山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)

徐艷海,郭豐振

(1.黑龍江省路友工程招標(biāo)代理有限公司;2.佳木斯市公路勘察設(shè)計(jì)院)

0 前 言

鶴大高速七臺河至雞西輔道所經(jīng)路線所處區(qū)域公路自然區(qū)劃為Ⅱ1區(qū),即東北東部山地潤濕凍區(qū),路線位于太平嶺山脈北麓,沿線地形以重丘低山為主,山地面積占 36%,丘陵占 23%,低丘崗地占 41%。地形復(fù)雜,山嶺陡峭。

隨著公路逐漸向山區(qū)延伸,其所在區(qū)域復(fù)雜的地形、地質(zhì)、水文條件導(dǎo)致了山區(qū)公路的路線設(shè)計(jì)、總體設(shè)計(jì)具有其自身的特點(diǎn),且明顯地區(qū)別于平原區(qū)公路;山區(qū)高速公路的工程規(guī)模大、路基寬度寬、服務(wù)設(shè)施齊全,亦遠(yuǎn)非以往的山區(qū)低等級公路所能比擬。因此,如何準(zhǔn)確地把握山區(qū)公路的特點(diǎn)、難點(diǎn),合理地掌握技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),靈活地布設(shè)線位,不僅關(guān)系到公路的使用功能、服務(wù)水平,也是降低工程造價(jià)和運(yùn)營成本的關(guān)鍵,迫切需要加以認(rèn)真研究和探討。

1 路線線形標(biāo)準(zhǔn)的掌握

山區(qū)公路的特點(diǎn)要求在繼承以往成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)理念要有所提升,設(shè)計(jì)思路要有所創(chuàng)新。

山區(qū)公路路線線形標(biāo)準(zhǔn)掌握的好壞,對道路兩側(cè)景觀、構(gòu)筑物的設(shè)置、周圍環(huán)境的破壞程度以及公路建設(shè)費(fèi)用有著直接影響。雖然有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范對各級公路的線形指標(biāo)均有具體的規(guī)定,但所規(guī)定的各級公路所適應(yīng)的交通量的變化幅度范圍較大,在具體路線設(shè)計(jì)時(shí),還必須充分考慮實(shí)際情況,比如道路的具體交通流量、各種車型構(gòu)成以及道路在路網(wǎng)中的地位作用和未來發(fā)展前景。結(jié)合掌握的實(shí)際地形地質(zhì)條件,把握好設(shè)計(jì)道路的線型指標(biāo)。

設(shè)計(jì)交通量在道路等級適應(yīng)交通量上限附近的重要干線公路,線形指標(biāo)宜高不宜低。鶴大高速七臺河至雞西輔道在地形地質(zhì)條件許可,工程量增加不多的情況下,線形指標(biāo)可按提高一級設(shè)計(jì)速度來掌握。例如設(shè)計(jì)時(shí)速 40km/h的山區(qū)三級公路,當(dāng)遠(yuǎn)景設(shè)計(jì)年限年均樣夜交通量達(dá)到 5000～7500輛,機(jī)動(dòng)車輛比例又較大時(shí)可按 60km/h的設(shè)計(jì)速度掌握平縱面線型指標(biāo)。將來隨著交通量增長需要進(jìn)行道路的擴(kuò)建或提高道路的等級時(shí),可以將其用作高等級公路的半幅路基,也不必對各種構(gòu)造物重新設(shè)置,可以降低重復(fù)修建的費(fèi)用及改造難度。因?yàn)樘岣叩缆返燃壍母慕?當(dāng)舊有道路的平縱需要重新設(shè)計(jì)時(shí),與新建相差無幾,而且道路提高等級的改建對交通通行的干擾相當(dāng)大,給設(shè)計(jì)、維持交通及施工造成諸多的困難。

設(shè)計(jì)交通量在道路等級適應(yīng)交通量下限附近的一般公路,路線的設(shè)計(jì)要根據(jù)地形、地質(zhì)現(xiàn)實(shí)條件來綜合考慮。若不顧工程數(shù)量的增大和對環(huán)境的破壞而只從線形的美觀進(jìn)行設(shè)計(jì)也不能算是合理、科學(xué)的設(shè)計(jì)。充分利用地形,靈活掌握設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)、合理的路線方案,使道路的平均運(yùn)行速度達(dá)到最佳值,即使采用了極限指標(biāo),也不失為一項(xiàng)較好的設(shè)計(jì)。

因此,在山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)中,路線設(shè)計(jì)者只有對道路的交通量、車型構(gòu)成、道路的重要程度以及道路影響區(qū)的路網(wǎng)及發(fā)展前景有充分的認(rèn)識和了解,才能合理掌握路線指標(biāo)。

2 曲線間最小直線長度的采用

《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD20-2006)對曲線間直線長度作了如下規(guī)定。直線線形不宜過短,其最小長度當(dāng)計(jì)算行車速度大于等于 60km/h時(shí),同向曲線間最小直線長度(以 m計(jì))以不小于設(shè)計(jì)速度(以 km/h計(jì))的 6倍為宜;反向曲線間直接長度(以 m計(jì))不小設(shè)計(jì)速度的 2倍為宜。當(dāng)設(shè)計(jì)車速小于等于 40km/h時(shí),可參照上述規(guī)定執(zhí)行。

對此規(guī)定,山區(qū)道路反向曲線的直線長度一般尚可達(dá)到要求,而對同向曲線,一般則較難達(dá)到要求。對同向曲線而言,若要達(dá)到規(guī)范要求,往往會使線形與地形不能相適應(yīng)而造成高填深挖及自然環(huán)境破壞,而同向曲線間直線長度“6V”規(guī)定的由來,作者認(rèn)為是從避免出現(xiàn)影響線型美觀的“斷背曲線”引出的。而所謂“斷背曲線”,是指司機(jī)同時(shí)看到的兩個(gè)中間有短直線的同向曲線,多出現(xiàn)在明彎處,而暗彎則不易同時(shí)看到兩個(gè)曲線,因?yàn)樵谝粋€(gè)曲線上行駛看到下一個(gè)曲線,并不一定會使駕駛者產(chǎn)生路線“斷背”的感覺,同時(shí)在一個(gè)曲線上看下一個(gè)曲線,更不會影響行車安全。當(dāng)路線與地形地物有較好的配合時(shí),即使是出現(xiàn)同向曲線間直線長度小于 6V的情況,也并不是完全不可取的,何況假使是在設(shè)計(jì)速度為 120km/h高速公路上,同向曲線間 720m的距離,由于前方車輛等因素的影響,司機(jī)甚至都不一定能看清下一個(gè)曲線。因此,“6V”直線長的規(guī)定尚需進(jìn)一步研討。

山區(qū)公路當(dāng)路線與地形配合較好時(shí),地形與環(huán)境本身就能起到引導(dǎo)駕駛員判斷的作用,緩和曲線在一定程度上也能引導(dǎo)駕駛員對路線的轉(zhuǎn)彎方向作出判斷,并且有合理的操作時(shí)間(只要緩和曲線長度滿足要求的話),安全問題也并不完全是直線長度不足引起的。曲線間直線長度的最小值采用大多較為合理,可以從汽車在直線段上的行駛時(shí)間及駕駛員操作的難易程度和乘旅的舒適性來分析。

對于反向曲線,2V的直線長度對于按設(shè)計(jì)速度行駛的車輛來說,行駛時(shí)間是 7.2s;對同向曲線,若按 6V作為曲線間的直線長,車輛按設(shè)計(jì)速度在直線段上的行駛時(shí)間為21.6s。顯然,這兩種曲線直線組合中直線段的行駛時(shí)間都不算短。即使兩種線形直線長度均采用 2V,也足能滿足駕駛操作難易程度及乘旅舒適性的要求。從安全駕駛上來講,有關(guān)資料表明,駕駛?cè)藛T看到不利的行駛條件(包括障礙物)的感覺反應(yīng)時(shí)間為1.5s,制動(dòng)時(shí)間為1.0s,從安全的角度來講,如果司機(jī)的判斷是不利的線形,即使需要停車,也僅需要 2s的行駛距離再加上汽車制動(dòng)距離,在汽車性能不斷提高的今天,制動(dòng)距離只會越來越短,何況相對較短的直線與曲線的組合并不一定需要停車。在道路上行駛的車輛,駕駛?cè)藛T是根據(jù)沿途地形條件、道路條件、交通條件以及自身的駕駛技術(shù)和車輛性能來選擇行駛速度的,只要線形設(shè)計(jì)不會導(dǎo)致駕駛員產(chǎn)生錯(cuò)誤的判斷,行車安全應(yīng)該是能保證的。而線形的美觀與否不能僅從俯視的角度來看,要以道路使用者在道路上的具體感覺為評判標(biāo)準(zhǔn),而這一感覺往往取決于線形與地形相適應(yīng)的程度、駕駛員根據(jù)線形條件所選擇的行駛速度需求的滿足程度以及道路使用者的舒適感。而直線不是滿足上述條件的唯一線型,為滿足直線長度最低要求,往往會以犧牲曲線半徑為代價(jià)和造成不顧地形條件的高填深挖,不僅不利于行車而且會給沿途環(huán)境造成不利的影響,使道路使用者產(chǎn)生恐懼與不安全等心理壓力。在具體直線長度未有新的規(guī)定的情況下,根據(jù)地形、地物、自然景觀條件,大超高仍不得超過規(guī)范及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,合成坡高根據(jù)地形地物、自然景觀條件,考慮行車安全及乘客的舒適性,按 2倍計(jì)算行車速度作為同向和反小半徑曲線間直線長的極限值,只作為緩解直線長度與工程造價(jià)矛盾的一種臨時(shí)方法。

3 山區(qū)公路超高值的取用

隨著公路路幅寬度的增大及路肩硬化的發(fā)展,路容有了很大的提高,行車的安全感增強(qiáng),在山區(qū)道路上超速行駛車輛的比例增大,按設(shè)計(jì)行車速度設(shè)計(jì)的路面超高值往往不能滿足超速車輛尋求行車舒適感的需求。鶴大高速七臺河至雞西輔道路線設(shè)計(jì)中在無積雪影響及縱坡不大的山區(qū)公路上,根據(jù)路線線形及其他具體情況提高一個(gè)設(shè)計(jì)速度等級設(shè)置超高,以使乘客的舒適感增加。比如 K12+010～K20+450是按 60km/h的行駛速度設(shè)置超高。這里需要注意的是考慮到低速行駛車輛,最大超高值仍不得超過規(guī)范及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,合成坡度的大值也必須嚴(yán)格按規(guī)范執(zhí)行。因此,一定范圍內(nèi)的較小半徑曲線的超高,最多只能取到規(guī)范中的最大值,而中等大小的曲線半徑,由于具有汽車超速行駛的平面線形條件,加大超高不會影響到行車安全,較大半徑的曲線由于加入了超高(注意,凡需設(shè)置超高的半徑均需設(shè)置緩和曲線),使行車更為舒適,是完全可行的。

4 緩和曲線長度與超高過渡

在山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)中,由于地形的限制,緩和曲線的長度往往不能取得太長,但由此卻造成一種矛盾即小半徑曲線的緩和曲線長度不能滿足超高過渡段長度的需要。鶴大高速七臺河至雞西輔道不同曲線半徑所需要的最小超高過渡段長度見表 1,標(biāo)準(zhǔn)未超高橫坡度以 2%計(jì)。

表 1 不同曲線半徑所需的最小超高過濾段

從表 1中可以看出,小半徑曲線所需超高過渡段(緩和曲線)長度較大,而設(shè)置較小半徑曲線的地方往往是地形限制較嚴(yán)的地方,緩和曲線又不宜取大,若刻意追求滿足規(guī)范要求,勢必造成工程數(shù)量的增大及投資的增加。解決的辦法是以中線為旋轉(zhuǎn)軸,并取規(guī)范對以邊線為旋轉(zhuǎn)軸所規(guī)定的超高漸變率作為計(jì)算超高緩和段長度的依據(jù),這樣,既不至于使附加坡度太大,又能用較小的緩和曲線長解決超高、過渡。鶴大高速七臺河至雞西輔道按此方法調(diào)整后,不同種曲線半徑所需要的最小超高過渡段長度見表 2。

從線形美觀的角度講,較大的曲線半徑需配以較長的緩和曲線,而過長的緩和曲線若在全緩和曲線段進(jìn)行超高過渡,超高過渡的起點(diǎn)必然在緩和曲線的某一點(diǎn)上。這樣由平、縱、橫構(gòu)成的線形的美觀程度將受到影響,長緩和曲線帶來的美觀效果也會大大降低。因此,不宜過分追求曲線長度,更不能為了追求曲線長度的比例關(guān)系而犧牲主曲線半徑。緩和曲線長度要根據(jù)基本要求、美觀要求、實(shí)際地形條件等因素綜合考慮確定。

表 2 調(diào)整后最小超高過渡段長度

5 總 結(jié)

路線設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性的設(shè)計(jì)工作,它涉及并影響到道路設(shè)計(jì)的各個(gè)方面。尤其是山區(qū)公路,只有綜合考慮各種影響因素,經(jīng)過反復(fù)的平面定線、縱斷面設(shè)計(jì),橫斷面檢查、平面調(diào)整,才能設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)上合理技術(shù)上實(shí)用的路線來。日前,各種計(jì)算機(jī)路線設(shè)計(jì)軟件為路線設(shè)計(jì)者提供了很多方便條件,設(shè)計(jì)人員可以有更多的精力放在怎樣使設(shè)計(jì)更為經(jīng)濟(jì)合理、線形組合更為美觀上,從而確定出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案來。

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[1]張雨化.道路勘測設(shè)計(jì)[M].北京：人民交通出版社,1998.

[2]JTGB01-2003,公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：人民交通出版社.

[3]JTGD20-2006,公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范[M].北京：人民交通出版社.