城市公路線形設計是城市公路總體設計、總體布局的關鍵。線形作為城市公路的骨架，其設計合理與否，不僅直接關系到公路建設項目的質量好壞、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計，城市公路的縱斷面線形設計以及平縱線形合理組合，旨在更好的把握城市公路的設計狀態(tài)，設計出狀態(tài)良好的城市公路來。
　　關鍵詞：線形設計，平面線形，縱斷面線
　　引言
　　城市公路線形設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，線形設計中應注重線形指標的選取和平、縱線形合理組合，保證城市公路線形指標的均衡性、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城市公路線性設計的相關概述
　　1.1公路線形設計定義
　　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。根據公路線路所處的地形、水文、地質條件，設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，公路工程技術對公路線形制定了一系列技術指標。
　　1.2城市公路線形的設計的基本原則
　　城鎮(zhèn)地區(qū)干線公路的選線和線形設計，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。當進行城鎮(zhèn)地區(qū)干線公路的線形設計時，特別要考慮路線經過地區(qū)的文化區(qū)和日常生活區(qū)。當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的關系，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整和改善。(3)從保證安全和提高通行能力的角度出發(fā)，應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入匝道的近處，設置平面交叉的線形。4)當設計城市公路時，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，設計車速便是使各項線形要素能達到均衡的一個指標。
　　2平面線形設計要點
　　2.1平曲線半徑與超高。
　　汽車在平曲線路段上行駛時，將產生離心力。由于離心力作用，汽車將產生側向滑移。車輛在曲線上穩(wěn)定行駛的必要條件是橫向力系數要小于路面提供的極限摩阻系數。圓曲線半徑越大，橫向力系數就越小，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、地物等因素的限制，圓曲線半徑不可能設置得很大。因此，在路線設計中采取設置超高來減輕或消除橫向力的影響。圓曲線半徑應該盡可能大些，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、超高與路面橫向摩阻系數相協(xié)調；2）當采用極限半徑時，是否采取了相應的交通安全措施，如設立“急彎”警告標志、車道中心線標劃實線等；3）對于高等級城市公路應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，直線長度不應大于設計速度的20倍，當采用時應采取彌補景觀單調缺陷的技術措施。必須檢查是否有大于設計速度20倍直線，如若有，是否有彌補景觀單調的技術措施，采取的技術措施是否合理。
　　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。兩同向曲線間應設有足夠長度的直線，不得以短直線相連，否則應調整線形使之成為一個單曲線或復曲線或運用回旋線組合成卵形、凸形、復合形等曲線。兩反向曲線間夾有直線段時，以設置不小于最小直線長度的直線段為宜，否則應調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計
　　通常稱橋梁引道路線為橋頭路線。路線設計中，當橋位和隧道位置確定了以后再來考慮“接線”時，引線的技術標準一般偏低，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，以免過橋就要轉彎。在上述兩種情況下，水流的方向在不大的范圍內大體上是不變的。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)熱導致制動失靈，這都是很不安全的。因此，設計中作好坡度、坡長限制和緩和坡段的應用是十分重要的。
　　設計速度為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，經技術經濟論證，最大縱坡值可增加1%。城市公路改建中，設計速度為40km/h、30km/h,20km/h的利用原有公路的路段，經技術經濟論證，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，平均縱坡不應大于5.5%；相對高差大于500m時，平均縱坡不應大于5%。任意連續(xù)3km路段的平均縱坡不應大于5.5%。
　　3.2豎曲線半徑和視距
　　過小的豎曲線半徑將導致視距的不足。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。應逐個檢查豎曲線半徑和長度是否符合標準要求。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進行過驗算。
　　3.3特殊路段縱坡設計
　　橋梁、隧道、立交橋等設施都是城市公路的組成部分，它們應當和路基一起構成一條平順而連續(xù)的線形，才有利于汽車快速安全行駛。但是，橋梁由于受設計洪水位和橋下通航凈空的限制，橋面設計標高可能高于橋頭引線路基標高，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；洞內坡大，會使汽車排放有害氣體增多；洞內濕度大，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、橫技術指標應與路線總體布設相協(xié)調。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與橋上線形相配合。2）隧道內的縱坡應小于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，當條件受限制時，經技術經濟論證后最大縱坡可適當放大，但不宜大于4%。3）隧道洞口的連接線應與隧道線形相協(xié)調。隧道兩端洞口連接線的縱坡應有一段距離與隧道縱坡保持一致。4）檢查設計是否滿足上述標準要求，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，使之視眼開闊、視線誘導良好。
　　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，而且導致事故增加，需要為慢速車輛設置爬坡車道。對于已設置爬坡車道的路段，應對爬坡車道的長度、寬度以及標志、標線等進行評價。在長大下坡路段，連續(xù)4km以上路段末設置停車區(qū)、加水冷卻區(qū)等服務設施時，應根據沿線地形條件和交通組成特點，評價在下坡路段設置緊急避險車道的必要性。對于己設置緊急避險車道的路段，應評價設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、標志、標線等進行評價。
　　4平縱線形組合
　　優(yōu)良的道路幾何線形組合設計應為：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，在設計時應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。應避免將小半徑的豎曲線設在長的直線段上。
　　
　　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)調有密切的關系，下列線形組合往往是導致交通事故發(fā)生的重要原因，在線性設計中應予以避免并加以檢查。如：線形的驟變，如長直線的末端設置急轉彎曲線，尤其是長下坡（大于1km）接小半徑曲線是有危險傾向的設計；縱斷面反復凹凸，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彎的平曲線，前者因為沒有視線引導而必須急打方向盤；后者在超出汽車設計速度的地方仍然要急打方向盤等。
　　4結語
　　總之，城市公路線形設計時，設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科的整體學術水平，提高我國道路設計水平和設計能力，加速我國的城市公路建設有積極的促進作用，其成果的應用亦將產生巨大的社會效益和經濟效益，并有著十分廣闊的推廣應用前景。