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公路選線及定線設計
道路是一條三維空間的實體，它是由路基、路面、橋梁、涵洞、隧道和沿線設施所組成的線形構造物。一般所說的路線，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、圓曲線和緩曲線構成。路線設計是指確定路線空間位置和各部分幾何尺寸的工作。為方便設計，路線設計分解為路線平面設計、路線縱斷面設計和路線橫斷面設計，三者既相互配合，同時更要與地形、地物、環境、景觀相協調。
直線具有距離短、方向明確、線形易于布的優點，可作為平原區的主要線形要素。但過長的直線又易引起駕駛員的單調和疲勞，出現過高的車速，因此有必要避免使用過長的直線，并注意與地形、地物、環境相適應。
在平面線形上，圓曲線是使用最多的基本線形。圓曲線在現場容易設置，可以自然地表明方向的變化。采用平緩而適當的圓曲線，即可引起司機的注意，又起到誘導視線的作用。圓曲線具有一定的半徑，在透視圖中的形狀為橢圓。
2.1選線原則
路線設計應在公路建設項目工程可行性研究報告所選定的路線走向和主要控制點的基礎上進行。首先，要作出總體設計，這主要包括；確定地形類別和計算行車的速度，確定車道數以及城鎮或其他路線連接線交叉的地點、方式等。總體設計為具體選線提出了要求、基本方向和規模，選線是總體設計的具體化，在選線時要注意掌握以下原則。
1）比選原則
選線是一項技術性、綜合性強，且復雜的工作，即使設計者主觀上有完美的設想，也難免使實際線路存在不足，發現優劣的最佳途徑，就是比較選擇。在路線設計的各個階段，應用各種先進手段，對路線方案做深入細致的研究，在多方案論證比選的基礎上，選定路線最優方案。
2）安全原則
公路的選線必須考慮在正常使用的情況下，不會有大的破壞。影響公路的自然因素很多，特別是滑坡、崩塌、軟土等地質不良地段，應慎重對待。為確保公路安全，選線時應避讓或選擇合適位置，縮小穿越范圍，并采取必要的工程措施。
3）均衡原則
公路的造價隨公路功能和技術指標的變化而變化。例如，為了良好的線形有些地段就需要多占農田，縱坡坡度設計較小，就需要增加填挖方數量等等。我們總是在道路的功能和指標與道路的造價和代價之間尋求一個平衡點，使對立的兩個方面達到統—。不同時期人們有不同的均衡觀念，現在許多人認識到在公路設計中，應充分考慮環境保護。
4）協調原則
公路不僅具有使用上的功能，而且具有美學和景觀上的要求．協調是美的基本要素，公路內部之間以及內部與外部之間的協調是保證人們在生理上有安全感、舒適感的重要因素。其中內部協調是指縱面、平面線形視覺的連續性和縱面、平面立體協調；外部協調是指公路與周圍環境景觀的協調和宏觀的路線位置與自然的協調。
5）環保原則
選線應重視環境保護，應盡量減小由于公路修筑以及汽車運行所產生的影響與污染。路線對自然景觀與資源的影響，噪聲對居民的影響等。
2.2自然因素與路線的相互影響
自然條件對路線的影響因素很多，主要有地形、地質、氣候、水文、土壤及植物覆蓋等，這些因素可能引起公路的塌方、滑坡等，造成水土流失，土壤質量和地質條件的不穩定。因此，要分析這些因素對公路的影響，以確保公路的安全和自然環境的良好。
1）自然條件對路線的影響
地形對路線的線形、技術標準和工程造價的影響較大，特別是在山區，由于高差大，坡陡彎急，為了滿足公路的技術標準，就必然產生填挖土石方，人工構造物等。如高填方、隧道、擋土墻等，這在很大程度上影響了路線的走向和線形。
地質條件也是影響線路的重要因素。公路的安全首先來自公路的穩定，公路的穩定又直。
接受地質構造的影響，如遇不良地質現象(軟土、泥沼等)就需要付出更大的代價，以保證路基的穩定。此外，不同的土石類型決定了土石方工程施工的難易程度和筑路材料的來源。水文地質反映了地下水的活動規律，地下水位的高度影響路基的干濕狀態，也影響橋涵地基的穩定，特別是在橋位選擇、孔徑確定和防護工程、排水系統等方面，水文情況往往起著關鍵因素。
土壤的性質又決定了路基的形狀和尺寸．路基的邊坡坡度應根據土的物理力學性質結合其他因素綜合考慮，如粉質土和粘質土的物理力學性質不同，它們的密實程度不同，路塹所選擇的邊坡坡度就不同。同理，巖石的種類和風化程度不同，公路的工程量也會隨之變化。地面植物覆蓋影響暴雨的徑流和水土流失程度，而流量的大小是控制橋涵孔徑和其他排水設施設計的因素之一。
2）公路對自然環境的影響
公路施工和養護都需要大量的水，并且對水的質量還有一定的要求，如路基壓實、混凝土拌合、構造物的養護等，在我國一些水資源供需矛盾突出的地方，公路的施工對水資源會產生一定的影響。
公路的修建會形成對原有水分循環路徑的阻隔，如河道改置，從而造成下游來水減少，引起生態的變化。路線經過的河道也有可能受到路線的影響，產生沖刷、積水、漫掩，進而損壞農田。
公路對土壤退化的影響主要原因是水土流失。在公路建設中，取地、借地、棄地會使土壤發生水遷移，機械遷移，植被受到破壞，這些變化會引起土壤質量的下降，造成土壤的理化特性和凈化能力的減弱。自然條件與路線的相互影響是相輔相成的，彼此密切聯系，并經常處于相互作用和不斷變化的過程中。因此，在選線時應周密調查，綜合分析各種因素，使它們的相互作用向著一個良性循環的方向發展。
2.3選線的方法與步驟
選線是一個由總體到具體，由淺人深的過程。一條公路的起終點和中間控制點確定以后，可用多種方法把它們連接起來，為了選出一條最合理的路線，選線一般要經過三個步驟。
1）全面布局
全面布局主要是解決路線的基本走向，即在起點、終點和中間大控制點之間按選線原則尋求最合理的路線走向。例如：沿溪線可以走不同的河岸；越嶺線可以展線或隧道穿越，每一種布局事實上就是提出了一種路線的基本走向，這一工作一般在視察時確定。路線布局是關系到公路“方向”的根本問題，否則線路選得再好，技術指標定得再恰當，仍然是一條不理想的線路。因此，布局前一定要認真分析和研究周圍的地形、地質等自然條件，通過踏勘形成完整的立體自然模型，為全面布局提供必要的條件。
2）逐段安排
逐段安排是在路線的基本走向確定以后，進一步加密控制點，解決路線局部性方案的工作。即在大控制點間結合地形、地質、水文、氣候等條件，逐步確定小控制點的過程。通過逐段安排，進一步選定能提高路線標準和降低工程造價的有利路線帶．從而解決路線的局部方案。例如：沿溪線是一次跨河還是多次跨河；越嶺線從埡口哪一側展線下山等，這一工作是通過初步測量完成的。
3）具體定線
這是在逐段安排的小控制點之間，根據技術標準，結合自然條件，綜合考慮平縱橫三個方面因素，適當移動交點，進行穿線，具體定出路線中線位置的工作。具體定線在詳測時進行。
公路定線是指在選線布局中確定的“路線帶”范圍內，根據技術標準結合地形、地質等條件，綜合考慮平、縱、橫三方面的合理安排，最終確定公路中線的確切位置。
公路定線是公路測設中的關鍵，它不僅要解決工程技術、經濟方面的問題，還要解決公路與周圍環境的協調。以及工程技術標準、國家政策等因素的影響。因此，要求定線人員在把握定線技巧的基礎上，充分了解公路的使用任務、性質和要求，吃透路線所經地區的地形、地質情況，通過幾個設計方案的比選、反復試線才能在眾多相互制約的因素中，定出一條最佳的路線設計方案。
公路定線根據公路等級、要求和條件，一般有紙上定線、實地定線和航測定線三種方法；對技術等級高的、地形、地物復雜的路線，必須先紙上定線．然后把紙上所定的路線敷設到實地上；實地定線就是省略了紙上定線這一步，直接在現場實地定線，一般適用于公路等級較低和地形等條件簡單的路線；航測定線是利用骯攝像片、影像地圖等骯測資料，借助干航測儀器建立與實地完全相似的立體光學模型，在模型上直接定線。
3.1紙上定線
紙上定線是指在大比例尺(一般1：1000和1：2000)地形圖上確定公路中線的位置。
公路定線按不同的地形條件，所要解決的重點不同。如平原微丘區的地形比較平緩，路線的縱坡一般不受高程限制，定線的重點是如何正確地繞越平面上的障礙，使控制點間的路線順直短捷；山嶺重丘地形復雜，高差大，橫坡陡，定線的重點是如何利用有利地形，安排好縱坡，避免工程艱巨和不良地質地段。現以路線平、縱、橫面受限制較嚴的越嶺線為例，對紙上定線的方法與步驟闡述如下：
1）擬定線路走向
在大比例尺地形圖上，根據路線的起、終點和中間控制點，仔細分析控制點間的地形、地質及地物情況，選擇地勢平緩、山坡順直、河谷開闊及有利于回頭展線的地點等，擬定路線各種可能的走向，完成路線的總體布局。
2）放坡試線
設等高線間距為h，選用的平均坡度為i均＝5.0％~5.5％(視相對高差而定)，則等高線平距a=h/i均。如圖1-6-1所示，從埡口A點開始，使兩腳規的開度等于a(比例與地形圖相同)。
自上而下依次在等高線上截取a，b，c，…，等點，直至D點附近。如果放到D點時其位置和標高均接近D點，說明放坡試線方案成立，否則應調整或修改走向重新放坡試線，直至方案成立,將己定A，a，b，c…，D各點連成折線，稱為均坡線。
3）定導向線
根據已得到的均坡線，分析路線所行經地帶的地形、地物及工程艱巨情況，選擇出退讓或繞越的中間控制點。如圖1-6-1中均坡線在B處陡崖中間穿過，而且有利于設置回頭曲線的C點也沒有利用，為此必須將B和C兩處定為中間控制點，調整B、C兩處前后路線的縱坡，仿照上法在等高線上截取a′，b′，c′…各點，將A，a′，b′，c′…D各點連成折線，稱為導向線。
4）修正導向線
(1)根據導向線初步擬定出平面試線，注明平曲線半徑，量出地形變化特征點樁號及地面標高，繪制概略縱斷面團，設計縱坡，計算出各樁號概略設計標高。
(2)曲線型法：此法適用于以曲線為主的連續線形。具體定線時仍以修正導向線為基礎，但定線的過程與直線型法相反。即根據導向線受地形、地物控制的寬嚴程度，先用不同的圓弧分別去吻合曲線地段，定出圓曲線部分．然后在相鄰曲線之間用合適的緩和曲線順滑連接。若相鄰圓曲線之間相距較遠，可根據需要插入直線段，形成一條以曲線為主的連續平面線形。
6）縱斷面設計
路線確定以后，量出路中心線穿過每一等高線的樁號及高程．繪制縱斷面圖，點繪地面線進行縱坡設計。
紙上定線是一個反復試定線路的過程，平面試線的修改次數越多，最后所定路線的設計質量越高，直到認為再修改己得不到顯著效果時，紙上定線工作才算完成。
3.2實地定線
實地定線是指設計人員在現場直接完成定線，定線的原則與紙上定線相同，但定線條件改變。實地定線時，由于定線人員直接面對實際地形、地物、地質及水文等具體情況，因此要求定線人員有一定的選線經驗，要不怕辛苦，不怕麻煩，要多跑、多看、多問，摸清路線所經地帶的地形、地質等變化情況，反復試定線路，才能定出好的路線。現仍以山區越嶺線為例，闡述實地定線的方法和步驟。
1)分段安排路線
在路線全面布局中所擬定的主要控制點之間，根據地形、地質水文等情況，自上而下用粗略試坡的方法確定中間控制點，確定路線輪廓方案。
2)放坡
放披是解決越嶺線中的縱坡合理分配問題，實質上就是對路線設汁的限制因素，如最大縱
按平均坡度放坡：根據《公路工程技術標準》規定的平均坡度值5.0％—5.5％(按相對高差而定)．視具體地形確定適當的縱坡度，然后實地放坡。按平均坡度放坡只起到在一定長度范圍內控制高差和水平距離的作用，優點是放坡速度快，但沒有反映公路等級對平均縱坡的不同要求以及地形、地質變化的情況。
按設計坡度放坡：根據《公路工程技術標準》規定的平均坡度恒5.0％—5.5％，結合地形、地質、水文等具體情況分段，合理地擬定縱坡，使放出的坡度基本上就是以后縱斷面的設計縱坡。此法放坡時工作量大，但能使實地定線的準確性提高，一般的越嶺線常用此法放坡。
放坡一般從最高控制點(如埡口)開始，一人用帶角手水準，對好選用縱坡的相應傾斜角度，立于控制點處，指揮前點人員手持花桿在山嘴、山坳等地形變化處、計劃變坡處及順直山坡上每隔一定距離定點，插上坡度旗，并在旗上注明選用的縱坡值。按上述方法定出的這些坡度點的連線．與紙上定線的導向線作用相同，也稱導向線。放坡傳遞坡度時，耍估計平曲線的大概位置及半徑，以便考慮縱坡折減。對擬定要跨的山溝和要穿的山嘴或山脊放要“跳”過去，否則會使放出的坡度與設計縱坡誤差太大，苦難備對山溝或山嘴進行繞越，則坡度要放緩，距離要打一定的折扣。
3）與橫斷面進行核對
放坡定出的坡度線(即導向線)主要是從縱坡安排方面考慮的，對路基穩定特別是橫斷面
上的填挖方數量考慮較少。因此，還應根據路基設計的要求，在坡度線上，選擇橫坡較陡或高填、深挖的特征點位置，定出橫斷面方向上相應特征點(如經濟點、控制點、和路中線最合適的位置點)等，并插上標志。
4）穿線定交點
根據放坡所定的導向線和插上標志的特征點進行實地穿線。穿線的應在滿足平面線形要求的前提下，盡可能多地靠近或穿過導向線和各特征點，特別要注意穿過控制性嚴的點，裁彎取直，使路線平、縱、橫三個面配合協調，穿出與地形相適應的若干直線，延伸相鄰兩條直線定出交點，即為路線的導線。穿線交點這一工作很重要，定線人員必須反復試插，多次修改，才能定出理想的路線。
5）設置平曲線
路線導線確定以后，即可根據交點偏角及附近地形、地質等情況，確定合適的平曲線半徑并敷設平曲線。
6）縱斷面設計
根據有關外業資料，繪制縱斷面圖，進行縱坡設計，詳見第三章第五節。
實地定線的縱坡設計，—般都是在平面已經確定的基礎上進行的。雖然實地定線時，已充分考慮了縱面及橫面的具體要求，但限于定線的經驗、視野以及對所經地形、地質的了解程度，定出的路線難免會顧此失彼，存在著一定的局限性。因此，實地定線的室內縱坡設計，不僅要解決工程經濟和技術標準問題．還要實現平、縱面線形的配合和協調，這就要求設計人員不斷調整縱坡，通過反復試坡修改，才能取得滿意的結果。
在縱斷面設計中．如果靠調整縱坡無法滿足要求時，則應考慮調整平面線形。若平面線形改動不大，可根據已有路線導線和橫斷面資料，繪制帶狀平面圖，通過紙上移線的辦法解決；若因工程經濟與平、縱面線形配合矛盾很大時．平面線形必須作重大的改動，此時應按定線的具體要求，通過現場改線，重新定出路線。
3.3紙上移線
1）紙上移線的條件
在公路定線過程中，往往由于定線時考慮不周、地形條件限制或其他原因，難免產生因平面中線位置不當致使工程量過大、標準或線形不夠理想等缺點。此時可在分析研究已定路線平、縱、橫圖紙資料的基礎上，考慮移動路線，使設計達到經濟合理的要求，它對提高設計質量，降低工程費用起著一定的作用。當路線設計出現以下情況時，應考慮紙上移線。
行。對紙上移線原因與情況，應在紙上移線平面圖上作扼要說明。
2）紙上移線的方法和步驟
（1）繪制移線路段大比例尺(一般采用1：200—1：500)路線平面圖，注出交點編號、曲線起、終點以及各樁位置，如圖1-6-5所示。
（2）根據移線目的，在縱斷面圖上試定縱坡，算出各樁的填挖值。
（3）根據縱斷面圖上各樁填挖值，在橫斷面圖上找出各樁最經濟或控制性的路基中心線位置。量出偏移原中心線的距離(即移距)，分別用不同的符號標記在平面圖上。
（4）在保證重點照顧一般的原則下，參照平面圖上標記，經反復試定修改，定出修改后的導線，即圖1-6-5中虛線。用正切法算出各交點偏角，并使移線與原線角度閉合。擬定平曲線半徑，計算平曲線要素，繪出平曲線。
（5）根據移線起點與原線樁號里程的對應關系，推算移線后各新樁的樁號里程，算出長短鏈值，注在移線終點。
（6）按各樁在平面圖上的移距，在相應各橫斷面圖上繪出移線后的中樁位置，并注明新樁號。
（7）根據橫斷面圖上移線的后中樁處的相對高差，在原縱斷面圖上點繪移線后地面線(用虛線表示)．重新設計縱坡及堅曲線，如圖l-6-6所示。
3.4、平曲線半徑選定
無論是紙上定線還是實地定線，在路線定線后，定線人員還要根據路線交點實際情況，酌情選定平曲線半徑。《公路工程技術標準》規定：各級公路不論轉角大小均應設置平曲線。在選用平曲線半徑時應與計算行車速度相適應，并應盡可能選用較大的平曲線半徑，一般情況下，宜選用大于技術標準所規定的不設超高的平曲線半徑，只有當受地形、地物或其他條件限制時，方可采用小于一般最小半徑，不要輕易采用極限最小半徑。
平曲線半徑的選定，除要與彎道本身所在位置的地形、地物條件相適應，使曲線沿理想的位置通過外，還要考慮與彎道前后的線形標準相協調。如在長而陡的坡道下端和長直線中間不宜插設小半徑平曲線，以及在陡坡上設小半徑平曲線要考慮縱坡折減的影響等。對平曲線交點的選定，在本章紙上定線與實地定線中已有闡述，現將平曲線半徑選定的方法歸納加下：
1）根據外距控制半徑
（1）在交點附近有地物，平曲線線位受地形、地物制約時，其半徑的選定通常可以用單交點法或雙交點法解決，平曲線預期通過的理想線位，一般是結合現場實際予以首先確定．然后按平曲線要素幾何關系來推算適應上述線位要求的相應半徑值。對于轉角不大．線位受限制不嚴的平曲線彎道，通常多采用單交點法，控制點位取曲線中點(QZ)，根據預期中點線位至交點的實測距離E控按下式計算。
取整 R=80m
當R＝80m，。a＝46°38′時，外距E＝7.11m，路面加寬值查《公路工程技術標準》為1m，能滿足要求。
如果單憑曲線中點(QZ)難以判斷整個曲線是否與地形、地物全部吻合時，應補點進行復核。如上例應驗核建筑物左上角是否阻礙路線，此時可自A點作切線的垂線交于A‘點，量得A‘至曲線起點(ZY)的距離x，然后按已定的平曲線半徑R值，按切線支距近似公式y=x2/2R求得相應y值，從而定出曲線上對應點位P點，再根據PA間實有距離，即可判斷路線能否通過，如有妨礙，則應重新調整半徑，使之滿足要求。
（2）用外距控制線位高低或工程數量
當路線相鄰直線的等高線線位高程基本相同，此時平曲線部分的線位若能與相鄰直線大致在同一高程上最為合適，若按此求得的平曲線半徑值符合《公路工程技術標準》規定，則即為所求。此外，當路線繞越山嘴時，可按外距值的大小選擇平曲線半徑。其中E值越大，工程數量越大，具體選定半徑可根據公路等級高低合理確定。
2）、用切線長控制半徑
平曲線半徑的選定，除受地形、地物制約外，有時還應考慮如何適應前后線形的要求。如當同向或反向曲線間直線長度較短時，為解決曲線敷設與銜接，通常采用限制切線長度的方法來推求平曲線半徑，如圖1-6-9a)。橋梁或隧道兩端的曲線起、終點到橋頭或隧道口應留有一定長度的直線段，如圖1-6-9b)．此時平曲線半徑也應根據切線來選定。
對采用單交點法選定平曲線半徑．一般應首先留出《公路工程技術標準》規定的直線長度(當反向或同向曲線徑向連接時，直線長度D＝0)，然后選定出地形、地物控制較嚴的一側曲線半徑，再根據切線差反算相鄰曲線半徑，計算公式為
對復曲線半徑的選定，一般應先定出受地形控制較嚴的一側曲線半徑，然后反算相鄰曲線半徑，要求曲線通過理想線位外，還應注意兩相鄰曲線的半徑值不宜相差過多，其比值一般以不大于1.5倍為宜。
例1-6-2 如圖1-6-2，JD16為雙交點曲線。已知aA＝50°30′，aB＝42°02′，AB＝69．15m．試求平曲線半徑。
3）、用曲線長控制半徑
當已知交點偏角．其他條件不受限制時，如果平曲線半徑選得過小，則曲線長度太短顯然對行車不利。此時應用平曲線的最短允許長度來控制半徑，其計算公式為
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