摘要：公路线形设计在公路设计中至关重要，线位的选择和线形要素组合是否合理直接影响行车舒适性、安全性及道路通行能力，公路一旦建成通车，线形无论优劣，将很难改变。要求公路设计者应特别重视线形设计质量，任何一个不安全的指标、一个不良的组合设计都可能形成交通安全隐患。
关键词：公路;线形设计;线形指标
公路是以立体形式存在的，公路一旦建成线形将要无法改变或者将会带来重大的经济损失，同时线形的优劣也是公路总体设计及效果的主要评价之一。线形设计将对汽车的行驶的安全、舒适、经济和车辆的通行能力起着决定性的作用，如何根据地形等条件合理的确定各种线形要素指标以及合理的线形组合是平面线形设计的主要任务。
1 运行速度以及线形检验标准
设计速度是公路设计中的一个重要参数，它决定着公路线形设计参数指标，影响着车辆行驶安全。一些欧洲国家采用了运行车速体系，我国采用的是设计车速体系，随着交通科技快速发展，我国逐渐将运行车速运用到公路设计中来检验线形设计。
运行车速是在单元路段上车辆的实际行驶速度，为统计学指标。因不同车辆在行驶过程中可能采用不同的车速，通常按照统计学中测定的从高速到低速排列的第85个百分点对应的车辆行车速度作为运行速度。按照评价标准，需要计算车辆在不同线形单元上的行车速度，并计算速度差和加速度。目前一般包括两种评价线形设计质量的标准：车速和加速度评价标准。
线形设计应与设计车速相一致，基于设计车速的线形设计质量等级表示了公路中某一路段的运行车速与设计车速差值△v的合理范围，综合考虑各方面因素，制定了设计车速的线形设计质量评价标准；基于加速度标准主要是考虑车辆进入曲线需要加减速时的加速度要求，制定了加速度的线形设计质量评价标准。设计车速确定了公路圆曲线半径、超高等要素，而运行车速的评价能充分顾及交通安全的人性化优势，具有线形与实际行驶速度紧密协调的科学性，路线设计中可用运行速度检验设计线形是否满足要求。
2平面线形要素的选择
路线平面线形是由直线、圆曲线和缓和曲线三种线形要素组成，公路平面缓和曲线应采用回旋线。
直线和曲线都有各自的优缺点，采用哪种线形要素，主要取决于路线与地形、景观、环境等相协调的程度、线形的连续与均衡性以及平纵线形配合的情况。路线与地形、地物相协调的直线或曲线，在行车舒适性、安全性、缩短行车时间、减少工程投资及增加景观等方面比为满足规范指标不顾地形地物硬性地设置弯道或人为的设置直线要好很多。
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公路线形设计过程中还应注意平面与纵断面线形的配合，同时为纵面线形设计考虑，为平面、纵断面线形组合设计作好铺垫。
2.1 直线
直线设计一般分为长直线设计和最小直线长度设计。为减少枯燥感、单调感和不安全因素，设计中需避免过长的直线，如公路外侧的景观单调，长直线将给驾驶者带来厌烦和瞌睡感觉，甚至是灾难性的后果，同时过长的直线将使平、纵配合存在困难，一条长直线内可能会包含多个竖曲线，《公路路线设计规范》（JTG D20-2017）规定“受地形条件或其他特殊情况限制而采用长直线时，应结合沿线具体情况采取相应的技术措施。”
两圆曲线间以直线径相连接时，直线长度不宜过短。《公路路线设计规范》（JTG D20-2017）规定“设计速度大于或等于60km/h 时，同向圆曲线间最小直线长度（以 m 计）以不小于设计速度（km /h）的 6 倍为宜；反向曲线之间最小直线长度（以 m 计）以不小于设计速度（km /h）的 2倍为宜。”
在两个同向曲线或两个反向曲线之间插入较短的直线均是不适宜的，对于两个同向曲线，由于车辆驶离第一个弯道进入第二个弯道过程中，驾驶员需要一定时间维持直线方案运行从而使方向盘做反向扭转，两曲线间需要有较长直线。对于条件实在受限的路段，两同向曲线间可不设直线而直接采用回旋线连接起来，称为卵形曲线。对于两个反向曲线之间最小直线长度要求比较容易，也可采用回旋线连接而不设直线，称为“S”型回旋线。根据路线透视图和实践检验看，两个同向曲线之间最小直线长度（以 m 计）最好控制在 8 倍左右，两个反向曲线之间控制在 4 倍左右，能获得较满意的效果。
2.2 圆曲线
规范规定“各级公路平面不论转角大小，均应设置圆曲线”，圆曲线半径的合理选择决定于道路等级、设计速度及地形地物，直接影响相邻曲线均衡协调、技术水平、通行能力、工程投资等。汽车在圆曲线上形式，受离心力影响，圆曲线半径设置越小，行车速度越慢，发生事故几率越高，所在在设计过程中，应尽量结合地形条件设置较大圆曲线半径，设置半径大小需满足规范要求同时而非简单的套用设计规范。
山区公路如单纯考虑顺应现况地形而过多设置小半径圆曲线，将造成路线长度增长、通行能力下降及事故高发等弊端。相反如不结合地形情况盲目设置大半径圆曲线，片面追求高指标，将造成工程数量增大、工程投资增多及破坏自然地貌等弊端。
为使道路线形流畅、行车舒顺，路面排水通过路面横坡排出，对于平原微丘区圆曲线半径最好采用大于不设超高的平曲线半径为宜，而对于山岭重丘区，圆曲线半径尽可能采用极限半径 3-5 倍，最低以不宜小于 极限半径2 倍。
平面线形设计时还需注意小偏角平曲线，《公路路线设计规范》（JTG D20-2017）规定“当路线转角小于或等于7°时，应设置较长的平曲线”，平曲线半径过大曲率过小，接近于直线而非直线，使驾驶者将曲率误判比实际大，容易造成判断失误而发生事故。从驾驶使用角度分析，设计最好将小偏角控制在10°以上。
2.3 缓和曲线
汽车行驶轨迹与回旋线非常接近，且回旋线线形美观、顺滑、柔和，符合驾驶者视觉诱导和心理要求，缓和曲线需采用回旋线。《公路路线设计规范》（JTG D20-2017）规定“高速公路、一级公路、二级公路、三级公路的直线同小于不设超高的圆曲线最小半径径相连接处，应设置回旋线。四级公路的直线同小于不设超高的圆曲线最小半径径相连接处，可不设置回旋线，但应设置超高、加宽过渡段。”
回旋线长度需首先考虑离心加速度变化率所需长度、驾驶者感觉线行视觉舒适所需长度，其次需考虑圆曲线超高渐变率过度所需长度。回旋线长度应随圆曲线半径增大而增大，缓和曲线长度应为L=R-R/9。
3 平、纵组合设计
路线线形设计需注意与周围的地形景观相协调，同时还需综合考虑平面、纵断面及横断面相互协调。线形组合设计基本原则为在视觉上自然地诱导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性。
平纵组合的一般方法：
（1）平、纵线形宜相互对应，且平曲线宜比竖曲线长。
（2）平曲线与竖曲线半径大小应均衡，当平曲线、竖曲线重合时，半径之比为1：10～1：20较为合适。
（3）注重合成坡度的选用，从安全角度，重点避免急弯与陡坡重合的线形。有条件时，一般最大合成坡度不宜大于8%，最小合成坡度不宜小于0.5%。
平、纵组合设计是线形设计的最后阶段，应从客观实际出发，尊重事实，不提倡片面强调平、纵配合而导致工程量过大。
4 结论
道路设计中公路线形设计至关重要，直线、曲线及回旋线设计指标在满足规范基础上要灵活运用，做到线形连续、均衡，掌握平纵指标配合方法，结合线形各个指标优化线形设计，最终使驾驶者最终能获得线形连续、流畅的视觉环境。
参考文献
[1]中华人民共和国行业标准.公路路线设计规范: JTG D20-2017[S].北京：人民交通出版社，2017.
[2]交通部第二公路勘察设计院。公路设计手册（路基）[M].北京：人民交通出版社，1996.
论文作者:朱利勇
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年16期
论文发表时间:2019/11/4
标签：线形论文; 曲线论文; 直线论文; 公路论文; 半径论文; 车速论文; 组合论文; 《建筑学研究前沿》2019年16期论文;