城市公路線形設(shè)計(jì)是城市公路總體設(shè)計(jì)、總體布局的關(guān)鍵。線形作為城市公路的骨架，其設(shè)計(jì)合理與否，不僅直接關(guān)系到公路建設(shè)項(xiàng)目的質(zhì)量好壞、里程長(zhǎng)短、投資多少、效益高低，更直接影響到城市公路運(yùn)行安全。論文重點(diǎn)探討了平面線形設(shè)計(jì)，城市公路的縱斷面線形設(shè)計(jì)以及平縱線形合理組合，旨在更好的把握城市公路的設(shè)計(jì)狀態(tài)，設(shè)計(jì)出狀態(tài)良好的城市公路來。
　　關(guān)鍵詞：線形設(shè)計(jì)，平面線形，縱斷面線
　　引言
　　城市公路線形設(shè)計(jì)是否合理是直接影響到城市公路運(yùn)行安全的根本性問題。公路線形必須符合汽車行駛特性的要求，線形設(shè)計(jì)中應(yīng)注重線形指標(biāo)的選取和平、縱線形合理組合，保證城市公路線形指標(biāo)的均衡性、一致性和線形的連續(xù)性，以滿足汽車高速及安全行駛的需要。
　　1城市公路線性設(shè)計(jì)的相關(guān)概述
　　1.1公路線形設(shè)計(jì)定義
　　公路線形包括公路平面線形和公路縱斷面線形。公路平面線形是公路線路在平面上的投影；公路縱斷面線形是公路線路空間位置在立面上的投影。根據(jù)公路線路所處的地形、水文、地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)符合各種行車條件的公路平面線形和縱斷面線形的工作，即為公路線形設(shè)計(jì)。公路線形對(duì)行車速度、行車安全和好適性的影響極大。因此，公路工程技術(shù)對(duì)公路線形制定了一系列技術(shù)指標(biāo)。
　　1.2城市公路線形的設(shè)計(jì)的基本原則
　　城鎮(zhèn)地區(qū)干線公路的選線和線形設(shè)計(jì)，除上述事項(xiàng)外，還必須注意以下各點(diǎn)。1）考慮沿途的土地利用類型。當(dāng)進(jìn)行城鎮(zhèn)地區(qū)干線公路的線形設(shè)計(jì)時(shí)，特別要考慮路線經(jīng)過地區(qū)的文化區(qū)和日常生活區(qū)。當(dāng)干線公路割斷沿途居民的居民區(qū)時(shí)，必然要給居民造成生活上和習(xí)慣上的不便，還影響到安全，有時(shí)不能發(fā)揮干線公路本身的性能。(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形。不得不采用這種線形時(shí)，也必須對(duì)交叉城市公路做一些調(diào)整和改善。(3)從保證安全和提高通行能力的角度出發(fā)，應(yīng)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?cè)朐训赖慕?，設(shè)置平面交叉的線形。4)當(dāng)設(shè)計(jì)城市公路時(shí)，為了保證行車的安全和順適，必須盡量使各種線形要素達(dá)到均衡，設(shè)計(jì)車速便是使各項(xiàng)線形要素能達(dá)到均衡的一個(gè)指標(biāo)。
　　2平面線形設(shè)計(jì)要點(diǎn)
　　2.1平曲線半徑與超高。
　　汽車在平曲線路段上行駛時(shí)，將產(chǎn)生離心力。由于離心力作用，汽車將產(chǎn)生側(cè)向滑移。車輛在曲線上穩(wěn)定行駛的必要條件是橫向力系數(shù)要小于路面提供的極限摩阻系數(shù)。圓曲線半徑越大，橫向力系數(shù)就越小，汽車就越穩(wěn)定。所以從汽車行駛穩(wěn)定性出發(fā)，圓曲線半徑越大越好。但有時(shí)因受地形、地質(zhì)、地物等因素的限制，圓曲線半徑不可能設(shè)置得很大。因此，在路線設(shè)計(jì)中采取設(shè)置超高來減輕或消除橫向力的影響。圓曲線半徑應(yīng)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，這就需要研究曲線半徑的最小值，以保證行車的安全與舒適必須對(duì)曲線行車的橫向力的大小加以限制。橫向力的大小是和圓曲線的半徑成反比的，要想降低車輛彎道行駛時(shí)所受的橫向力，就應(yīng)采用較大的圓曲線半徑。另外還需注意：1）檢查采用的圓曲線半徑是否與城市公路等級(jí)及行車速度相適應(yīng)、超高與路面橫向摩阻系數(shù)相協(xié)調(diào)；2）當(dāng)采用極限半徑時(shí)，是否采取了相應(yīng)的交通安全措施，如設(shè)立“急彎”警告標(biāo)志、車道中心線標(biāo)劃實(shí)線等；3）對(duì)于高等級(jí)城市公路應(yīng)以運(yùn)行速度進(jìn)行驗(yàn)算。
　　2.2長(zhǎng)直線
　　直線具有最短距離連接兩控制點(diǎn)以及線形布設(shè)方便、容易施工等優(yōu)點(diǎn)，但線形呆板，過長(zhǎng)的直線會(huì)使駕駛員行車單調(diào)乏味、分散注意力、增加疲勞感，有時(shí)急于加速行駛往往對(duì)車距失去判斷造成惡性交通事故，對(duì)行車安全不利。一般來說，直線長(zhǎng)度不應(yīng)大于設(shè)計(jì)速度的20倍，當(dāng)采用時(shí)應(yīng)采取彌補(bǔ)景觀單調(diào)缺陷的技術(shù)措施。必須檢查是否有大于設(shè)計(jì)速度20倍直線，如若有，是否有彌補(bǔ)景觀單調(diào)的技術(shù)措施，采取的技術(shù)措施是否合理。
　　2.3短直線
　　同向曲線之間插入長(zhǎng)度不夠的直線，稱為斷背曲線。此類曲線容易產(chǎn)生把直線和兩端曲線看成反向彎曲的錯(cuò)覺，整個(gè)線型缺乏連續(xù)性，容易導(dǎo)致駕駛失誤。曲線間直線不夠，對(duì)于有超高、加寬的反向曲線，將不能實(shí)現(xiàn)反向變化的平穩(wěn)過渡，行車也是不安全的。兩同向曲線間應(yīng)設(shè)有足夠長(zhǎng)度的直線，不得以短直線相連，否則應(yīng)調(diào)整線形使之成為一個(gè)單曲線或復(fù)曲線或運(yùn)用回旋線組合成卵形、凸形、復(fù)合形等曲線。兩反向曲線間夾有直線段時(shí)，以設(shè)置不小于最小直線長(zhǎng)度的直線段為宜，否則應(yīng)調(diào)整線形或運(yùn)用回旋線而組合成S形曲線。
　　2.4城市公路橋隧兩端的路線等特殊路線的設(shè)計(jì)
　　通常稱橋梁引道路線為橋頭路線。路線設(shè)計(jì)中，當(dāng)橋位和隧道位置確定了以后再來考慮“接線”時(shí)，引線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)一般偏低，有時(shí)甚至于不必要地增加了路線長(zhǎng)度。使用時(shí)事故多，運(yùn)輸效率低，在汽車燃料消耗上也造成浪費(fèi)。
　　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，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。可是，為了滿足凈空上的要求，引道路線不得不拉得很長(zhǎng)。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)，從路線布設(shè)來說，著重考慮引道縱坡的大小，平面上的線形就是橋梁路線與水流直交的線形。2）城市公路路線與水流方向斜交(如圖2)
　　城市公路路線的方向與水流的方向在相當(dāng)多的情況下是斜交的。通常的做法是使橋梁與水流宜交，并在橋頭沒有相當(dāng)長(zhǎng)的直線段，然后再與公路路線相連接。這樣的布置既有利于行車，也有利于橋梁的建造。在這種情況下，從路線布設(shè)上來說，就要注意橋頭直線段要保持一定的長(zhǎng)度，以免過橋就要轉(zhuǎn)彎。在上述兩種情況下，水流的方向在不大的范圍內(nèi)大體上是不變的?？墒牵瑥拇蠓秶鷣砜?，水流的方向是不斷變化的。
　　3縱斷面線形設(shè)計(jì)
　　3.1坡度和坡長(zhǎng)
　　汽車在長(zhǎng)大縱坡路段上行車，上坡容易因動(dòng)力受限行駛速度下降影響車輛行駛的連續(xù)性，下坡會(huì)因制動(dòng)器發(fā)熱導(dǎo)致制動(dòng)失靈，這都是很不安全的。因此，設(shè)計(jì)中作好坡度、坡長(zhǎng)限制和緩和坡段的應(yīng)用是十分重要的。
　　設(shè)計(jì)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(jì)論證，最大縱坡值可增加1%。城市公路改建中，設(shè)計(jì)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(jì)論證，最大縱坡值可增加10%越嶺路線連續(xù)上坡(或下坡)路段，相對(duì)高差大于500m時(shí)，平均縱坡不應(yīng)大于5.5%；相對(duì)高差大于500m時(shí)，平均縱坡不應(yīng)大于5%。任意連續(xù)3km路段的平均縱坡不應(yīng)大于5.5%。
　　3.2豎曲線半徑和視距
　　過小的豎曲線半徑將導(dǎo)致視距的不足。凹型豎曲線過小還會(huì)引起離心加速度過大及排水問題；凸形豎曲線太小還會(huì)引起跳車，這都是不安全因素。應(yīng)逐個(gè)檢查豎曲線半徑和長(zhǎng)度是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)夜間交通量較大、沿線有跨路橋的路段，其半徑和曲線長(zhǎng)度應(yīng)進(jìn)行過驗(yàn)算。
　　3.3特殊路段縱坡設(shè)計(jì)
　　橋梁、隧道、立交橋等設(shè)施都是城市公路的組成部分，它們應(yīng)當(dāng)和路基一起構(gòu)成一條平順而連續(xù)的線形，才有利于汽車快速安全行駛。但是，橋梁由于受設(shè)計(jì)洪水位和橋下通航凈空的限制，橋面設(shè)計(jì)標(biāo)高可能高于橋頭引線路基標(biāo)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(zhǎng)、減少投資，可能使縱坡過大、引線連接不平順；洞內(nèi)坡大，會(huì)使汽車排放有害氣體增多；洞內(nèi)濕度大，會(huì)降低路面抗滑能力；這都不利于行車安全。特殊路段縱坡必須滿以下幾點(diǎn)要求：
　　1）橋梁及其引道的平、縱、橫技術(shù)指標(biāo)應(yīng)與路線總體布設(shè)相協(xié)調(diào)。橋上縱坡不宜大于4%，橋頭引道縱坡不宜大于5%。位于市鎮(zhèn)混合交通繁忙處，橋上縱坡和橋頭引道縱坡均不得大于3%。橋頭兩端引道線形應(yīng)與橋上線形相配合。2）隧道內(nèi)的縱坡應(yīng)小于3%；但短于100m的隧道不受此限。城市公路、一級(jí)城市公路的中、短隧道，當(dāng)條件受限制時(shí)，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證后最大縱坡可適當(dāng)放大，但不宜大于4%。3）隧道洞口的連接線應(yīng)與隧道線形相協(xié)調(diào)。隧道兩端洞口連接線的縱坡應(yīng)有一段距離與隧道縱坡保持一致。4）檢查設(shè)計(jì)是否滿足上述標(biāo)準(zhǔn)要求，并使橋、隧及其兩端引線之平、縱線形盡可能平順，與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，使之視眼開闊、視線誘導(dǎo)良好。
　　3.4爬坡和避險(xiǎn)車道
　　載重汽車在長(zhǎng)上坡段行駛時(shí)，車速隨坡長(zhǎng)增大將明顯下降妨礙跟馳輕型車輛行駛，不但降低城市公路的通行能力，而且導(dǎo)致事故增加，需要為慢速車輛設(shè)置爬坡車道。對(duì)于已設(shè)置爬坡車道的路段，應(yīng)對(duì)爬坡車道的長(zhǎng)度、寬度以及標(biāo)志、標(biāo)線等進(jìn)行評(píng)價(jià)。在長(zhǎng)大下坡路段，連續(xù)4km以上路段末設(shè)置停車區(qū)、加水冷卻區(qū)等服務(wù)設(shè)施時(shí)，應(yīng)根據(jù)沿線地形條件和交通組成特點(diǎn)，評(píng)價(jià)在下坡路段設(shè)置緊急避險(xiǎn)車道的必要性。對(duì)于己設(shè)置緊急避險(xiǎn)車道的路段，應(yīng)評(píng)價(jià)設(shè)置間距能否滿足行車安全要求，并對(duì)緊急避險(xiǎn)車道的平縱面線形、長(zhǎng)度、橫斷面寬度、路面材料、排水系統(tǒng)以及防撞護(hù)欄、標(biāo)志、標(biāo)線等進(jìn)行評(píng)價(jià)。
　　4平縱線形組合
　　優(yōu)良的道路幾何線形組合設(shè)計(jì)應(yīng)為：寬闊連續(xù)的視野能使駕駛員自覺地保持隨時(shí)對(duì)車輛行駛狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，并為駕駛員在遇到緊急情況時(shí)采取安全措施贏得時(shí)間。
　　1）為了保證具有明顯的立體曲線形體和排水優(yōu)勢(shì)，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡量做到平曲線與豎曲線相重合，平曲線稍長(zhǎng)于豎曲線，即所謂的“平包豎”一取凸形豎曲線的半徑為平曲線半徑的10～20倍。應(yīng)避免將小半徑的豎曲線設(shè)在長(zhǎng)的直線段上。
　　
　　圖3平曲線與豎曲線相重合
　　2）保持平曲線和豎曲線兩種線形大小的均衡。在平縱線形組合設(shè)計(jì)中極為重要。幾何線形的均衡性是保證安全的重要前提。相關(guān)文獻(xiàn)表明：若平曲線半徑小于1000m，豎曲線半徑大約為平曲線半徑的10～20倍時(shí)，便可達(dá)到均衡的目的。
　　3）不良的線形組合。行車安全性的大小與不同線形之間的組合是否協(xié)調(diào)有密切的關(guān)系，下列線形組合往往是導(dǎo)致交通事故發(fā)生的重要原因，在線性設(shè)計(jì)中應(yīng)予以避免并加以檢查。如：線形的驟變，如長(zhǎng)直線的末端設(shè)置急轉(zhuǎn)彎曲線，尤其是長(zhǎng)下坡（大于1km）接小半徑曲線是有危險(xiǎn)傾向的設(shè)計(jì)；縱斷面反復(fù)凹凸，即形成只能看見腳下和前頭，而看不見中間凹陷的線形；在凸形豎曲線與凹形豎曲線的頂部或底部插入急轉(zhuǎn)彎的平曲線，前者因?yàn)闆]有視線引導(dǎo)而必須急打方向盤；后者在超出汽車設(shè)計(jì)速度的地方仍然要急打方向盤等。
　　4結(jié)語
　　總之，城市公路線形設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者必須對(duì)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(duì)于提高我國(guó)城市公路勘測(cè)學(xué)科的整體學(xué)術(shù)水平，提高我國(guó)道路設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)能力，加速我國(guó)的城市公路建設(shè)有積極的促進(jìn)作用，其成果的應(yīng)用亦將產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，并有著十分廣闊的推廣應(yīng)用前景。