路基寬度為8.5 m，路線全長23.905 km，以改建為主。原路在娘扭、金沙江第一灣前后滑坡、順層、巖崩、泥石流、危巖落石等不良地質發育，路基寬度僅為6～6.5 m，路線平縱面指標僅滿足四級路標準[5]。羊拉大橋附近，位于高原峽谷地貌，河流深切，原路上邊坡筆直，下邊坡為陡崖，原路線形極差，視距嚴重不足，針對原路情況，此段通過積木法，逐個進行線形單元敷設，嚴格控制曲線的轉角和曲線長，盡可能地利用原路進行加寬改建，減少對邊坡的擾動和高大擋墻（如圖6所示）。

3 結束語

在山區公路及互通式立體交叉中，特別在山區公路及改擴建公路中，曲線定線方法已有廣泛應用，并取得了良好效果。現公路設計對線形組合、運行速度、視距等要求越來越高，也對預防視覺疲勞、提高駕乘人員的舒適性等提出了更高要求，曲線定線有著明顯優勢。曲線設計方法也將在公路及立交線形設計中繼續發光發熱，不斷完善。

參考文獻

[1]吳國雄，王福建.公路平面線形曲線型設計方法[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2]何杰，邢長青，楊華仕.高等級公路曲線定線法的優越性[C].第十屆中國科協年會論文集（四）.中國科學技術協會學會學術部.2008：457-460.

[3]張鵬遠，候欣欣，師磊.山區公路路線方案曲線定線基本方法與探討[J].建材世界，2010（2）：92-94.

[4]四川省交通勘察設計研究院有限公司.省道458線白玉縣城經贈科至甘孜機場段公路改建工程[R].2019-06.

[5]四川省交通勘察設計研究院有限公司.甘孜州巴塘竹巴籠（西藏界）至得榮二龍橋（云南界）公路工程[R].2016-07.