山地自行車道工程設計初探

1、“山地自行車道工程設計”初探兩個月前，接河南駐馬店市艾森集團老總來電，他們在駐馬店東南40公里的千年嶺開發(fā)了一處約80平方公里、以山地自行車運動為亮點的“低碳生態(tài)休閑度假旅游區(qū)”，擬建各類山地自行車道約80公里。要求我?guī)椭O計。對于這類帶有探索性的工作，我十分感興趣。雖然具體設計還沒開始，但準備工作已足以花去我兩個多月時間，在多位同仁幫助下寫了一篇論文，因為過長，分兩篇先發(fā)表在我這博客上吧！作為山地車比賽不同于公路或其它自行車比賽，它并不是單一的要求速度，而更重要的卻應該是考驗運動員的自行車騎行技巧及越障能力。因此山地自行車道與其它道路、包括其它自行車道不同，它應盡量避免過于平整，而應具有一定

2、數量的各類路障，甚至是艱險崎嶇的山路。縱觀國內外眾多的山地車比賽，其自然或人為的路障，千奇百怪，不下數百種之多。   就目前所得資料看來，國內外山地自行車道的建設并不像通常的公路建設那樣具有工程設計的內容，也就是說，欠缺正規(guī)的勘測、可研及必要的若干設計階段，沒有明確的“規(guī)范”。以國內一些曾舉辦過山地車比賽的賽道為例：   據稱按照國際標準進行打造的廈門仙岳山山地自行車賽道全程5.8公里，整體為循環(huán)車道，賽道起點和終點都在天竺巖寺的廣場。一路上還設置了溝、坎、山坡等多重障礙，在仙岳山南麓的道路上還有很多天然路障，比較適合打造成山地自行車運動的經典賽道（如下

3、圖）?？墒牵鋵嵵皇沁x擇了一條比較符合山地自行車運動的原有山路，適當加以改造而成，除了平面布置規(guī)劃圖以外，似乎并沒有專業(yè)的工程設計和圖紙。再如廣東天鹿湖森林公園鳳凰山自行車營地設計，其內容主要局限于自行車道平面布置和各種休閑娛樂、科普教育等營地設施，從而在原有道路的基礎上，完善自行車道的網絡，以形成自行車道系統(tǒng)；作為山地自行車比賽線路雖是單獨設計，要求能有能力舉辦國際比賽和平時作為山地自行車愛好者的訓練場地，但也缺少工程設計內容，沒有查詢到工程設計圖紙。     又如廣州亞運會大夫山山地自行車賽場，選定于番禺區(qū)大夫山森林公園內。比賽線路為封閉

4、的環(huán)道,包括起點處、線路、終點處、修理站以及觀賽區(qū)等幾部分,長度約為5.037公里。選擇此處，主要也是因為它作為山地賽道具有不小的挑戰(zhàn)性，雖然賽道不長，但是非常崎嶇不平，有一定的騎行難度，有的路段非常狹窄，僅容一人通行，有的上坡路段極為陡峭，時而還有超大角度的俯沖下坡。   然而，這樣重要的比賽場所，賽道也同樣只是選擇的較為符合比賽要求的已有山路，并未作為一項工程考慮，進行人工改造。  總之，因為山地自行車運動在我國尚屬萌芽階段，雖然愛好者的隊伍在不斷擴大，而符合他們要求的賽道卻少之又少，有關部門也沒有將它像公路建設那樣，制定明確的規(guī)范，劃分不同等級，提出相應的標

5、準，當然，作為相關研究部門和人員，至今沒有拿出好的賽道設計理念與可行的設計方法，也是導致目前這一狀況的原因。   為了在山地自行車道設計這一領域有所突破，筆者結合河南駐馬店千年嶺旅游休閑度假區(qū)關于山地自行車道的設計，提出了一套有效的設計方法。 1, 如同前述眾多山地自行車道一樣，千年嶺旅游休閑度假區(qū)的山地自行車道也是沿襲原有山路，其平面線形可通過平面測量或已有大比例尺地形圖所繪制的路線進行擬合，只是彎道半徑在理論上不必苛求，最小半徑5m即可；至于縱斷面設計，在尚未考慮修改之前首先也應“沿地爬”，即在基本上能爬上去的前提下不論坡長大小、坡度大小和豎曲線半徑大??； 2

6、，如何修改設計，使賽道滿足國際自行車聯盟對山地自行車的某些規(guī)定？這里以爬坡賽為例：   “爬坡賽比賽路線中至少應包括80%的上坡騎行路段。可以是集體出發(fā)或是單個出發(fā)（計時）。比賽路線的起點設在一個指定位置，終點設在另一個海拔高度更高的地方?！?#160; 這項規(guī)定中，重點在于“應包括80%的上坡騎行路段”。   在千年嶺計劃修建的一條山路有如下測量資料：  如平縱面設計圖所示，A-A線總長4685.159m， 總高差：391.12-173.21= 217.91m，平均坡度：4.65%。其中上坡段總長：3392m,上坡比例占：

7、3392/4685=72.4% 80%  由此可見，若不加以改造，此線路將不符合爬坡賽路線中至少應包括80%的上坡騎行路段的要求！ 若以K4+270為終點，上坡段總長：3276m，上坡比例占：3276/4270=76.7% 則只要在拉坡時將140m下坡改為上坡，上坡比例將為3416/4270=80%，也就是說，經過這樣的改造，便能使賽道符合山地自行車爬坡賽比賽規(guī)則的要求。我們觀察到，在縱斷設計圖上，SJD3到SJD4為一-0.12%的下坡，坡長47.34m,而SJD4到SJD5為一4.13%的上坡，坡長44.07m，如去除SJD4,因SJD3高程為177.414m，SJD5

8、高程為179.127m，故去除SJD4后，該段縱坡變成了（179.127-177.414）/（47.34+44.07）=1.87%；   SJD8到SJD9為一-1.75%的下坡，坡長65.64m,而SJD9到SJD10為一4.11%的上坡，坡長53.25m，如去除SJD9,因SJD8高程為185.896m，SJD10高程為187.007m，故去除SJD9后，該段縱坡變成了（187.007-185.896）/（65.64+53.25）=0.934%；   同樣，若去除SJD25,則可消除27.85m的-3.11%下坡。 &#

9、160; 經過以上三個變坡點的去除，共消除了下坡的總長度為47.34+65.64+27.85=140.83m。于是上坡段的比例隨之就變成了：(3276+140.83)/4270=80.02%，這樣也就滿足了國際自行車聯盟對山地自行車爬坡賽路線中至少應包括80%的上坡騎行路段的要求！   至于縱坡本身的大小，國際自行車聯盟并沒有規(guī)定，當然也不可能無限地大，而應照顧到山地自行車的爬坡能力，盡管偶然也允許推行，但那畢竟是作為特殊情況的考慮。本車道縱坡最大處為3.8公里前后有56米20%的大坡，以及在2公里前后有2.5公里長的18%左右長大縱坡。這樣的縱坡作為山

10、地自行車道來說，雖然比較艱巨，但應該還是允許和不存在什么大問題的?！吧降刈孕熊嚨拦こ淘O計”初探（二）3，如何進行賽道橫斷面設計計算？   在通常道路設計中，哪怕是道路改建，采用填挖來改進道路縱坡的平順性是必不可少的。此外，還要對道路橫斷面進行設計，以保證必要的寬度和斷面形式?？墒菍ι降刈孕熊嚨蓝裕绻稍猩铰犯慕?，除了像上述為消除下坡等情況，往往不需要填挖。   為了達到這個目的，我們在采用通常的道路CAD軟件進行橫斷面設計時，只在少量必須填挖的路段按計算所得填挖高戴帽，其它斷面則通過一個小程序，使之在橫斷面設計時一律按照填挖高為0進行計算；至于各樁

11、車道寬度，則在建立橫斷面寬度文件時按路段實際需要給定路寬即可。 下面列舉為消除下坡導致有填挖高時的若干橫斷面圖：   為了騎行安全，山地自行車道設計中的超高處理非常重要，在小彎道半徑處必須設置橫向超高，甚至可能有半徑很小的急彎，所以需要修改設計程序中的道路設計技術標準，例如在平面設計中，我們允許最小半徑設為5米，考慮到在下坡時車速很高（據調查可達80公里/小時），于是采取了最大超高坡度為100%，即45度。這時橫斷面設計圖如下：    左上圖系采取路面超高繞路中心旋轉，右上圖系采取路面超高繞彎道內側邊緣旋轉。在必要時，還可設計只有路面外半側繞路

12、中心旋轉。當然這時未必一定用土石填筑，也可以用傾斜木棧道方式修建（如以上照片所示）。   對不同下坡坡度和彎道半徑處，應選取大小不等的超高，考慮到各運動員技術的差異，有條件時，還應采用曲線型超高（即每一超高斷面呈某種特定曲線形式）更為合適（如右圖）。4，利用新開發(fā)的程序繪制山地自行車道結構示意圖   山地自行車道與一般道路極為不同的，則是在車道上需要有一定的天然或人工的各種路障等“結構”，特別是速降賽道，不僅必須全部為下坡，而且比賽路線應由單人道、跳躍地段、田野、森林道和礫石道混合組成，以更多地測試運動員的技巧。   在通常的道路設計

13、成果圖中并沒有能表達這種道路特性的，因此我們開發(fā)了一個軟件，其基礎是道路線位圖或平面圖，圖上相應于某種“結構”將會用結構名稱、對應樁號范圍和表示該特征的照片表示，我們稱之為山地自行車道結構示意圖。所謂“結構”的類型歸納了200余種，例如下圖的“比賽起點”、“比賽終點”、“碎石道路”、“人行小道”、“人工埋石”、“路面水坑”、“青苔路面”、“天然臺階”、“草叢彎道”、“駛越石崖”。    下面是若干幅山地自行車道結構示意圖有關部分示例：   “結構”示意圖中，藍色標注的是“結構”名稱，如“路面水坑”、“里程樁號”、“林中小彎”等，紅色標注的是該結

14、構的樁號范圍，當中的照片表示了該類結構的示意圖。5，速降賽道的設計   為了滿足國際自行車聯盟關于速降賽必須全部為下坡的規(guī)定，在進行該車道縱斷面設計時，并不需要如前述爬坡賽道那樣，先用“順地爬”方式設計縱斷面，然后再按上坡不少于80%的要求選擇適當的位置消除變坡點，而可以在“順地爬”的同時直接在縱斷面拉坡時保證所有縱坡為下坡即可。 至于橫斷面設計時要保證大部分樁號處填挖高為0，其方法則仍與上述通過一個小程序來處理一樣，十分迅捷。   為了滿足速降賽道“結構”與路障變化多端的要求，我們準備了大量適合這種賽道需要的“結構”類型，以備繪制降速賽道結構示意圖之需

15、，例如“人工陡坡”、“人為碎石”、“斷橋障礙”、“下坡障礙”，甚至屬于極限運動范疇的“人造懸崖”、“懸崖陡降”、“陡下急轉”、“跳越圍欄”。等等。   山地自行車道的設計內容其實還遠不止本文所寫的這些。應該說，山地自行車道的設計應該劃分為三類，一是山地自行車愛好者騎行車道，相對地應該比較簡單；二是運動員訓練與愛好者學習和提高技能及水平的車道，這種車道上不僅應該建造各種變化多端的路障和練習特殊技巧的“結構”，其實還應該包括一些專門用于表演的場地；三是專門用于各類山地自行車比賽的賽道，它應嚴格按照國際自聯對各類比賽的規(guī)定來設計。由此可見山地自行車道的設計內容應該是相當廣泛的。   除此以外，還有許多輔助性的設計內容，例如在設計賽道的同時如何設置安全保護設施？如何考慮裁判員通道和救援通道