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摘要：山区公路选线设计，最主要的内容在于越岭展线的设计。特别是在低等级的公路设计中，如何选取一个合理的展线线位是尤为重要的。本文结合笔者在山区公路设计的实践经验，对公路展线中两种特点鲜明的回头曲线和螺旋曲线进行线型指标分析，并提出建议，以期共同探讨。
关键词：山区公路展线；回头曲线；螺旋曲线
Abstract：As the core detail of the road geometry design in the mountainous terrain，overcoming the dramatic elevation difference should be carefully concerned the on the first place.Moreover，it would be even more important in local or rural roads.Based on series projects on mountainous terrain designed by the authors，after modeling the route，we provide some suggestions for snake curve and spiral cure in the process of overcoming the dramatic elevation difference.
Keywords：overcoming the dramatic elevation difference，snake curve，spiral curve
1 概述
随着经济的发展，各级地区对加密地方公路网有了进一步需求。受建设条件限制，以往不轻易考虑的山岭区公路走廊带也逐渐进入各省、市乃至乡镇的发展规划之中。山区公路，特别是低等级公路中，线位应跟随地形走势，因地制宜，减少对环境的破坏，以达到满足道路服务目标，车辆行驶安全，技术可行，且经济合理，注重环保的需求。而山区公路往往又因地形条件限制，以及可能的不良地质因素影响，所以设计选择其线位尤为困难。展线设计作为山区公路选线工作的主要内容，一般在前期确定完可行的垭口之后，就应该着重考虑展线设计了。在展线设计中，又尤以回头曲线和螺旋曲线线型为特殊。
2 展线线型阐述
山区公路越岭路段应利用地形自然展线。在一定的设计时速需求下，有最大纵坡等线型指标要求，受地形条件或地质条件限制，若自然展线无法克服高差，就应考虑设置特殊展线线型来克服高差。
一般可采用回头曲线。回头曲线多位于较陡的山坡面，顺山坡面来回折叠攀升，形成“之”字型路线，通过这样迂回前进的方式争取平面空间克服高差。当然，迂回处的选址也很重要。回头曲线适用于设计时速低于40公里/小时的地方公路中。
根据迂回处地形条件，若地形条件极为有限，亦可考虑采用螺旋曲线。螺旋曲线在小范围区域内即可自我盘旋上升克服高差。且在设计时速需求大于40km/h，乃至高速公路的设计中皆可见其身影，例如雅西高速的螺旋隧道。但在较高设计时速的公路中所采用的螺旋方式展线一般代价较高，且线型指标与回头曲线指标差异较大，设计着重点不同。本文主要针对设计时速小于40km/h的两种线型进行对比分析。
当设计时速小于40km/h，回头曲线和螺旋曲线作为道路展线克服高差的两种选择，其实从线型组合上来看，他们的线型组合单元比较类似，两者部分线型单元对应的平、纵面指标还应参考回头曲线的线型指标要求。两者的明显区别在于，主线前进过程中是否还需要跨越自身的线位。螺旋曲线也由于在迂回前进上升的过程中跨越自身线位，故其占用较少的横向平面空间。
在一定的长度范围内，由于螺旋方式展线中圆曲线所占平面里程长度比例较大，且平面指标较低，视距降低，驾驶员将会感到不适。不仅如此，车辆的运行速度也将受到展线线型的影响。本文针对运行速度和视距两项指标，通过道路几何设计软件，对回头曲线和螺旋曲线进行了分析。
3 展线线型对比分析
首先，回头弯或者是路线折角接近或大于180°的路段，是展线过程中特殊段落，常常存在于回头曲线和螺旋曲线中。该类路段往往转弯半径小，道路合成纵坡大，驾驶员在驾驶的过程中往往将受到较大的影响。根据三、四级公路线型指标要求，我们首先对回头弯路段进行建模分析。主线设计时速可选择40km/h，30km/h或20km/h。
注：（1）四级公路主线设计时速为20km/h，其余为三级公路设计时速。
（2）括号外为一般值，为正常情况下的采用值；括号内为极限值，为条件受限制时可采用的值。
根据国家交通部公路设计规范中对应设计时速规定的极限指标，应用标准公路工程道路设计软件EICAD分别对两种线型进行分析在极限条件下，车辆（小客车和大货车1）的运行速度和道路模型有效视距2的变化情况。
通过对设计时速40km/h，30km/h以及20km/h的模型进行运行速度分析，得出速度变化趋势相似的道路正、反向V85速度运行曲线：
如图，运行速度曲线图（上行）表明，车辆在通过第一个回头弯时，车辆的运行速度相对而言有较大程度的衰减。且其衰减幅度随着车辆初始运行速度的增大而增大。初始运行速度50km/h的小客车的速度衰减值约10km/h。但是在通过第一个回头弯之后，小客车和大货车的运行速度趋于平缓，行驶性能更高的小客车运行速度将基本维持在一个固定值。可见，车辆在进入回头曲线段落后，速度降低逐渐趋于稳定，纵坡相对平缓的回头弯部分有助于车辆行驶速度回复正常。并且，小客车和大货车的运行速度值差别也基本维持稳定，而车流运行速度的稳定说对车辆来说将有助于安全。
但是，在下行过程中，长大纵坡对大货车的车速衰减影响较小客车逐渐增大，两者运行速度差也逐渐增大，直至行驶至长大纵坡终点时候将达到最大，最终将对车辆行驶安全带来潜在的不利影响。这也从另一方面说明了控制越岭路线连续上、下坡时候的平均纵坡最大值的重要性。
在标准回头曲线线型中，迂回的道路模型本身虽然一定程度降低了道路的通视效果，但基本不会令其不满足规范要求。主线车辆行驶速度受回头弯影响，但通过第一个回头弯之后，上行速度将基本趋于稳定。而在下行过程中，大货车和小客车的速度差将持续增大。
高等级公路螺旋展线时不一定采用回头弯，但在低等级公路中，尤其在地形空间有限的时，两者线型就比较类似。而且，螺旋展线在设计这第一个回头弯的时候，会相较于回头曲线有更大的路线转折角，甚至会大于180°。因此，根据低等级公路不同设计时速的线型指标要求，对两种展线线型进行建模分析。可见，随着设计时速的上升，车速的衰减具有相似性，但亦有些差异。
由计算结果可以看出，车辆在正向上行时，无论是在回头曲线还是螺旋曲线中，车辆还总是在第一个回头弯出现较大幅度的速度衰减。而在之后，螺旋曲线相对回头曲线来说有略微明显的运行速度回升。另外，从车辆下行运行速度曲线图中可看到，相对于螺旋曲线，回头曲线对大货车的速度影响更加明显。
另外，在核查了两种线型的模型有效停车视距之后，可发现两种线型总体上差别不大，仅在螺旋展线的交叉处，视距大小受交叉构造物规模控制，通道桥跨度越大，视距越好。由于一般来说结构物工程规模相对于路基工程规模来说较大，两种曲线的取舍，需要总体综合考量后才能决定。
总体上来说，两种曲线的几何条件对车辆运行速度的影响相对而言较相似。另一方面，螺旋展线从几何上来说，应用于低等级公路中的时候，有展线效率更高的特点，在范围较小的空间内即可达到道路设计高程攀升的要求，且在应用于三面环山的狭小地形中时，其土方工程量将更加合理，螺旋展线的自我盘绕的过程相当于自己即可建设出一片地形条件。对自然环境来说，也有集中破坏，集中恢复的优势。也有在某些条件下，螺旋展线提出了一种避让地质或地形不利点的几何选择。但也应注意的是，螺旋展线在交叉处受结构物规模控制的需求，一般视距较小，不利于行车，也容易发生二次事故。因此，在交叉处对结构物规模的控制和对视距需求这两者是对立的，需要在应用于实际工程时进行综合考量后进行取舍。
另外，在低等级山区公路选线中，克服高差还需要考虑规范中对设置缓坡的要求。虽然这方面从某种程度上来说延缓了克服高差的过程，但却是必须的。首先，回头弯处设置缓坡有其必要性。车辆在行驶到回头弯时候运行速度通常较低，道路横坡在回头弯处通常也将选用最大超高值为车辆提供向心力，倘若此时还选用较大的道路纵坡通过该路段，几何放大的道路合成纵坡将明显增加对行驶中的慢速车辆产生颠覆影响的可能性和驾驶难度。需要注意的是，在设置缓坡时候，也应尽量避免采用负坡，有研究发现长大纵坡后紧跟着的反向纵坡将对下行车辆产生不良影响，给驾驶员也产生错误的导向性，误认为下坡即将结束，从而驾驶员可能对紧接着出现的长大纵坡不能产生准确及时的反应。
4 总结
作为道路山区公路选线中克服高差设计方式，回头曲线布设方便、合理，对运行车辆影响较小，也相对而言较有利于行车安全。但是在遇到特殊地形，地质因素控制条件下，考虑工程规模和环境保护要求，亦可考虑采用几何特性相近的螺旋展线。
且道路爬坡过程中设置缓坡，控制越岭段平均纵坡的最大值，是有助于行车安全的，设计应遵循规范进行采用，并尽可能地不选用极限值。
参考文献：
[1]中交第一公路勘察设计研究院.《公路路线设计规范》（JTG D20-2006）.人民交通出版社出版发行，2006（09）.
[2]刘树升.山区公路越岭展线布局.公路，1957.
[3]胡献文.山区越岭公路选线探讨.厦门中平公路勘察设计院有限公司，2012（06）.
作者简介：
黄允宜（1985-），男，福建福州人，2010年毕业于北京交通大学防灾减灾及防护工程专业，硕士，工程师，主要从事路线、互通设计工作。
论文作者:黄允宜1,张阐尹2
论文发表刊物:《基层建设》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/11
标签：曲线论文; 公路论文; 螺旋论文; 运行速度论文; 时速论文; 车辆论文; 道路论文; 《基层建设》2017年第11期论文;