公路线路设计的评价比选探析

任强

(中交第一公路勘察设计研究院有限公司,陕西西安 710075)

公路线路设计的评价比选探析

任强

(中交第一公路勘察设计研究院有限公司,陕西西安 710075)

公路工程的线路设计的好坏直接影响公路工程的建设成本、建设工期、服务水平等,做好公路工程的线路评价工作对于公路的建设和运营极为重要,本文以实际角度为出发点来对线路设计的评价比选技术进行细致探析。

公路 线路设计 评价

1 公路线路设计

公路工程的建设是一个复杂的综合性系统项目,公路线路设计是公路工程的建设基础,公路线路的设计直接涉及到项目建设质量,公路运行效率,交通流的流畅度等一系列内容,公路按照行政等级可以划分为：国家公路、省级公路、县级公路、乡级公路和专用公路;按照使用任务、功能和适用的交通量可以划分为：高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四级公路五个等级。不同的公路级别其所担任的任务不同,对公路线路的侧重点也存在一定的区别,鉴于此,设计者对于公路线路的设计主要遵守以下几个原则：

(1)因地制宜,统筹兼顾原则。公路路线的设计应该以实际为出发点,根据建设区域的地形地貌和经济社会发展的实际状况进行合理设计。总体来说,平原区路线布置更多考虑的是路网、沿线的城镇和经济规划,综合兼顾其他因素,比如征地、拆迁难度等,总体来说以服务区域经济点和完善路网的配置为主要考虑目标;对于山区,公路路线设计更多的需要考虑工程规模和施工难度,同时要注重环境保护。

(2)保证安全,注意气候对行车安全影响。无论是什么项目的建设,“安全第一”是首要原则,公路线性的安全舒适是公路线路设计考核的一大指标,在线路设计中要保证选线的车辆行驶的安全以及驾驶者的舒适。山区自然气候复杂 ,雨雾天气较多。高山地区气候更为复杂,气候多变,横风和极端天气较多,容易对行车安全造成较大威胁,因此,需要在线路设计时充分考虑到这些因素对公路运营安全的影响,采取合理防控措施。

(3)质量为本原则。公路路线设计要严格按照既有的规范和标准来,设计的好坏直接关系到后续施工的质量和效果。平原地区线形设计属于常规设计,按照常规设计规范把握好设计质量即可。山区线形设计比平原地区复杂,除了要控制常规设计质量外,还要注意平面线形、超高的设置、纵面线形设计及爬坡车道和视距等问题。山区公路的平面线形尽可能以曲线为主,以与沿线的地形景观相协调为最佳;在进行超高设置时,要对具体的路段进行针对性的安全性分析,以合理设置超高。

表1 最大缓和曲线半径设计要求

(4)技术可行性。前面四个原则是线路设计的追求目标,但其前提都是建立在施工技术的可行范围之内的,线路设计方案的选择直接决定项目建设的施工难度,这就要求设计者要综合考虑不同目标之间的权衡,保证技术可达性的范围内实现公路线路设计的最优化。

2 公路线路设计存在的问题

(1)直线设计过长。在公路线路设计中,直线的长度应在设计速度的二十倍以内。传统的公路线路设计是把直线作为最好的线形,两点之间直线最短,并且容易布置。然而事实表明过长的直线线路会造成驾驶者极易产生驾驶疲倦,注意力不集中,提高事故发生率。因此很多国家在公路线路的设计中对直线线性的应用有明确的限制。例如法国规定限制在行车速度的二十倍以内,而像俄罗斯、美国这类的国家,采用的是加宽中央分隔带、设置低路堤缓边坡的手段来降低直线行驶的不良影响。在这方面我国与法国相近,最大直线长度一般在行车速度的二十倍以内。

(2)缓和曲线长度设置不合要求。缓和曲线的作用是帮助驾驶者安全舒适的完成转向,通过延长转向距离来延长行驶时间,从而给予驾驶者足够的操纵空间,避免事故的发生,但有些公路的路线设计中的缓和曲线长度偏小,无法满足设计行驶时间不低于3s的要求,就造成驾驶难度的增加,事故发生率的提高,合理有效的缓和曲线设计师公路线路设计中的重要内容。而缓和曲线的最大半径的标准见表1。

(3)超高过渡段以及超高横坡的位置设置不合适。在经过居民去的公路上,车辆行驶时需要限速,同时还必须要受当地交通规范的管制,在这种情况下可以适当的减少超高横坡,以有利于公路路线的设计,因此这种情况下进行公路设计时不应当只按照道路的横坡设计规范进行设计,还应当按照车辆行驶的速度设置低于4%的超高横坡。但是在实际设计中人们往往只考虑双向的横坡设计,而没有对超高横坡进行考虑,这样就会造成车辆在转弯行驶时出现困难,甚至引发事故。在道路的纵坡设计中,有时需要进行坡长的局部限制,但是对于某些连续的路段,这种限制是可以不进行考虑的,这时就容易造成该路段纵坡超限,车辆在进行下坡行驶时就容易出现较多的刹车,容易出现刹车失灵而造成交通事故的发生。

表2 评价比选方法的特征

这些问题都是线路建设完工后导致事故的原因之一,对公路线路设计方案的有效评价比选是消除这类安全隐患的重要措施之一,通过对设计方案的有效评价,并进行优化改进,以保证施工方案的合理科学性。

3 公路线路设计的评价比选研究

3.1 线路设计方案评价指标

在公路线路的设计中根据实际情况提出了对于安全方面的要求,这些要求的出现就需要有专门的评价体系来对其进行具体的量化和评价,目前,对于安全性的评价主要有以下几种指标。

(1)对运行速度的评价。目前对于运行速度的评价主要分为两种,一是利用相邻路段之间运行情况的协调性对公路线路设计的连续性进行评价;二是,用实际速度与设计速度的协调性进行评价,汽车的运行速度对于汽车运行中的安全性有着重要的意义,这个评价体系实际上就是用相邻路段运行速度差来作为评价的指标。公路通行标准中的规定设计速度一致性评价标准：

实际速度与设计速度的协调性也是对于公路安全的重要保证。显然,这项评价标注是通过对相同路段的车辆实际运行速度与车辆设计运行速度之间的差值作为评价该段公路的实际速度与运行速度之间的协调性的,同样也是衡量公路安全性的一个重要指标。

(2)对于油耗的分析评价。对于油耗的分析评价主要是为了对公路的纵坡线性设计合理性及平稳性进行评价。具体而言,就是将车辆在运行中的油耗量进行统计总结并绘制成直观的折线图,通过对折线图的观察来得出车辆全程的油耗量是否均匀,最后再选择出油耗量较平稳的设计方案进行设计。

(3)通过透视图进行评价分析。透视图评价方案主要是用于对于特殊路段的评价和检验,这种方法可以对驾驶员的视线范围、运行路段的路线与沿线环境的协调性和运行环境的平纵组合合理性等进行评定,它是评价单元公路段立体性的一个重要指标。但是由于这种方法并不足够精确,没有准确的量化标准,因此它仅限于进行粗略的定性评价,另外,这种评价方法得出的结果受主观因素的影响较大。

(4)对于纵断面的检验。公路纵断面的检验主要指通过对公路纵断面图进行分析来得出公路坡度的方式,一般而言,我们知道路面坡度的大小不仅会对车辆在上下坡时需要的牵引力和惯性产生影响,还会对路面的排水情况产生重要的影响,因此纵断面检验的出现就是为了对该指标进行评价的。通过对纵断面的检验我们可以对路面的坡度进行有效的控制,合理的坡度可以对车辆上下坡的牵引力和继续滑行时的速度和车辆间距的可行性和安全性产生重要影响。

综上可知,在公路的线性设计阶段要严格的执行安全检验标准,这是确定公路安全性的主要方法之一。这就要求相关的监管人员要严格的执行检验标准,认真做到“不合格,不通过”,保证每段公路在建设过程中都经过了严格的检验,以保证其稳定性和安全性。

3.2 常见的线路设计方案评价比选方法

对于公路线路设计方案的比选,往往会因为所选的对象和范围不同而结果不同。从比选对象上可以看出,有些方案是针对隧道的施工方案进行比选的,有些是对相关的指标选择进行比选,有些则是对于环境影响情况进行比选的;从比选的范围上来看,有些方案是针对整条路线而言从经济技术等方面进行参比,有些则是针对线路中的某段或者某一关键控制点而进行的方案比较。本文笔者对这些常用的比选方案进行了总结和对比,希望可以全面的涵盖当前在公路线路设计中常用比选方案的各个方面,讲这些方案的各个方面和各个角度进行综合的研究,目前在公路线路设计方案比选中常用到的方法主要有以下四种。

(1)综合比选法。综合比选法是进行多指标参比,分别从立交的位置选择、型式选择、平纵线性和断面布置以及方案设计四个方面对立交的选型进行最终确定。在立交的位置选择中,设计小组从能否保证立交交通流畅安全、立交的各匝道平纵横各断面相互结合处的线性是否合适;立交的结构布置、设计和施工难易程度;整个立交工程的工程造价及运营养护是否合理;立交的造型观感、绿化美化等方面确定。对于立交型式的选择,从交通的适应性;环境、技术的适应性以及整个工程的经济性;能否促进当地的经济发展等方面进行比选。从坡度、竖向曲线半径以及立交的平纵线性组合等方面对立交的平纵横线性以及立交的断面布置方案进行参比。

(2)模拟计算。在对高填土、软土路基等特殊路线处理方案进行选择时,采用数值模拟的手段,对江堤和路堤并行的特殊路段的处理方案进行了数学模拟,着重研究了在路堤的施工过程中路基的变形情况及这些变形对于整个江堤安全情况的影响。通过分析不同方案的结果,并对这些结果进行模拟,从安全性和经济性两个角度对所选方案进行了比选,从而确定出最终的设计方案。

(3)优缺点对比法。在特长隧道的消防设计方案选择中采用的就是优缺点对比的方法,列举出各个方案的优缺点,并对各个方案中的灭火组合、消防水源设置、消防干管的布置等关键问题进行了比较。

(4)价值工程法。在对高速公路项目进行了研究时,采用的是价值工程法,价值工程法需要对不同方案的价值进行分析计算,将经济造价和技术功能进行有机的结合。通过对各个方案功能方面上的打分,计算出各个方案的成本系数,然后用功能系数比成本系数最终得到价格系数,最后根据价格系数的大小来选定最终方案。

价值工程法是计算公式可以表示为V=F/C(L)式中：V表示设计方案的价值系数F表示设计方案的功能系数C表示设计方案的成本系数。

3.3 各评价方法的特征

上述几种方法是在对公路线路设计方案确定中的常用比选方法,这些方法有各自的优缺点,其优缺点的评价结果见表2,对各个方法的优缺点进行评价可以使这些方法得到更好的实际应用。

4 结语

在公路线路设计方案的确定过程中,是确定施工设计方案的重要环节,要根据实际情况来选择评价必选的方法,尽量做到科学合理,以保证项目施工方案的合理性。

[1]王恒.公路路线方案合理性研究[D].长安大学,2006.

[2]曾扬森.公路线路设计原则探析[J].科技资讯,2013.12.

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[4]丁建明.干线公路路线安全设计方法与评价体系[D].东南大学,2009.

[5]王新国.浅谈公路路线设计合理化[J].城市建设,2010.(7)：413—414．

任强,男,单位：中交第一公路勘察设计研究院有限公司,研究方向：路线、立交。