城市公路線形設(shè)計是城市公路總體設(shè)計、總體布局的關(guān)鍵。線形作為城市公路的骨架，其設(shè)計合理與否，不僅直接關(guān)系到公路建設(shè)項目的質(zhì)量好壞、里程長短、投資多少、效益高低，更直接影響到城市公路運行安全。論文重點探討了平面線形設(shè)計，城市公路的縱斷面線形設(shè)計以及平縱線形合理組合，旨在更好的把握城市公路的設(shè)計狀態(tài)，設(shè)計出狀態(tài)良好的城市公路來。
　　關(guān)鍵詞：線形設(shè)計，平面線形，縱斷面線
　　引言
　　城市公路線形設(shè)計是否合理是直接影響到城市公路運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)計的相關(guān)概述
　　1.1公路線形設(shè)計定義
　　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。公路線形對行車速度、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)計的基本原則
　　城鎮(zhèn)地區(qū)干線公路的選線和線形設(shè)計，除上述事項外，還必須注意以下各點。1）考慮沿途的土地利用類型。當(dāng)進行城鎮(zhèn)地區(qū)干線公路的線形設(shè)計時，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，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，也必須對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帲O(shè)置平面交叉的線形。4)當(dāng)設(shè)計城市公路時，為了保證行車的安全和順適，必須盡量使各種線形要素達到均衡，設(shè)計車速便是使各項線形要素能達到均衡的一個指標(biāo)。
　　2平面線形設(shè)計要點
　　2.1平曲線半徑與超高。
　　汽車在平曲線路段上行駛時，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，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)劃實線等；3）對于高等級城市公路應(yīng)以運行速度進行驗算。
　　2.2長直線
　　直線具有最短距離連接兩控制點以及線形布設(shè)方便、容易施工等優(yōu)點，但線形呆板，過長的直線會使駕駛員行車單調(diào)乏味、分散注意力、增加疲勞感，有時急于加速行駛往往對車距失去判斷造成惡性交通事故，對行車安全不利。一般來說，直線長度不應(yīng)大于設(shè)計速度的20倍，當(dāng)采用時應(yīng)采取彌補景觀單調(diào)缺陷的技術(shù)措施。必須檢查是否有大于設(shè)計速度20倍直線，如若有，是否有彌補景觀單調(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覺，整個線型缺乏連續(xù)性，容易導(dǎo)致駕駛失誤。曲線間直線不夠，對于有超高、加寬的反向曲線，將不能實現(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單曲線或復(fù)曲線或運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，以設(shè)置不小于最小直線長度的直線段為宜，否則應(yīng)調(diào)整線形或運用回旋線而組合成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
　　通常稱橋梁引道路線為橋頭路線。路線設(shè)計中，當(dāng)橋位和隧道位置確定了以后再來考慮“接線”時，引線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)一般偏低，有時甚至于不必要地增加了路線長度。使用時事故多，運輸效率低，在汽車燃料消耗上也造成浪費。
　　橋梁一般要高于最高洪水位，在通航的水流上有時要加上一個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。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，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。可是，從大范圍來看，水流的方向是不斷變化的。
　　3縱斷面線形設(shè)計
　　3.1坡度和坡長
　　汽車在長大縱坡路段上行車，上坡容易因動力受限行駛速度下降影響車輛行駛的連續(xù)性，下坡會因制動器發(fā)熱導(dǎo)致制動失靈，這都是很不安全的。因此，設(shè)計中作好坡度、坡長限制和緩和坡段的應(yīng)用是十分重要的。
　　設(shè)計速度為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，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟論證，最大縱坡值可增加1%。城市公路改建中，設(shè)計速度為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，相對高差大于500m時，平均縱坡不應(yīng)大于5.5%；相對高差大于500m時，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引起離心加速度過大及排水問題；凸形豎曲線太小還會引起跳車，這都是不安全因素。應(yīng)逐個檢查豎曲線半徑和長度是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。對夜間交通量較大、沿線有跨路橋的路段，其半徑和曲線長度應(yīng)進行過驗算。
　　3.3特殊路段縱坡設(shè)計
　　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)計洪水位和橋下通航凈空的限制，橋面設(shè)計標(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、減少投資，可能使縱坡過大、引線連接不平順；洞內(nèi)坡大，會使汽車排放有害氣體增多；洞內(nèi)濕度大，會降低路面抗滑能力；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、一級城市公路的中、短隧道，當(dāng)條件受限制時，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟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爬坡和避險車道
　　載重汽車在長上坡段行駛時，車速隨坡長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。對于已設(shè)置爬坡車道的路段，應(yīng)對爬坡車道的長度、寬度以及標(biāo)志、標(biāo)線等進行評價。在長大下坡路段，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，應(yīng)根據(jù)沿線地形條件和交通組成特點，評價在下坡路段設(shè)置緊急避險車道的必要性。對于己設(shè)置緊急避險車道的路段，應(yīng)評價設(shè)置間距能否滿足行車安全要求，并對緊急避險車道的平縱面線形、長度、橫斷面寬度、路面材料、排水系統(tǒng)以及防撞護欄、標(biāo)志、標(biāo)線等進行評價。
　　4平縱線形組合
　　優(yōu)良的道路幾何線形組合設(shè)計應(yīng)為：寬闊連續(xù)的視野能使駕駛員自覺地保持隨時對車輛行駛狀態(tài)進行及時的調(diào)整，并為駕駛員在遇到緊急情況時采取安全措施贏得時間。
　　1）為了保證具有明顯的立體曲線形體和排水優(yōu)勢，在設(shè)計時應(yīng)該盡量做到平曲線與豎曲線相重合，平曲線稍長于豎曲線，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，便可達到均衡的目的。
　　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)計中應(yīng)予以避免并加以檢查。如：線形的驟變，如長直線的末端設(shè)置急轉(zhuǎn)彎曲線，尤其是長下坡（大于1km）接小半徑曲線是有危險傾向的設(shè)計；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，前者因為沒有視線引導(dǎo)而必須急打方向盤；后者在超出汽車設(shè)計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)計時，設(shè)計者必須對城市公路具有的性能與作用進行充分而慎重的分析研究，以免留下后患。對于提高我國城市公路勘測學(xué)科的整體學(xué)術(shù)水平，提高我國道路設(shè)計水平和設(shè)計能力，加速我國的城市公路建設(shè)有積極的促進作用，其成果的應(yīng)用亦將產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟效益，并有著十分廣闊的推廣應(yīng)用前景。