道路線形支配著整個道路的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工及以后的養(yǎng)護(hù)和營運(yùn)。它直接影響著道路構(gòu)造物設(shè)計(jì)、路基路面設(shè)計(jì)、排水設(shè)計(jì)及其他附屬構(gòu)造物設(shè)計(jì)。對汽車行駛的安全、舒適、經(jīng)濟(jì)以及公路的通行能力等都產(chǎn)生很大的影響。并在道路建設(shè)完成后，對道路沿線今后的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、土地利用、居民生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及自然景觀、環(huán)境協(xié)調(diào)等都會有很大的影響。本文將對道路線形設(shè)計(jì)上的幾個要點(diǎn)作一些簡單的探討。

1 路線總體設(shè)計(jì)

1.1 路線方案

路線方案是根據(jù)指定的路線總方向(路線起終點(diǎn)和中間主要控制點(diǎn))和公路功能及其在公路路網(wǎng)中的作用，考慮了社會、經(jīng)濟(jì)因素和復(fù)雜的自然條件等擬定的路線走向。路線方案是否合理將直接關(guān)系到公路本身的工程投資、運(yùn)輸效率和使用質(zhì)量，還影響到在公路網(wǎng)中是否起到應(yīng)有作用。

1.2 路線帶選擇

在路線基本方向選定的基礎(chǔ)上，按地形、地質(zhì)、水文等自然條件選定一些細(xì)部控制點(diǎn)，連接這些控制點(diǎn)，即構(gòu)成路線帶，也稱路線布局。

1.3 路線分段

一條長的公路可能通過不同的地形分區(qū)，要注意根據(jù)地形特征，合理地確定地形類別、設(shè)計(jì)車速。設(shè)計(jì)車速不同的路段其過渡要均衡，不應(yīng)出現(xiàn)突變。相鄰設(shè)計(jì)路段的銜接點(diǎn)，應(yīng)選擇能使駕駛?cè)藛T明顯判斷前方情況將發(fā)生顯著變化而需要改變行車速度的地點(diǎn)，如村鎮(zhèn)、車站、交叉口或地形變化明顯處等。公路行經(jīng)地區(qū)的交通量變化較大時(shí)，可能出現(xiàn)車道數(shù)的變化。當(dāng)出現(xiàn)這種分段時(shí)要選擇好銜接地點(diǎn)，處理好銜接前后過渡段的線形設(shè)計(jì)。

1.4 定線

定線是具體落實(shí)中線確切位置的工作。其任務(wù)是在路線總體布局的基礎(chǔ)上，按照已定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合地形、地質(zhì)及其他沿線條件，綜合考慮平、縱、橫三方面因素，合理安排路線中線位置。其內(nèi)容包括確定交點(diǎn)和曲線敷設(shè)等工作。定線是道路設(shè)計(jì)過程中關(guān)鍵的一步。它不僅要解決工程技術(shù)、工程經(jīng)濟(jì)方面的問題，而且對如何使道路與周邊環(huán)境相配合，以及道路本身線形的改善和美觀等問題都要在定線過程中給予充分的考慮。定線質(zhì)量在很大程度上取決于采用的定線方法，常用的定線方法有實(shí)地定線和紙上定線。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高，地形、地質(zhì)條件復(fù)雜的路線必須使用紙上定線，然后把紙上路線敷設(shè)在地面上;實(shí)地定線省去紙上定線這一環(huán)節(jié)，直接在現(xiàn)場實(shí)地定線，此方法常用于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低和地形地貌較簡單的路線。

隨著計(jì)算機(jī)、航測、數(shù)模技術(shù)的發(fā)展與研究以及衛(wèi)星定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、全站儀的運(yùn)用與開發(fā)，智能(半智能)化定線技術(shù)研究不斷取得新成果。如采用航測技術(shù)及航攝儀器按一定比例拍攝初定路線范圍的照片(航測像片)。定線時(shí)，用特殊儀器可直接確定路線線位;或者轉(zhuǎn)繪成平面圖，再按紙上定線方法確定路線線位;或者轉(zhuǎn)化為數(shù)字地面模型。數(shù)字地面模型用一系列地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)來描述地面起伏，存儲的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理，可用數(shù)控繪圖桌繪制等高線，也可繪制縱、橫斷面圖，計(jì)算土石方工程量并比較各種經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

2 線形幾何設(shè)計(jì)

2.1 平面線形設(shè)計(jì)

為使汽車的行駛變得更穩(wěn)定、更舒適、更經(jīng)濟(jì)，研究汽車行駛規(guī)律及特點(diǎn)是道路平面線形設(shè)計(jì)的基本課題，而在路線的平面設(shè)計(jì)中，主要考察汽車行駛軌跡。只有當(dāng)平面線形與這個軌跡相符合或相接近時(shí)，才能保證行車的舒適。

道路是一條三維空間的實(shí)體，它是由路基、路面、橋梁、涵洞、隧道和沿線設(shè)施所組成的線形構(gòu)造物。一般所說的路線，是指道路中線的空間位置。路線在水平面上的投影稱作路線的平面線形，由直線、圓曲線和緩和曲線構(gòu)成。路線設(shè)計(jì)是指確定路線空間位置和各部分幾何尺寸的工作。為方便設(shè)計(jì)，路線設(shè)計(jì)分解為路線平面設(shè)計(jì)、路線縱斷面設(shè)計(jì)和路線橫斷面設(shè)計(jì)，三者既相互關(guān)聯(lián)，又相互獨(dú)立。平面線形不僅要保持自身線形的連續(xù)性和均衡性，而且也要同縱面線形相互配合，同時(shí)更要與地形、地物、環(huán)境、景觀相協(xié)調(diào)。

直線具有距離短、方向明確、線形易于布設(shè)的優(yōu)點(diǎn)，可作為平原區(qū)的主要線形要素。但過長的直線又易引起駕駛員的單調(diào)和疲勞，出現(xiàn)過高的車速，因此有必要避免使用過長的直線，并注意與地形、地物、環(huán)境相適應(yīng)。

在平面線形上，圓曲線是使用最多的基本線形。圓曲線在現(xiàn)場容易設(shè)置，可以自然地表明方向的變化。采用平緩而適當(dāng)?shù)膱A曲線，既可引起司機(jī)的注意，又起到誘導(dǎo)視線的作用。圓曲線具有一定的半徑，在透視圖中的形狀為橢圓。

在直線和圓曲線之間或在不同半徑的兩圓曲線之間，采用曲率半徑不斷變化的緩和曲線以適應(yīng)汽車行駛軌跡。緩和曲線的作用是緩和人體感到的離心加速度的急劇變化，且使駕駛員容易做到均勻的操作方向盤，提高視覺的平順度及線形的連續(xù)性。緩和曲線的曲率從零漸漸地向某一定值變化，使圓曲線與直線平順地銜接。

2.2 縱斷面線形設(shè)計(jì)

縱面幾何線形由直坡線和豎曲線組成。直坡線的坡度及其長度影響著汽車的行駛速度以及運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)和安全，因此，保證汽車行駛安全、迅速、舒適與經(jīng)濟(jì)，是縱斷面設(shè)計(jì)的基本原則之一?？v面幾何設(shè)計(jì)的依據(jù)是設(shè)計(jì)車型及其動力性能，因此，從汽車行駛理論出發(fā)，研究汽車行駛時(shí)公路縱坡大小和坡長限制，合理設(shè)置豎曲線與爬坡車道等，是縱斷面設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。

路線縱坡度包括最大縱坡度和最小縱坡度之間的各種坡度。其中，最大坡度是公路線形設(shè)計(jì)控制的一項(xiàng)重要指標(biāo)，它直接影響到路線的長短、使用性能、行車安全以及運(yùn)輸成本和工程造價(jià);最小縱坡是為排水而規(guī)定的最小值。坡長限制是指控制汽車在坡道上行駛，即當(dāng)車速下降到限定的最低允許速度時(shí)所能行駛最大距離。該限制長度在理論上是以汽車的加、減速行程來計(jì)算的。為使行車快速、安全、經(jīng)濟(jì)，設(shè)計(jì)的縱坡應(yīng)保證車輛能以某種最低的允許速度正常行駛，為此，可通過限制坡道的長度，以保證行車速度變動在一定范圍之內(nèi)?？v斷面上兩個坡度的轉(zhuǎn)折處，為了減緩沖擊和保證行車視距，用一段曲線來緩和，稱為豎曲線。豎曲線的形式可采用拋物線或圓曲線，但在設(shè)計(jì)和計(jì)算上因拋物線比圓曲線更為方便而廣為采用。

沿著道路中線豎直剖切然后展開即為路線縱斷面。由于地形因素的影響以及經(jīng)濟(jì)性要求，路線縱斷面總是一條有起伏的空間線。縱斷面設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是根據(jù)汽車的動力特性、公路等級、當(dāng)?shù)氐淖匀坏乩項(xiàng)l件以及工程經(jīng)濟(jì)性等，確定起伏空間線幾何構(gòu)成的大小及長度，以便達(dá)到行車安全迅速、運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)合理及乘客感覺舒適的目的。

2.3 平、縱面線形組合設(shè)計(jì)

平、縱面線形組合設(shè)計(jì)，是在平面和縱面線形初步確定的基礎(chǔ)上，用透視圖法或模型法進(jìn)行視覺分析，研究如何在滿足汽車運(yùn)動學(xué)和力學(xué)要求的前提下，滿足視覺和心理的連續(xù)、舒適與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)和良好的排水條件等，再對平、縱面線形進(jìn)行修改，使平縱面線形合理地組合起來，使之成為連續(xù)、圓滑、舒適、美觀的空間曲線，從而達(dá)到行車安全、快速、舒適、經(jīng)濟(jì)的要求。平、縱面線形的組合設(shè)計(jì)，是線形設(shè)計(jì)的最后階段。平、縱面線形很好的配合，有助于發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，無需增加造價(jià)即能增進(jìn)道路的效能，并有助于汽車保持勻速行駛及行車安全和路容的美觀。