城市公路线形设计应该注意的问题分析
摘要：城市公路线形设计是城市公路总体设计、总体布局的关键。线形作为城市公路的骨架，其设计合理与否，不仅直接关系到公路建设项目的质量好坏、里程长短、投资多少、效益高低，更直接影响到城市公路运行安全。论文重点探讨了平面线形设计，城市公路的纵断面线形设计以及平纵线形合理组合，旨在更好的把握城市公路的设计状态，设计出状态良好的城市公路来。
关键词：线形设计，平面线形，纵断面线
引言
城市公路线形设计是否合理是直接影响到城市公路运行安全的根本性问题。公路线形必须符合汽车行驶特性的要求，线形设计中应注重线形指标的选取和平、纵线形合理组合，保证城市公路线形指标的均衡性、一致性和线形的连续性，以满足汽车高速及安全行驶的需要。
1城市公路线性设计的相关概述
1.1公路线形设计定义
公路线形包括公路平面线形和公路纵断面线形。公路平面线形是公路线路在平面上的投影；公路纵断面线形是公路线路空间位置在立面上的投影。根据公路线路所处的地形、水文、地质条件，设计符合各种行车条件的公路平面线形和纵断面线形的工作，即为公路线形设计。公路线形对行车速度、行车安全和好适性的影响极大。因此，公路工程技术对公路线形制定了一系列技术指标。
1.2城市公路线形的设计的基本原则
城镇地区干线公路的选线和线形设计，除上述事项外，还必须注意以下各点。1）考虑沿途的土地利用类型。当进行城镇地区干线公路的线形设计时，特别要考虑路线经过地区的文化区和日常生活区。当干线公路割断沿途居民的居民区时，必然要给居民造成生活上和习惯上的不便，还影响到安全，有时不能发挥干线公路本身的性能。(2)要考虑与既有城市公路网的关系，选定不形成多路交叉和变形交叉的线形。不得不采用这种线形时，也必须对交叉城市公路做一些调整和改善。(3)从保证安全和提高通行能力的角度出发，应避免采用在立体交叉的端部或道口、城市高速道路的驶出驶入匝道的近处，设置平面交叉的线形。4)当设计城市公路时，为了保证行车的安全和顺适，必须尽量使各种线形要素达到均衡，设计车速便是使各项线形要素能达到均衡的一个指标。
2平面线形设计要点
2.1平曲线半径与超高。
汽车在平曲线路段上行驶时，将产生离心力。由于离心力作用，汽车将产生侧向滑移。车辆在曲线上稳定行驶的必要条件是横向力系数要小于路面提供的极限摩阻系数。圆曲线半径越大，横向力系数就越小，汽车就越稳定。所以从汽车行驶稳定性出发，圆曲线半径越大越好。但有时因受地形、地质、地物等因素的限制，圆曲线半径不可能设置得很大。因此，在路线设计中采取设置超高来减轻或消除横向力的影响。圆曲线半径应该尽可能大些，由于地理、地形条件等的限制，曲半径往往不能太大，这就需要研究曲线半径的最小值，以保证行车的安全与舒适必须对曲线行车的横向力的大小加以限制。横向力的大小是和圆曲线的半径成反比的，要想降低车辆弯道行驶时所受的横向力，就应采用较大的圆曲线半径。另外还需注意：1）检查采用的圆曲线半径是否与城市公路等级及行车速度相适应、超高与路面横向摩阻系数相协调；2）当采用极限半径时，是否采取了相应的交通安全措施，如设立“急弯”警告标志、车道中心线标划实线等；3）对于高等级城市公路应以运行速度进行验算。
2.2长直线
直线具有最短距离连接两控制点以及线形布设方便、容易施工等优点，但线形呆板，过长的直线会使驾驶员行车单调乏味、分散注意力、增加疲劳感，有时急于加速行驶往往对车距失去判断造成恶性交通事故，对行车安全不利。一般来说，直线长度不应大于设计速度的20倍，当采用时应采取弥补景观单调缺陷的技术措施。必须检查是否有大于设计速度20倍直线，如若有，是否有弥补景观单调的技术措施，采取的技术措施是否合理。
2.3短直线
同向曲线之间插入长度不够的直线，称为断背曲线。此类曲线容易产生把直线和两端曲线看成反向弯曲的错觉，整个线型缺乏连续性，容易导致驾驶失误。曲线间直线不够，对于有超高、加宽的反向曲线，将不能实现反向变化的平稳过渡，行车也是不安全的。两同向曲线间应设有足够长度的直线，不得以短直线相连，否则应调整线形使之成为一个单曲线或复曲线或运用回旋线组合成卵形、凸形、复合形等曲线。两反向曲线间夹有直线段时，以设置不小于最小直线长度的直线段为宜，否则应调整线形或运用回旋线而组合成S形曲线。
2.4城市公路桥隧两端的路线等特殊路线的设计
通常称桥梁引道路线为桥头路线。路线设计中，当桥位和隧道位置确定了以后再来考虑“接线”时，引线的技术标准一般偏低，有时甚至于不必要地增加了路线长度。使用时事故多，运输效率低，在汽车燃料消耗上也造成浪费。
1）桥梁与水文直交（图1）
图1桥梁与水文直交图2城市公路路线与水流方向斜交
桥梁一般要高于最高洪水位，在通航的水流上有时要加上一个大于通航船只高度的净空。从交通上说，引道纵坡要平缓，或坡度不能太大，使其不致造成上、下桥的困难。可是，为了满足净空上的要求，引道路线不得不拉得很长。在水流的岸边，桥梁的引道或引桥与岸边的城市公路或街道作成立体交叉，但是不宜直接相连。这时，从路线布设来说，着重考虑引道纵坡的大小，平面上的线形就是桥梁路线与水流直交的线形。2）城市公路路线与水流方向斜交(如图2)
城市公路路线的方向与水流的方向在相当多的情况下是斜交的。通常的做法是使桥梁与水流宜交，并在桥头没有相当长的直线段，然后再与公路路线相连接。这样的布置既有利于行车，也有利于桥梁的建造。在这种情况下，从路线布设上来说，就要注意桥头直线段要保持一定的长度，以免过桥就要转弯。在上述两种情况下，水流的方向在不大的范围内大体上是不变的。可是，从大范围来看，水流的方向是不断变化的。
3纵断面线形设计
3.1坡度和坡长
汽车在长大纵坡路段上行车，上坡容易因动力受限行驶速度下降影响车辆行驶的连续性，下坡会因制动器发热导致制动失灵，这都是很不安全的。因此，设计中作好坡度、坡长限制和缓和坡段的应用是十分重要的。
设计速度为120km/h,100km/h,80km/h的高速公路受地形条件或其它特殊情况限制时，经技术经济论证，最大纵坡值可增加1%。城市公路改建中，设计速度为40km/h、30km/h,20km/h的利用原有公路的路段，经技术经济论证，最大纵坡值可增加10%越岭路线连续上坡(或下坡)路段，相对高差大于500m时，平均纵坡不应大于5.5%；相对高差大于500m时，平均纵坡不应大于5%。任意连续3km路段的平均纵坡不应大于5.5%。
3.2竖曲线半径和视距
过小的竖曲线半径将导致视距的不足。凹型竖曲线过小还会引起离心加速度过大及排水问题；凸形竖曲线太小还会引起跳车，这都是不安全因素。应逐个检查竖曲线半径和长度是否符合标准要求。对夜间交通量较大、沿线有跨路桥的路段，其半径和曲线长度应进行过验算。
3.3特殊路段纵坡设计
桥梁、隧道、立交桥等设施都是城市公路的组成部分，它们应当和路基一起构成一条平顺而连续的线形，才有利于汽车快速安全行驶。但是，桥梁由于受设计洪水位和桥下通航净空的限制，桥面设计标高可能高于桥头引线路基标高，这就造成纵断面不平顺；隧道由于受地形限制和为了缩短洞长、减少投资，可能使纵坡过大、引线连接不平顺；洞内坡大，会使汽车排放有害气体增多；洞内湿度大，会降低路面抗滑能力；这都不利于行车安全。特殊路段纵坡必须满以下几点要求：
1）桥梁及其引道的平、纵、横技术指标应与路线总体布设相协调。桥上纵坡不宜大于4%，桥头引道纵坡不宜大于5%。位于市镇混合交通繁忙处，桥上纵坡和桥头引道纵坡均不得大于3%。桥头两端引道线形应与桥上线形相配合。2）隧道内的纵坡应小于3%；但短于100m的隧道不受此限。城市公路、一级城市公路的中、短隧道，当条件受限制时，经技术经济论证后最大纵坡可适当放大，但不宜大于4%。3）隧道洞口的连接线应与隧道线形相协调。隧道两端洞口连接线的纵坡应有一段距离与隧道纵坡保持一致。4）检查设计是否满足上述标准要求，并使桥、隧及其两端引线之平、纵线形尽可能平顺，与周围环境相协调，使之视眼开阔、视线诱导良好。
3.4爬坡和避险车道
载重汽车在长上坡段行驶时，车速随坡长增大将明显下降妨碍跟驰轻型车辆行驶，不但降低城市公路的通行能力，而且导致事故增加，需要为慢速车辆设置爬坡车道。对于已设置爬坡车道的路段，应对爬坡车道的长度、宽度以及标志、标线等进行评价。在长大下坡路段，连续4km以上路段末设置停车区、加水冷却区等服务设施时，应根据沿线地形条件和交通组成特点，评价在下坡路段设置紧急避险车道的必要性。对于己设置紧急避险车道的路段，应评价设置间距能否满足行车安全要求，并对紧急避险车道的平纵面线形、长度、横断面宽度、路面材料、排水系统以及防撞护栏、标志、标线等进行评价。
4平纵线形组合
优良的道路几何线形组合设计应为：宽阔连续的视野能使驾驶员自觉地保持随时对车辆行驶状态进行及时的调整，并为驾驶员在遇到紧急情况时采取安全措施赢得时间。
1）为了保证具有明显的立体曲线形体和排水优势，在设计时应该尽量做到平曲线与竖曲线相重合，平曲线稍长于竖曲线，即所谓的“平包竖”一取凸形竖曲线的半径为平曲线半径的10～20倍。应避免将小半径的竖曲线设在长的直线段上。
图3平曲线与竖曲线相重合
2）保持平曲线和竖曲线两种线形大小的均衡。在平纵线形组合设计中极为重要。几何线形的均衡性是保证安全的重要前提。相关文献表明：若平曲线半径小于1000m，竖曲线半径大约为平曲线半径的10～20倍时，便可达到均衡的目的。
3）不良的线形组合。行车安全性的大小与不同线形之间的组合是否协调有密切的关系，下列线形组合往往是导致交通事故发生的重要原因，在线性设计中应予以避免并加以检查。如：线形的骤变，如长直线的末端设置急转弯曲线，尤其是长下坡（大于1km）接小半径曲线是有危险倾向的设计；纵断面反复凹凸，即形成只能看见脚下和前头，而看不见中间凹陷的线形；在凸形竖曲线与凹形竖曲线的顶部或底部插入急转弯的平曲线，前者因为没有视线引导而必须急打方向盘；后者在超出汽车设计速度的地方仍然要急打方向盘等。
4结语
总之，城市公路线形设计时，设计者必须对城市公路具有的性能与作用进行充分而慎重的分析研究，以免留下后患。对于提高我国城市公路勘测学科的整体学术水平，提高我国道路设计水平和设计能力，加速我国的城市公路建设有积极的促进作用，其成果的应用亦将产生巨大的社会效益和经济效益，并有着十分广阔的推广应用前景。
参考文献：
[1]公路交通部交通司.新理念公路设计指南[M].北京:人民交通出版社，2005
[2]李清波，符锌砂.道路规划与设计[M].北京:人民交通出版社，2002
[3]杨少伟.《道路勘测设计》(第二版)[M].人民交通出版社，2004-
[4]符锌砂，高捷.高速公路纵坡路段货车运行车速预测[J].公路交通科技，2008，
