山地自行车道工程设计初探

1、“山地自行车道工程设计”初探两个月前，接河南驻马店市艾森集团老总来电，他们在驻马店东南40公里的千年岭开发了一处约80平方公里、以山地自行车运动为亮点的“低碳生态休闲度假旅游区”，拟建各类山地自行车道约80公里。要求我帮助设计。对于这类带有探索性的工作，我十分感兴趣。虽然具体设计还没开始，但准备工作已足以花去我两个多月时间，在多位同仁帮助下写了一篇论文，因为过长，分两篇先发表在我这博客上吧！作为山地车比赛不同于公路或其它自行车比赛，它并不是单一的要求速度，而更重要的却应该是考验运动员的自行车骑行技巧及越障能力。因此山地自行车道与其它道路、包括其它自行车道不同，它应尽量避免过于平整，而应具有一定

2、数量的各类路障，甚至是艰险崎岖的山路。纵观国内外众多的山地车比赛，其自然或人为的路障，千奇百怪，不下数百种之多。   就目前所得资料看来，国内外山地自行车道的建设并不像通常的公路建设那样具有工程设计的内容，也就是说，欠缺正规的勘测、可研及必要的若干设计阶段，没有明确的“规范”。以国内一些曾举办过山地车比赛的赛道为例：   据称按照国际标准进行打造的厦门仙岳山山地自行车赛道全程5.8公里，整体为循环车道，赛道起点和终点都在天竺岩寺的广场。一路上还设置了沟、坎、山坡等多重障碍，在仙岳山南麓的道路上还有很多天然路障，比较适合打造成山地自行车运动的经典赛道（如下

3、图）。可是，它其实只是选择了一条比较符合山地自行车运动的原有山路，适当加以改造而成，除了平面布置规划图以外，似乎并没有专业的工程设计和图纸。再如广东天鹿湖森林公园凤凰山自行车营地设计，其内容主要局限于自行车道平面布置和各种休闲娱乐、科普教育等营地设施，从而在原有道路的基础上，完善自行车道的网络，以形成自行车道系统；作为山地自行车比赛线路虽是单独设计，要求能有能力举办国际比赛和平时作为山地自行车爱好者的训练场地，但也缺少工程设计内容，没有查询到工程设计图纸。     又如广州亚运会大夫山山地自行车赛场，选定于番禺区大夫山森林公园内。比赛线路为封闭

4、的环道,包括起点处、线路、终点处、修理站以及观赛区等几部分,长度约为5.037公里。选择此处，主要也是因为它作为山地赛道具有不小的挑战性，虽然赛道不长，但是非常崎岖不平，有一定的骑行难度，有的路段非常狭窄，仅容一人通行，有的上坡路段极为陡峭，时而还有超大角度的俯冲下坡。   然而，这样重要的比赛场所，赛道也同样只是选择的较为符合比赛要求的已有山路，并未作为一项工程考虑，进行人工改造。  总之，因为山地自行车运动在我国尚属萌芽阶段，虽然爱好者的队伍在不断扩大，而符合他们要求的赛道却少之又少，有关部门也没有将它像公路建设那样，制定明确的规范，划分不同等级，提出相应的标

5、准，当然，作为相关研究部门和人员，至今没有拿出好的赛道设计理念与可行的设计方法，也是导致目前这一状况的原因。   为了在山地自行车道设计这一领域有所突破，笔者结合河南驻马店千年岭旅游休闲度假区关于山地自行车道的设计，提出了一套有效的设计方法。 1, 如同前述众多山地自行车道一样，千年岭旅游休闲度假区的山地自行车道也是沿袭原有山路，其平面线形可通过平面测量或已有大比例尺地形图所绘制的路线进行拟合，只是弯道半径在理论上不必苛求，最小半径5m即可；至于纵断面设计，在尚未考虑修改之前首先也应“沿地爬”，即在基本上能爬上去的前提下不论坡长大小、坡度大小和竖曲线半径大小； 2

6、，如何修改设计，使赛道满足国际自行车联盟对山地自行车的某些规定？这里以爬坡赛为例：   “爬坡赛比赛路线中至少应包括80%的上坡骑行路段。可以是集体出发或是单个出发（计时）。比赛路线的起点设在一个指定位置，终点设在另一个海拔高度更高的地方。”  这项规定中，重点在于“应包括80%的上坡骑行路段”。   在千年岭计划修建的一条山路有如下测量资料：  如平纵面设计图所示，A-A线总长4685.159m， 总高差：391.12-173.21= 217.91m，平均坡度：4.65%。其中上坡段总长：3392m,上坡比例占：

7、3392/4685=72.4% 80%  由此可见，若不加以改造，此线路将不符合爬坡赛路线中至少应包括80%的上坡骑行路段的要求！ 若以K4+270为终点，上坡段总长：3276m，上坡比例占：3276/4270=76.7% 则只要在拉坡时将140m下坡改为上坡，上坡比例将为3416/4270=80%，也就是说，经过这样的改造，便能使赛道符合山地自行车爬坡赛比赛规则的要求。我们观察到，在纵断设计图上，SJD3到SJD4为一-0.12%的下坡，坡长47.34m,而SJD4到SJD5为一4.13%的上坡，坡长44.07m，如去除SJD4,因SJD3高程为177.414m，SJD5

8、高程为179.127m，故去除SJD4后，该段纵坡变成了（179.127-177.414）/（47.34+44.07）=1.87%；   SJD8到SJD9为一-1.75%的下坡，坡长65.64m,而SJD9到SJD10为一4.11%的上坡，坡长53.25m，如去除SJD9,因SJD8高程为185.896m，SJD10高程为187.007m，故去除SJD9后，该段纵坡变成了（187.007-185.896）/（65.64+53.25）=0.934%；   同样，若去除SJD25,则可消除27.85m的-3.11%下坡。 &#

9、160; 经过以上三个变坡点的去除，共消除了下坡的总长度为47.34+65.64+27.85=140.83m。于是上坡段的比例随之就变成了：(3276+140.83)/4270=80.02%，这样也就满足了国际自行车联盟对山地自行车爬坡赛路线中至少应包括80%的上坡骑行路段的要求！   至于纵坡本身的大小，国际自行车联盟并没有规定，当然也不可能无限地大，而应照顾到山地自行车的爬坡能力，尽管偶然也允许推行，但那毕竟是作为特殊情况的考虑。本车道纵坡最大处为3.8公里前后有56米20%的大坡，以及在2公里前后有2.5公里长的18%左右长大纵坡。这样的纵坡作为山

10、地自行车道来说，虽然比较艰巨，但应该还是允许和不存在什么大问题的。“山地自行车道工程设计”初探（二）3，如何进行赛道横断面设计计算？   在通常道路设计中，哪怕是道路改建，采用填挖来改进道路纵坡的平顺性是必不可少的。此外，还要对道路横断面进行设计，以保证必要的宽度和断面形式。可是对山地自行车道而言，如果由原有山路改建，除了像上述为消除下坡等情况，往往不需要填挖。   为了达到这个目的，我们在采用通常的道路CAD软件进行横断面设计时，只在少量必须填挖的路段按计算所得填挖高戴帽，其它断面则通过一个小程序，使之在横断面设计时一律按照填挖高为0进行计算；至于各桩

11、车道宽度，则在建立横断面宽度文件时按路段实际需要给定路宽即可。 下面列举为消除下坡导致有填挖高时的若干横断面图：   为了骑行安全，山地自行车道设计中的超高处理非常重要，在小弯道半径处必须设置横向超高，甚至可能有半径很小的急弯，所以需要修改设计程序中的道路设计技术标准，例如在平面设计中，我们允许最小半径设为5米，考虑到在下坡时车速很高（据调查可达80公里/小时），于是采取了最大超高坡度为100%，即45度。这时横断面设计图如下：    左上图系采取路面超高绕路中心旋转，右上图系采取路面超高绕弯道内侧边缘旋转。在必要时，还可设计只有路面外半侧绕路

12、中心旋转。当然这时未必一定用土石填筑，也可以用倾斜木栈道方式修建（如以上照片所示）。   对不同下坡坡度和弯道半径处，应选取大小不等的超高，考虑到各运动员技术的差异，有条件时，还应采用曲线型超高（即每一超高断面呈某种特定曲线形式）更为合适（如右图）。4，利用新开发的程序绘制山地自行车道结构示意图   山地自行车道与一般道路极为不同的，则是在车道上需要有一定的天然或人工的各种路障等“结构”，特别是速降赛道，不仅必须全部为下坡，而且比赛路线应由单人道、跳跃地段、田野、森林道和砾石道混合组成，以更多地测试运动员的技巧。   在通常的道路设计

13、成果图中并没有能表达这种道路特性的，因此我们开发了一个软件，其基础是道路线位图或平面图，图上相应于某种“结构”将会用结构名称、对应桩号范围和表示该特征的照片表示，我们称之为山地自行车道结构示意图。所谓“结构”的类型归纳了200余种，例如下图的“比赛起点”、“比赛终点”、“碎石道路”、“人行小道”、“人工埋石”、“路面水坑”、“青苔路面”、“天然台阶”、“草丛弯道”、“驶越石崖”。    下面是若干幅山地自行车道结构示意图有关部分示例：   “结构”示意图中，蓝色标注的是“结构”名称，如“路面水坑”、“里程桩号”、“林中小弯”等，红色标注的是该结

14、构的桩号范围，当中的照片表示了该类结构的示意图。5，速降赛道的设计   为了满足国际自行车联盟关于速降赛必须全部为下坡的规定，在进行该车道纵断面设计时，并不需要如前述爬坡赛道那样，先用“顺地爬”方式设计纵断面，然后再按上坡不少于80%的要求选择适当的位置消除变坡点，而可以在“顺地爬”的同时直接在纵断面拉坡时保证所有纵坡为下坡即可。 至于横断面设计时要保证大部分桩号处填挖高为0，其方法则仍与上述通过一个小程序来处理一样，十分迅捷。   为了满足速降赛道“结构”与路障变化多端的要求，我们准备了大量适合这种赛道需要的“结构”类型，以备绘制降速赛道结构示意图之需

15、，例如“人工陡坡”、“人为碎石”、“断桥障碍”、“下坡障碍”，甚至属于极限运动范畴的“人造悬崖”、“悬崖陡降”、“陡下急转”、“跳越围栏”。等等。   山地自行车道的设计内容其实还远不止本文所写的这些。应该说，山地自行车道的设计应该划分为三类，一是山地自行车爱好者骑行车道，相对地应该比较简单；二是运动员训练与爱好者学习和提高技能及水平的车道，这种车道上不仅应该建造各种变化多端的路障和练习特殊技巧的“结构”，其实还应该包括一些专门用于表演的场地；三是专门用于各类山地自行车比赛的赛道，它应严格按照国际自联对各类比赛的规定来设计。由此可见山地自行车道的设计内容应该是相当广泛的。   除此以外，还有许多辅助性的设计内容，例如在设计赛道的同时如何设置安全保护设施？如何考虑裁判员通道和救援通道