交通部新理念在京承高速公路线形设计中的应用.docx

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交通部新理念在京承高速公路线形设计中的应用

交通部“新理念”在京承高速公路线形设计中的应用

总第190期交通部"新理念"在京承高速公路线形设计中的应用25

交通部"新理念"在京承高速公路

线形设计中的应用

裴大伟刘峰

（1.北京国道通公路设计研究院;2.北京市首都公路发展集团有限公司）

摘要本文结合交通运输部公路设计新理念,

从道路平面线形设计,纵面线形设计,平纵线形组合

设计,线形与桥梁,线形与沿线设施,线形与景观的

协调等几个方面,论述了京承高速公路工程的路线

线形设计.

关键词高速公路平面线形纵面线形平

纵线形组合景观设计

京承高速公路起点为北京市四环路,终

点为北京市与河北界司马台长城,全长

131km,是交通运输部规划的国家高速公路网

大庆——广州线的一部分.根据北京市交通

委和路政局的建设计划安排,京承高速全线

分三期建设,用8年时问建成:

一

期北京市四环路望和桥——顺义区高

丽营（六环路）段,全长2tkm,为平原区高速

公路,设计速度80～120km/h,双向6车道加

连续停车带,于2002年10月建成通车;

二期顺义区高丽营（六环路）——密云县

沙峪沟段全长47.3km,为平原区高速公路,

设计速度120km/h,双向6车道加连续停车

带,于2006年lO月建成通车;

三期密云县沙峪沟——北京市与河北界

司马台长城段,全长62.7km,为山区高速公

路,设计速度80～100km/h,双向4车道加连

续停车带,2007年7月开工建设,2009年9

月建成通车.

下面就已经建成通车的京承高速公路一

期,二期路线线形设计作一简要介绍.

1总体设计原则

（1）满足JTGB0l一2003《公路工程技术

标准》及JTGD20—2006《公路路线设计规

范》等相关法规,标准,规范的规定.

（2）京承高速路线走向根据高速公路的

功能,使用任务及其在路网中的位置作用,做

好本项目与综合运输体系,农田与水利建设,

城镇规划的协调匹配关系,合理确定公路的

路线走向.

（3）根据地形,地物条件,结合沿线工程

地质,水文,生态环境,自然景观等选定路线

线位,力求少拆迁,少占地,少伐移树木,最大

限度地减少对道路沿线生态环境的影响,保

护和改善生态环境.

（4）线形设计综合考虑公路的平面,纵断

面,横断面三者的关系,平纵指标做到平面顺

适,纵面均衡,横面合理,平纵配合合理,指标

运用均衡,避免突变.

（5）路线设计要连续,美观,且与沿线的

景观,地形相协调.在视觉上能诱导驾乘者

视线,使驾乘者获得赏心悦目的感觉.

2主要线形技术指标

2.1平面线形

京承高速一,二期道路全长68.3kin,全

线共设计了21个交点,平均每3.25km设置

一

个交点.京承高速一,二期采用的主要技

术指标见表1.

2.2纵面线形

京承高速一,二期共设计了97个变坡

点,平均每km设置1.42个变坡点,最大纵坡

3.0%,最小纵坡0.10%.京承高速一,二期

采用的主要技术指标见表2.

26北京公路2009年第6期

表1平面线形主要技术指标

项目单位规范要求值采用值说明

路线长度km68.3O京承一一朔

交点个数个2l

平曲线累计长度km28.27

平曲线长占总长比例%4l_39曲线比例较高

平曲线最大半径1OOoo7000

平曲线最小半径1Oo014O0

最大偏角67.5O13"L

最小偏角小于7.设较长平曲线6.4231"L采用609m长平曲线

平曲线最大长度2364.33

平曲线最小长度6（）0965.27

回旋线最大长度790

回旋线最小长度100l9O

圆曲线最大超高值%83

超高渐变率l/2501/328～1/262绕中央隔离带边缘旋转

直线最大长度不宜过长lO451.27沿潮河河堤（直线）布线

停车视距21O2l0

表2纵面线形主要技术指标

项目单位规范要求值采用值说明

路线长度km68.3O京承一,二期

路基设计洪水频率1/1001/100百年一遇

变坡点个97

变坡点（3%三纵坡坡度至2%）个7

变坡点（2%>纵坡坡度-1%）个42

变坡点（1%>纵坡坡度>0）个48

平均每公里变坡点个数个1.42

最大纵坡%3.O3.0跨城市铁路采用一次最大纵坡快速降坡

最小纵坡%不宜小于0.30O.10下穿六环路受净空限制,城市段等与地形匹配

最大纵坡长度2l70

3%纵坡对应最大坡长900433.123%纵坡对应纵坡长度

最小纵坡长度3oo303.79

最大20H0Ooo凸珏!

』蜂曲线半释

最小l7o0Ol7000

最大12O0oO凹型竖曲线半径

最小6Ooo80o0

竖曲线最小长度100126.64

最大合成坡度%lO3.6

3具体设计理念

3.1根据道路的使用性质和功能,本项目分

为城市快速路和高速公路两个标准,提

高道路的合理使用率

四环路——五环路段4.3km长道路两侧

建有大片住宅小区,属北京市朝阳区范围,因

此根据规划道路性质定义为城市快速路,设

计速度80km/h;五环路以外从用地上分属顺

义,昌平,怀柔,密云4个郊区区县,规划道路

性质定义为高速公路,设计速度120km/h.

采用五环路互通立交北侧主收费站完成

总第190期交通部"新理念"在京承高速公路线形设计中的应用27

设计速度从80km/h向120km/h的过渡.

3.2根据道路所处地段的交通组成,分析交

通特点,因地制宜的分段采用分离式和

整体式断面

四环路——五环路以北来广营段

5.8kin,由于有现状城市铁路13号线（城市铁

路占地宽约30m）与本项目平行,因此路基设

计采用分离式断面（图1）,在城市铁路13号

线两侧布置京承高速公路上下行线,路基宽2

×17m;其余62.5kin均采用整体式断面,路

基宽度35m.利用来广营高架桥完成分离式

横断面向整体式横断面的转换.

图1

3.3平面线形的选择,指标的掌握及应用

一

期和二期共设计了21个交点,平均每

3.25kin设置一个交点,平曲线最小半径1400m.

3.3.1路线平面线形的选择

路线平面线形是直线,圆曲线和回旋线

三种基本线形要素的组合.

直线具有最直接,方向最明确,易于布设

等特点.然而,直线线形缺乏灵活性,难以适

应地形,地物,不易与周围景观相协调,因而

在应用上自然受到限制.而且,直线过长,易

使驾驶者感到疲劳犯困,尾随车辆不易估计

车速,易造成车速过快,并使驾驶者目测车距

容易产生误差而引发事故.

曲线线形舒顺流畅,平纵线形配合优美,

能较好地适应地形,地物变化,具有柔和的几

何形态,驾乘人员处于动态之中.在以曲线

为主的道路上行驶,驾驶者必须经常移动注

意点来进行驾驶操作,同时,车辆在沿着弯道

行驶时,展现在驾驶者前面的是经常变化着

的自然景色,显得更加有趣和多样化.

京承高速公路处在平原微丘区,部分地

区有规划整齐的农田水利网和道路网,在这

些地区,适当地采用直线,避免对原有的和规

划的农田水利网及道路网进行不必要的切割

和破坏,以免影响其使用功能,同时又大量采

用曲线.在京承高速公路一期和二期中,曲

线段占总里程的41.39%.

3.3.2平面线形指标的掌握及应用

（1）直线

在路线平面线形设计中,我们十分重视

直线的设计.直线的设计,就是指两平曲线

间的直线设计,具体分为长直线设计和平曲

线间最小直线长度设计.

①长直线

长直线主要出现在平原微丘区的线形设

计中.在这类地区,一般都有规划整齐的农

田水利网和道路网,采用一些适当长度的直

线是可行的.但要避免过长的直线,以减少

枯燥感,单调感和不安全因素.北京地区村

镇密集,经济发达,公路网（现状和规划）密

布,立交,通道,跨河桥密集,导致纵面变化频

繁,过长的直线使得平纵难以配合,一条长直

线内可能会包含几个竖曲线,所以更希望直

线长度不宜过长.我国的现行规范对此未做

明确的规定,但要求对直线的最大长度应有

所限制.本项目除一个直线外,其余直线长

度均未超过2400m.京承高速二期平行潮河

段直线长达10451.27m,原因是潮河本身就

很直顺,潮河两岸又有各50m的绿化隔离带,

隔离带外还是北京市密云县的成片规划用

地,因此路线只能选在潮河绿化隔离带和密

云县的成片规划用地之间,平行潮河布设.

此段纵断面上设置了13个变坡点,因此采取

增设交通标志,立体绿化等技术措施,来改善

视觉环境,诱导视线,使长直线没有单调感.

此段自通车至今未发生过交通事故,实践证

28北京公路2009年第6期

明采取合理的纵面设计,或通过交通设施,绿

化,景观等措施,采用长直线在某些特殊地形

下也具有可行性.

②平曲线间最小直线长度

两平曲线问的直线长度不宜过短.JTG

D20—2006（（公路路线设计规范》规定"对于

设计速度大于或等于60km/h的公路,同向曲

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."互相通视的同向或反

向平曲线,如果其间直线长度过短,容易把直

线和两个平曲线看成是反向弯道,使整个线

形缺乏连续性.

在两同向曲线之间插入较短的直线是不

适宜的,由于车辆驶离一个弯道而进入另一

个弯道的过程中,驾驶员要使方向盘做反向

扭转,这一过程需要一定的时间维持直线方

向运行,因此两同向曲线之间要求有较长的

直线.我们设计时根据路线透视图和实践检

验,将最小直线长度控制在8倍左右设计速

度,获得了满意的效果.对于实在布设不开

的路段,采用卵形曲线,即把一对同向曲线用

回旋线直接连接起来而不设直线.

在两反向曲线之间插入较短的直线也是

不适宜的,当两反向曲线平曲线半径较小时,

行车转向则缺乏连续性和稳定性,也显得线

形不舒畅.一般而言,反向曲线之间最小直

线长度应用起来较为容易,甚至可以把一对

反向曲线用"S"型回旋线直接连接起来而不

设直线.在有条件的情况下,反向曲线之间

最小直线长度（以m计）我们一般控制在设

计时速的4倍左右.根据路线透视图和实践

检验,效果很好.

（2）圆曲线

汽车在圆曲线上行驶时,受离心力作用

行车条件变坏,圆曲线半径越小,发生事故的

概率越大.所以在线形设计时,只要地形条

件许可,都应尽量选用较合理的圆曲线半径,

不过度用小值也不盲目追求大值.平曲线半

径的合理选用,与设计速度,地形地物,经济

能力,技术能力,相邻曲线间的均衡协调,曲

线间直线长度等诸多因素有关.

在平原微丘区,尽可能采用合理的较大

圆曲线半径,最好能选用大于不设超高的平

曲线半径,这样路面排水则可通过路拱横坡

得以解决.北京地区村镇密集,公路网（现状

和规划）密布,立交,通道,跨河桥密集,导致

纵面变化频繁,京承高速受实际地形,地物等

限制,平曲线半径实际采用大于不设超高的

平曲线半径比例并不是很大,只能合理选用

平曲线半径,使曲线线形舒顺流畅,平纵线形

配合优美,并努力适应地表,地物变化.至于

排水难点,通过加密急流槽和利用纵坡可以

解决.

规范没有对圆曲线最大长度作出明确规

定.根据以往经验,车辆在长大曲线上行驶,

尽管曲线本身较直线柔和,但驾驶者在同一

曲率半径上行驶时,方向盘几乎与在直线上

行驶一样无需做大的调整,如果半径达到

7000～9000m,则视线集中的300～600m范围

内视觉效果近乎于直线,因此,在沿线景观缺

少变化的情况下,同样易使驾驶者感到疲劳,

枯燥.就曲线间线形协调,连续而言,建议:

圆曲线长度一般应取最小长度的5～8倍,即

1000～2400m（对应设计速度80～120km/h）

为宜,最大圆曲线长度最好不要超过3000m.

平面线形设计时还应注意小偏角大半径

曲线的设计.由于偏角小,就必须采用大的

平曲线半径,但是平曲线半径过大曲率相应

就小,近于直线而又非直线,容易使驾驶者将

曲率看成比实际的大,造成驾驶困难或判断

失误而发生事故.JTGD20—2006（（公路路线

设计规范》规定的小偏角的界限为7.,从设计

和使用上看,在可能的情况下,最好控制在

10.以上.

（3）回旋线

回旋线是线形设计要素之一.高速公路

总第190期交通部"新理念"在京承高速公路线形设计中的应用

的直线同小于不设超高的最小半径圆曲线连

接处,两曲线径相连接处均应设置回旋线.

两同向圆曲线径相衔接或插入的直线长

度不足时,可用回旋线将两同向圆曲线连接

组合为卵形曲线.卵形曲线的回旋线参数A

应在R/2～R（R:

为小圆曲线半径）,两圆

曲线半径之比以R/R.以0.2～0.8为宜,两

圆曲线的间距以D/R以0.003～0.03为宜.

两反向圆曲线径相衔接或插入的直线长

度不足时,可用回旋线将两反向圆曲线连接

组合为S形曲线.S形曲线的回旋线参数A

和A:

宜相等,如不相等,A./A宜小于1.5;

两圆曲线半径之比以R./R≤2（R为小圆曲

线半径）为宜.

回旋线一圆曲线一回旋线的长度以大致

接近为宜,两个回旋线的参数值亦可以根据

地形条件设计成非对称的曲线,但A/A应

小于2.在确定回旋线长度时,首先应考虑的

是离心加速度变化率,以及使驾驶员感觉舒

适,线形视觉良好所需的长度,其次才是超高

缓和渐变段所需的长度.为在视觉上获得美

观,圆滑的线形,回旋线长度应随圆曲线半径

的增大而增长.只有当采用较长的回旋线但

限于交点间距不足时,才可采取减小圆曲线

半径解决.在线形设计中,圆曲线的半径是

首要的,如果圆曲线半径过小,既使回旋线再

长,其对行车的舒适性和安全性也是不利的.

如果回旋线太长,就会使驾驶员感到后一段

曲线曲率增加得很快驾驶不舒顺.因此回旋

线参数A应采用R/3一R,这已经通过路线透

视图和实践得到验证.

对于较长的回旋线,应充分考虑到纵面

的变坡点可能位于其中.另外,还有回旋线

的设置,特别是反向回旋线,应尽量避开人工

构造物,以免造成构造物设计难度增加,构造

物曲折及排水不畅.

3.4纵面线形的选择,指标的掌握及应用

京承高速一,二期纵面线形共设计了97

个变坡点,平均每km设置1.42个变坡点,最

大纵坡3.0%,最小纵坡0.10%.

3.4.1路线纵面线形的选择

纵面线形设计本着平顺,圆滑,视觉连

续,与地形相适应,综合考虑地质,水文,气候

等因素,并与周围环境相协调的原则,尽量采

用较小的纵坡,尤其是路线交叉前后的纵坡

更应平缓,避免采用最大纵坡值,尽量采用合

理的竖曲线半径.

3.4.2纵面线形指标的掌握及应用

（1）道路纵坡

道路纵坡设计本着均匀,平缓的原则,合

理布设各段纵坡,尽量少用最大纵坡.

首先按设计速度确定道路最大纵坡.当

设计速度为120km/h,规范规定最大纵坡为

3%.本项目在跨铁路环线（要求净空7.9m）

时,为快速降坡并减少占地和填方,采用3%

的最大纵坡,其余路段纵坡均小于2.55%.

关于道路最小纵坡,规范规定不宜小于

0.3%.本项目在城市快速路段（四环路一五

环路段）部分纵坡采用0.1%～0.3%,主要是

受道路周边建成区的限制,同时为与城市铁

路l3号线相协调.该段道路排水通过道路

横坡（路肩设平缘石,利用2%的道路横向排

水）汇人护砌边沟排走,并加大边沟排水纵

坡,很好地解决了道路纵坡偏小的问题,实践

证明切实可行.

（2）坡长

在可能的条件下,坡长尽量采用规范规

定最小坡长的1.5～3倍.本项目共设置了

98段纵坡,其中有78段纵坡坡长在规范规定

最小坡长的1.5～3倍以内.坡长过小增加

变坡次数,使车辆行驶颠簸频繁,影响行车平

顺性.如相邻坡段坡度相差较大,汽车运行

需要变换排挡时,则坡长更不宜太短.因此

设计需根据具体情况确定合理坡长.

（3）竖曲线

设置竖曲线的目的是为了缓和行车时车

辆的颠簸与振动,因此为了增加驾乘者行车

安全性和舒适性,尽量采用较大的竖曲线半

北京公路2009年第6期

径,最好用到规范规定的凸型,凹型竖曲线最

小半径的1.5倍以上.本项目共设置了97

处竖曲线,其中有67处竖曲线半径满足规范

规定的凸型,凹型竖曲线最小半径的1.5倍

以上.对于凹型竖曲线,如果半径较小,两个

同向凹型竖曲线间存在直线坡段时,在视觉

上会产生断背的感觉.对于反向竖曲线,竖

曲线半径较小时,汽车从凹（凸）型竖曲线驶

向凸（凹）型竖曲线,当离心力加速度的变化

值大于0.5m/s时,应在反向竖曲线间设置

直坡段.

3.5线形组合设计

高速公路线形设计,还要特别注意平面

与纵面线形的组合关系.受立交,通道等的

影响,高速公路纵面线形起伏较大,因此在平

面设计时,就要为纵面线形设计考虑,为平,

纵线形的组合设计打好基础.要避免把平曲

线的变化点设在地形变化处的顶部或底部,

以及大型人工构造物（如立交跨线桥,大跨河

桥）区间,因为立交跨线桥,大跨河桥等大型

人工构造物的最大设计高程,一般是纵面设

计顶点,所以线形设计时应考虑充分.

高速公路路线的平,纵面组合设计,应充

分考虑驾驶者在视觉上和心理上的要求.竖

曲线与平曲线一一对应,两者重合,竖曲线完

全包在平曲线之内,是平,纵最好的组合.对

于长而缓的平曲线,应当采用平顺而流畅的

纵坡,且平,竖曲线都应采用较大的半径.特

别是凹形竖曲线处,两者的半径更应该大些.

要避免在凸形竖曲线的顶部和凹形竖曲线的

底部设置小半径平曲线.对于凸形竖曲线,

这种组合失去了引导视线的作用,使驾驶者

感到茫然;对于凹型竖曲线,只要线形要素较

大,行车可能不危险,但线形会显得扭曲,不

顺适美观.同理,也不能把竖曲线的顶部或

底部设置在反向平曲线的拐点处或回旋线段

内,以免造成路面排水不畅.

一

个长的平曲线内设有几个竖曲线,或

一

个长的竖曲线内含有几个平曲线,这样的

线形组合看起来很别扭.特别是当坡差较大

时尤为明显,容易使驾驶员把公路看成是被

分割成了几段似的,这样的组合应避免.确

有困难时,一般一个长的平曲线内设置竖曲

线的数目不应超过3个,使驾驶者在任何地

段所看到的纵坡变化不超过3个为宜.本项

目均按此目标控制设计.竖曲线半径应与所

对应的平曲线半径相协调,良好的立体线形

是靠平,竖曲线的均衡与配合来获得的,平曲

线半径较大时,竖曲线半径也应相应增大,平

曲线较长时,竖曲线长度也应相应加长.

对平,纵配合难以判别优劣时,可通过透

视图来检验.目前,许多公路专用三维动态

透视软件都可以很直观地看出来平,纵线形

配合的效果.透视图检验只是一种手段,关

键还是应明确判断标准,使驾驶员最终能获

得一个理想的视觉环境.

3.6路线设计与桥梁的协调配合

桥梁线形与路线相协调,且连续顺畅;右

侧硬路肩路桥同宽,桥梁防撞护栏和道路波

形护栏过渡顺畅,美观,使驾乘者视野开阔,

视线诱导很好（图2）.

图2

3.7路线设计与沿线设施的协调配合

路线设计充分考虑了与沿线设施的配

合,满足收费站,服务区,交通标志,标线等的

设置,主收费站,服务区前后线形连续流畅,

视线良好,标志,标线设计准确,充分体现路

线设计意图（图3）.

3.8路线设计与景观的协调配合

路线的美观与否,还依靠与沿线的景观,

总第190期交通部"新理念"在京承高速公路线形设计中的应用31

图3

地形等的协调和路线本身的平,纵面的配合.

应充分利用现有地形,自然风景,尽量少改变

周围地貌,地形,建筑物,森林等景观,也可以

通过在中央分隔带内栽种灌木绿化,道路标

志,标线,边坡放缓或修整圆润等措施来改善

视觉环境,诱导视线,以增加公路的美感,使

公路与大自然融为一体,最大限度地保护环

境,力求形成"车在路中行,人在画中游"的景

观（图4）.

4结语

京承高速公路一期,二期通车以来事故

图4

很少,尤其是一期工程（四环路一六环路段）

交通量增长很快,上,下班等高峰期交通量基

本饱和,但事故率很低,并且未发生过大的交

通事故,得到了良好的社会反响.初步证明

线形设计指标基本做到了平面顺适,纵面均

衡,横面合理,平纵配合对应,线形设计连续,

美观,且与沿线的景观,地形相协调,在视觉

上能诱导驾乘者视线,使驾乘者获得赏心悦

目的效果.

京承高速的设计基本体现了"以人为本,

以车为本"的新理念,达到"安全,舒适,环保"

的目的.

福建莆田木兰溪特大桥建成通车

经过北京市政路桥控股所属市政集团三公司职工3年来的艰苦奋战,福建莆田

木兰溪特大桥日前建成通车.这座外形独特优美,集独塔,单索道,自锚式,现浇混凝

土箱梁悬索桥的建成,不仅为莆田——这个美丽的城市增添了一处亮丽的风景,成为

莆田的标志性建筑,同时也为该类桥型的建造提供了宝贵的经验.福建莆田木兰溪

特大桥是荔港大道的关键工程,为省级重点工程项目.木兰溪大桥主桥结构采用独

塔,单索道,自锚式,现浇混凝土箱梁的悬索桥,优点是跨度大,结构轻,造型美观.

木兰溪特大桥全长860m,主桥长380m,为整体连续梁,两边引桥各长240m,桥

面宽37.5m.主桥结构为主跨lOOm的独塔单索面预应力混凝土主梁的自锚式悬索

桥,主塔墩与主梁固结,其余桥墩采用活动支座.主塔高64m,其中自桥面高44.

75m,主塔两边各有15组吊索.全桥布置一根主缆,置于梁体中央,直接锚固于梁

体.主缆总长约230m,由8281根直径为5.1mm的镀锌钢丝组成.加劲梁采用预应

力混凝土倒梯形箱截面展翅梁结构,单箱三室.箱梁高3.5m,顶板宽度37.5m.主

塔墩基础采用大直径嵌岩钻孔桩.全桥共有桥桩114棵.

（北京市政路桥控股集团）