论改扩建公路路线平面拟合设计

摘要 线路平面拟合设计是工程项目规划设计阶段的节点内容，对公路项目工程推进顺利性、工程建设经济性、建设质量具有重要影响。文章从平面线形组合类型、道路线形数据采集的内容、改扩建道路的线性特征、平面拟合设计原则、最小二乘法的平面拟合设计流程等方面，对改扩建公路路线平面拟合设计展开研究，提出了平面拟合设计中的重点问题，可为业内提供技术参考。

关键词 改扩建公路;道路线形设计;平面拟合;平面线型设计

中图分类号 U412.34 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）12-0019-03

收稿日期：2022-04-20

作者简介：程伟（1987—），男，本科，工程师，研究方向：公路路线与桥梁设计。

0 引言

改扩建公路工程项目规划设计阶段，根据拟建线路沿线地形地貌条件、原线路技术经济状况、工程技术难度等，对扩建公路线形进行平面拟合，利用不同的平面线形组合设计，将线路中线点位连成一条光滑的曲线，保证线路线型的连续性、纵断面线型的协调性。路线平面拟合设计质量，对道路项目整体质量、整体效益具有重要影响[1]。该文对改扩建公路路线平面拟合设计内容、设计流程、设计原则和设计过程中需要把握的重点问题展开研究，对提升公路工程项目整体效益具有积极意义。

1 平面线形组合类型

不同公路工程项目，公路等级、沿线地形地貌条件、原线路技术状况等级差异较大，线路平面线形组合、曲率变化差异突出。运用计算机辅助拟合软件，对线形曲率值进行拟合设计，可准确确定曲线特征点[2]。公路路线平面拟合设计阶段，常用的平面线形组合类型如下：

（1）简单型：按直线—圆曲线—直线的顺序组合，示意图见图1。

（2）基本型：按直线—回旋线—圆曲线—回旋线—直线的顺序组合，示意图见图2。

（3）S形：两个反向圆曲线间，用两个反向回旋线连接的组合，示意图见图3。

（4）凸型曲线：两个同向回旋线径向衔接的组合，示意图见图4。

（5）回头曲线：见图5。

（6）其他线形组合类型还有C形、复合型、复曲线等类型。

2 改扩建道路线形数据采集

项目工程勘测阶段，通过控制测量，采集原路线线形数据，为扩建路线线形设计提供数据支撑。由于原线路控制点大多已丢失，控制测量作业开展前，需重新布设控制点[3]。

（1）根据新布设控制点与原有道路路基相对位置关系，控制点可分为路内控制点、路外控制点两种[4]。

（2）根据控制点在道路空间体系中控制效能差异，可分为平面线位控制点、纵面高程控制点两种：1）线路平面取样测量时，采用动态GPS左右交替测量中央分隔带边缘两侧，用计算机整理平面线位控制点位置数据，拟合出线位中线;根据线路沿线，地形地貌等情况，调整线位拟合中线;平面线位控制点布设间距一般不超过20 m，桥涵构造物两端分别取点;2）线路平面中线拟合、调整完毕，按常规方法放线，测出每个桩点高程，根据桩点高程数据进行线路纵断面拟合设计[5]。

3 改扩建道路的线性特征和平面拟合设计的几条原则

公路设计阶段，为充分利用既有道路，节约项目成本，需正确处理新建道路与既有道路的关系[6]。线路平面拟合设计原则如下：

（1）降低工程技术难度、工程实施风险，线路设计阶段结合线路沿线地形地貌条件、相關设计规范要求等，合理确定线形指标。

（2）减少道路扩建土地占用、扩建施工工程量，节约项目成本，正确处理新建道路与既有道路的关系，在保证项目技术指标的前提下，提升既有线路利用率。

（3）保证扩建线路与沿线构造物、景观的整体协调性，在保证道路中心线不变的前提下，根据沿线构造物、景观，优化线路平纵横设计。

（4）适应城镇建设规划，与现有路网相协调。

4 使用最小二乘法的平面拟合设计步骤

线路平面拟合设计阶段，运用最小二乘曲线拟合法，进行线路曲线函数的多项式拟合，降低线路平面拟合计算复杂度，步骤如下：

4.1 控制网布设及选点测量

为满足道路扩改建工程不中断交通施工的施工要求，控制点布设于公路两侧位置;为保证两侧水准路线的统一性，两侧水准线路联测频率不得低于5 km/次，保证控制网点坐标精度[7]。

为保证平面线形数据测量精度，中央分隔带边缘两侧控制点，需保持每10～15 m左右交替测量一次，准确记录控制点位三维坐标。测点示意图见图6。

4.2 左右幅分隔带分中利用计算机拟合中线

当前众多道路设计软件均具有最小二乘法对直线、圆曲线拟合计算功能。比如纬地软件，具有“穿直线”“穿圆”等智能布线工具，可分别用于直线、圆曲线的拟合设计，提升线路拟合设计效率、设计质量。再如CARD/1软件，具有自动拟合改扩建道路平面线形功能，实现过程见图7。

5 平面拟合线形指标的评价

项目设计阶段、施工前、项目竣工后，须进行拟合设计线形指标评价，作用如下：

（1）方案设计阶段，通过对拟合设计线形指标进行评价，找出设计方案的不足，为方案优化提供思路，提升方案设计质量。

（2）施工前，结合线路工况特点，评价拟合设计方案适用性，有利于评选出更加贴合线路工况特点的设计方案，降低项目实施风险。

（3）项目竣工后，结合项目实施情况，评价拟合设计方案整体效果，可积累、总结设计经验，为后续同类工程项目线路拟合设计提供参考。

6 平面拟合设计应注意的几个问题

6.1 对待改扩建道路全线路线技术指标进行符合性检查及运行速度评价问题

根据现行公路项目安全性评价指南的要求，设计速度与运行速度偏差超过20 km/h的路段，除应对路段运行速度协调性进行评价外，还应用运行速度来检验线路各项指标，全面评价线路实际状况。

6.2 直线路段设计原则

现行公路设计规范和相关技术标准中，并未明确最长直线段长度要求[8]。实际设计阶段应把握以下几点原则：

（1）实际设计阶段，须根据线路地形、环境特点，优化直线、曲线组合设计;直线路段线形设计应与线路周围地形、环境相协调，长度不宜超过20倍路段限速长。

（2）在既有道路直线路段长度过长路段，可增设竖曲线，使支线路段的纵断面有所起伏，优化扩建线路直线段线形，提升驾驶员行车视觉效果，改善路段安全性能，避免驾驶员视觉疲劳诱发交通事故。

（3）在既有道路直线路段较长路段，可根据路段交通事故调查情况，决定是否调整当前路段平纵断面;若当前道路并未发生交通事故，可维持当前路段平纵断面，通过适当增加交通安全设施、构造路侧景观差异的方式，改善路段安全性能;若当前路段曾因直线段过长诱发交通事故，宜增设竖曲线，调整路段平纵断面。

（4）综上所述，为保证直线路段行车安全性能，需根据周围环境、沿线景观、驾驶员心理反应、驾驶员视觉效果、线路交通事故调查情况等，合理选择调整既有线路平纵线形、构造沿线景观差异、增设交通安全设施等方式，优化直线路段设计，无需刻意设置曲线。

6.3 小偏角问题

现行《公路路线设计规范》中，明确规定小于或等于7°的偏角为小偏角，驾驶员在小偏角短平曲线路段行驶时，易因偏角较小造成急弯的错觉，影响行车安全。为防止既有道路小偏角短平曲线路段交通事故，新建道路需规避小偏角曲线设计，扩建道路线型设计需调整既有线路小偏角设计，保证扩建线路行车安全性能[9]。

6.4 圆曲线半径

为保证道路行车安全性能，新建道路圆曲线线路段，宜尽量扩大圆曲线半径;既有道路原曲线线路段，需综合改造既有道路圆曲线半径、扩建道路建设指标、路段工况、改造成本等，适当扩大改造路段圆曲线半径;受地形地貌、改造成本限制，无法扩大圆曲线半径工况，也可采用小半径设计，但应杜绝采用极限最小半径设计[10]。既有路段符合下述情形，必须增大平曲线半径。

（1）既有线路平曲线半径值过小，远低于现行规范最低标准。

（2）既有线路平曲线段平曲线半径过小，缓和曲线与圆曲线长度不匹配，需增大缓和曲线半径，增长平曲线长度，保证缓和曲线与圆曲线长度的匹配性。

（3）既有线路纵断面指标过低，需调整纵断面指标，适应路段纵断面指标要求。

（4）增大平曲线半径，不会过度增加路段改扩建施工工程量，不涉及拆迁及其他影响施工进度因素。

（5）既有路段因平曲线指标过低，易引发交通事故路段。

（6）既有线路线性，不符合线路连续性、整体协调性，需增大曲线半径，保证线路线型连续性、整体协调性。

7 结论

综上，公路路线平面拟合设计效果，对项目建设整体质量、线路行车安全性能、项目实施难度等具有重要影响。公路线路拟合设计阶段，需正确处理扩建路线与既有路线的关系，根据改扩建项目工程技术要求、既有线路具体情况，优化改扩建公路路线平面拟合设计，在保证改扩建项目技术指标的前提下，提升既有道路利用率，减少道路改造工程量，节约项目改造成本。同时，在直线线路段、小偏角线路段、圆曲线半径过小线路段，通过优化线路平纵线形，解决既有路段的弊端，提升线路安全性能，保证行车安全。

参考文献

[1]袁大伟. 浅析既有高速公路平面线形拟合设计[J]. 筑路机械与施工机械化， 2020（10）： 1-3.

[2]张航， 韦金君， 张肖磊. 道路平面线形拟合方法比较研究[J]. 武汉理工大学学报（交通科学与工程版）， 2018（4）： 594-598+603.

[3]张翔. 公路改扩建路线的设计要点[J]. 交通世界， 2022（Z2）： 127-128.

[4]柴海峰. 改扩建公路路基路面设计要点[J]. 交通世界， 2021（32）： 55-56.

[5]肖隽. 改扩建公路路基路面设计优化探讨[J]. 科学技术创新， 2021（27）： 124-125。

[6]李海滨. 改扩建公路路基路面设计优化措施[J]. 交通世界， 2021（23）： 76-77.

[7]葛芸. 改扩建公路路基路面设计方案研究[J]. 黑龙江交通科技， 2021（7）： 50-51.

[8]尚俊， 李强. 论述改扩建公路路线设计要点[J]. 黑龙江交通科技， 2021（6）： 242+244.

[9]柴海峰. 改擴建公路路基路面设计要点[J]. 交通世界， 2021（32）： 55-56.

[10]柴金燕. 公路工程中改扩建公路路线以及路面路基设计[J]. 工程建设与设计， 2021（23）： 125-127.