道路線形支配著整個(gè)道路的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工及以后的養(yǎng)護(hù)和營(yíng)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(duì)汽車(chē)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(duì)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(huì)有很大的影響。本文將對(duì)道路線形設(shè)計(jì)上的幾個(gè)要點(diǎn)作一些簡(jiǎn)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(huì)、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(zhǎng)的公路可能通過(guò)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(lèi)別、設(shè)計(jì)車(chē)速。設(shè)計(jì)車(chē)速不同的路段其過(guò)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(chē)速度的地點(diǎn)，如村鎮(zhèn)、車(chē)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(chē)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(guò)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(guò)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(wèn)題，而且對(duì)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(wèn)題都要在定線過(guò)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(chǎng)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(jiǎn)單的路線。

隨著計(jì)算機(jī)、航測(cè)、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(kāi)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(cè)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(cè)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(lái)描述地面起伏，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)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(chē)的行駛變得更穩(wěn)定、更舒適、更經(jīng)濟(jì)，研究汽車(chē)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(chē)行駛軌跡。只有當(dāng)平面線形與這個(gè)軌跡相符合或相接近時(shí)，才能保證行車(chē)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(shuō)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(guò)長(zhǎng)的直線又易引起駕駛員的單調(diào)和疲勞，出現(xiàn)過(guò)高的車(chē)速，因此有必要避免使用過(guò)長(zhǎng)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(chǎng)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(chē)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(pán)，提高視覺(jué)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(zhǎng)度影響著汽車(chē)的行駛速度以及運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)和安全，因此，保證汽車(chē)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。縱面幾何設(shè)計(jì)的依據(jù)是設(shè)計(jì)車(chē)型及其動(dòng)力性能，因此，從汽車(chē)行駛理論出發(fā)，研究汽車(chē)行駛時(shí)公路縱坡大小和坡長(zhǎng)限制，合理設(shè)置豎曲線與爬坡車(chē)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(zhǎng)短、使用性能、行車(chē)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(zhǎng)限制是指控制汽車(chē)在坡道上行駛，即當(dāng)車(chē)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(zhǎng)度在理論上是以汽車(chē)的加、減速行程來(lái)計(jì)算的。為使行車(chē)快速、安全、經(jīng)濟(jì)，設(shè)計(jì)的縱坡應(yīng)保證車(chē)輛能以某種最低的允許速度正常行駛，為此，可通過(guò)限制坡道的長(zhǎng)度，以保證行車(chē)速度變動(dòng)在一定范圍之內(nèi)?？v斷面上兩個(gè)坡度的轉(zhuǎn)折處，為了減緩沖擊和保證行車(chē)視距，用一段曲線來(lái)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(kāi)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?？v斷面設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是根據(jù)汽車(chē)的動(dòng)力特性、公路等級(jí)、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(zhǎng)度，以便達(dá)到行車(chē)安全迅速、運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)合理及乘客感覺(jué)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(jué)分析，研究如何在滿足汽車(chē)運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)要求的前提下，滿足視覺(jué)和心理的連續(xù)、舒適與周?chē)h(huán)境的協(xié)調(diào)和良好的排水條件等，再對(duì)平、縱面線形進(jìn)行修改，使平縱面線形合理地組合起來(lái)，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(chē)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(wú)需增加造價(jià)即能增進(jìn)道路的效能，并有助于汽車(chē)保持勻速行駛及行車(chē)安全和路容的美觀。