高速公路如何设计线路？

平时看到高速公路都是很平直的，很少穿过山洞，怎么在两个城市之间选取一条这样的线路呢，设计的时候考虑哪方面的因素比较大？
谢谢~

老问题再来热一热。
先对题主的小问题回应下，

• A 平时看到的高速公路都是很平直的，很少穿过山洞。
  

这是因为题主大多走的是平原地区的高速公路，如走山区高速公路的话，山洞（隧道）会很多的哦。

• B 两座城市之间的高速公路线路（路线）设计
  

详细参见线路具体设计，见知友 @李小亮 的回答。

• C 设计时候考虑因素
  

1 政治因素
路线的走向会影响地方经济的发展，自然沿线城市都要争一争；
公路建设也会有负面效应，比如拆迁、环保等问题，社会公众也会有反对的声音。
这些，国内国外都是一样的，欧美国家有时也要考虑选票因素的项目，即便其它条件不太好。
2 技术因素（自然环境的影响）
不同自然环境条件下，高速公路建设的难度都是不一样的。
普通平原区的高速公路与港珠澳大桥项目，难度自然是天壤之别。
3 经济因素
就是钱的问题了，不同线路设计会需要不同的费用。
涉及很多细节，如，桥梁、隧道等方案的选取，张三丰：道路、桥梁、隧道的方案比选（山区高速公路）；如，道路宽度、路面类型等选择。另 机电设施等也会影响最终费用，不过这就属于广义上的高速公路设计了。

再回顾下 前面知友 @李小亮   @黎小小啦   @牦牛
高速公路线路的设计
具体过程
工作流程，平面---纵断面---横断，
为确保设计效果，会不断修改重新循环。
公路项目的筹建过程，项目建议、可行性研究、施工图设计（会根据技术难度分为1-3个小阶段）

简单的讲一下，一条公路在项目前期的工作包括项目建议书，工程可行性研究，初步设计，施工图设计后进入施工阶段。
下面说说一条高速公路的非典型诞生过程。
某天某省某个新到任的交通厅主官闲来无事，发觉对面墙上挂着的全省高速路网图某个角落路网稀疏，间距比较大。拿起电话叫来公路局规划处几人，说这地方我看要这样这样，重重的在图上划了一道线。
公路局领命回去，翻翻规划，貌似没有。但没关系，叫来省院领导和总工，一起开个短会，传达一下领导意图。当下决定委托省院进行线位论证研究，实际操作中因为领导要求时间短，来不及，所以是先做工程可行性研究报告。另一边赶紧调整规划，或者纳入下一个五年计划初稿编制内。
半年后，攻克编制的七七八八了，从理论上回答了为什么需要建设这条路，和大概会遇到什么困难，大概要花多少钱这些问题。提出了几个可行的方案，并推荐了其中一个。然后公路局组织审查，组成一个专家组一起开会形成一个意见。同时规划层面的上层建筑也基本上搭设完毕了。
然后反过来将工可简化弄一个项目建议书，补个程序。
接下去省厅报给发改委等批复，另外各项环评水保安评社会风险等都开始平行进行。设计院的项目负责人把地形图丢给@李小亮 同学开始初步设计……，施工图。然后招标，施工，通车。
回到题主的问题，路线设计线位是怎么定下来的？很多时候是根据规划或者交通部门工作计划要求A到B修一条路，然后技术人员把A到B可能的走廊带找出来，把可能的方案都想一遍，找出几个最可行的方案，在工可和初步设计阶段进行技术与经济的比选，得出最佳的方案。最终路线走向是各方面因素综合的结果。

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1.建立三维地形模型




叠加卫星图片


叠加高清航拍图


2.平曲线设计




3.纵断面设计






遇山开隧道


遇深谷架桥
4.横断面设计





道路横断面


边坡自适应测试


隧道横断面设计




桥梁上部结构


动态横断面，所见即所得。
5.平纵横设计完成后，就可以得到路面、隧道、桥梁模型


















6.隧道


7.桥梁


8.桥隧结合




9.生成工程量


10.可视化




附一个最终完成的视频，这个项目是国外做的，效果非常棒：
I90_SnoqualmiePassEast_24fps

其实，高速公路包括一般的公路，或者是城市道路，线路设计是非常复杂的事情，
@李小亮 同学只是介绍了确定线路后，如何使用纬地软件，道路设计时如何选择技术参数介绍了一下。
线路设计时，真正要考虑的东西太多了。最简单的问题，一条道路，从A到B，有无数条路线可以走，为什么最后选择这条，而不是那条。线路的设计，尤其是公路的选线，往往是一个项目成败的关键，山区道路主要是地质地貌的控制因素较多，而我们华东地区设计道路时，规划、用地、各种管线的限制、构造物的选择，被交路的交叉形式……
简单贴一点，我们院的初步设计的流程：






一条道路从无到有，要经历那么多关卡，这个还是我们内部的流程，外部还有各种审查会，各种沟通协调会，下面是我们设计前，要收集的一部分资料，和需要走访的一部分单位。




需要走访的单位




基本都拜访过一遍后，才能进入真正的设计阶段，着手开始选线工作。
拿个，我自己负责的一个项目吧，目前进入初设阶段了。
一条城市快速路，兼顾一级公路的功能，等级和高速公路有一拼，这项目跨越航道，与铁路立交，穿越水网密布的江南地区，还要避开农业园区内的重要设施，避让骨干高压塔，要考虑当地村民的通行需求等等，还有让开人家的祖坟。。。。。都是非常合理，而且必须考虑的因素，一旦哪个因素考虑不到位，后面的施工会有大问题，最终的功能无法实现，那浪费是巨大的，都是以亿计的投资。



这些都选定了，才是后面的线路设计，当然各种等级道路的设计指标，圆曲线半径，超高设置等，在前期方案时，也是重要的因素，这些东西定基本确定了，然后，再回到
@李小亮 同学那里，开始纬地的道路设计，平纵横，接着是路基路面、桥梁、排水、交通工程、电气等等。
所以，道路的设计还是非常严谨的，大家走的每一条道路，甚至是小支路，往往也是要经过这些步骤，可能等级低一点的道路，没有这么多论证的反复，但是，基本的专业都是需要的。
另外，两个重要的专业，桥梁和排水，也是直接决定工程造价和项目功能的关键。说说也可以写一大堆东西的。不过，这些也都是经过严格计算和论证的，所以，真正设计导致的安全问题比较少，比如之前
哈尔滨阳明滩大桥坍塌可能由哪些技术原因导致？ - 建筑 ，就是超载导致的，尽管，设计有欠考虑。
排水专业，经过这几年全国城市看海的遭遇后，也大幅度提高排水重现期的标准了，说白了，就是提高标准，考虑更高级别的降雨，让水排的更快，更畅。
作为一名交通市政工程的参与人员，让每个道路使用者，每个城市的使用者，都能安全、便捷的使用公路市政设施，是我们不断追求的目标。

如何设计高速公路已更新完【此答案仅仅是纸上谈兵，为其他专业好奇的小伙伴初级科普】。

让我们省去各种前期准备工作。从把地质地形图拿到手开始。
目标：设计速度120km/h的高速公路，双向四车道。路基宽度26m.其他指标先不提。
我们拿到的图一般是要修路区域的带状地形图。比如我手里图是这样的。【只截了2公里】

【1】平曲线设计。


[注：虽然只是课程设计的地形图，也没有签保密协议，不过怕涉密，模糊处理地形图]
然后就开始选线，我们的路线大致就是从西南角到东北角啦。选线的原则就是尽量顺着地形走，别翻山越岭、跨河跨谷、经过不良地质地区（比如溶洞、断层破碎带等）、少占农田等等。
比如我们大致选定了走向：


白线是大致走向，然后进行平曲线设计（就是具体定下这个弯怎么过，比如我们经过计算定出了红线）一般的路是拐来拐去的，比如：




上面的地形图中的弯就只是路线中的一个弯道而已。
介绍一下弯道的一般构成：


一般由直线、缓和曲线、圆曲线构成。什么叫缓和曲线呢？是一个曲率连续变化的曲线，此例中是连接直线与圆曲线之间的过渡曲线。这样就能逐渐入弯和出弯道啦。【Ls段就是缓和曲线段】
规范对于不同设计速度的道路对半径，缓和曲线长度，两者的比值都有规定。Ls:L':Ls为1：1：1--1:2:1为宜。对直线最大最小长度，各曲线之间的直线等都有要求不再赘述。




【2】纵断面设计
地形是复杂而起伏不定的，那么我们选的路线上坡下坡是在哪儿呢？整个道路起伏是怎么样的呢？通过电子地形图中的高程线与路线可以看出来。


白线是路线中线的高程起伏情况，那么我们一定是想填土和挖土都少一点吧？于是我们考虑纵断面的填挖平衡且尽量就近平衡。看图中填挖基本平衡，就近也基本平衡。这里红线就是我们定下的路线高度位置。图下面是各种高度数据，填挖土高度数据。平面和纵面要协调设计，有时候发现纵断面图形太奇葩，那么平面设计要调整。平纵组合也有原则。后面的横断面设计也是会发现前面工作要改的。
纵坡也是有要求的，比如为了排水便利，坡不能完全水平，至少有0.3%的坡度。为了车辆安全有效上下坡，对于最大纵坡也有要求，而且坡的长度也应该控制在一定范围。数据就不贴了。


上面的纵断面不好，理由是上坡对于大车而言压力大，坡陡又长，开锅怎么办？爬不上怎么办，慢悠悠走，势必影响交通效率。下坡要频繁刹车，不安全。
下面的也不好，起起伏伏都成驼峰了。对车也不利。
这里就可以看出哪里可能要做桥，做涵洞，做隧道了。这里就不说了。说一下变坡点处的设计。


我们的路不可能是蓝色线那样上下坡，肯定要顺滑红线的爬坡啦。这里用的是二次抛物线。
接下来就是横断面设计了~
【3】横断面设计
平面纵面都确定了，那么道路中线的空间位置就确定了。那么把左右50m左右的高程都读出来。那么一条路就基本呈现出来。
每隔20米取一个横断面看看。看看有什么奇葩断面，看看边坡的情况。【取四个代表性截面】
白色是地面线，红色是路基顶面和边坡。

A截面我们比较喜欢，毕竟横向就能填挖基本平衡，填方挖方边坡也短小，路基不高，基本和原地面平齐。
B截面就全是挖方段，要把土挖走运到别的地方。
C截面值得注意的是左边原地面线比较陡，怕边坡日后滑动，失稳等，把原地面线挖成台阶再填土做路基。右边避免山上的雨水直接流入道路，设置了截水沟，又叫天沟。
D截面是一个高填路基，是我这个道路最高路基截面。所以之前做了稳定性分析，不稳定，所以设置了重力式挡土墙。挡土墙的尺寸大小等都要计算。这两个都不讲了。

高速公路是全封闭，分向行驶的，所以还有护栏，中间带设计；排水设计也是比较大的一块，最基本的边沟设多大，在哪里把边沟的水排出去；还有边坡的绿化，加固；弯道处的超高加宽设计（这个我有答题有兴趣戳这里为什么公路急转弯处不修成向内的斜坡，以抵消部分离心力？ - 土木工程）等等。不作介绍了。至于哪些地方可能有山洞（隧道）有兴趣戳这里在群山之中，修建高速公路，隧道的排布有什么规律，以秦岭为例? - 李小亮的回答

至此我们的路基设计工作基本完成，我们来看一下成果。


再看局部效果。白色是3维地形。


喜欢大家都能看明白~欢迎讨论和点赞。
下面开始就是路面设计了。就开一个头，说一下普通人没分清的几个概念。


这下应该搞清楚基层是属于路面结构了吧~
不说了，欢迎点赞~我们的目标是用最简单的话让大家都明白一点道路知识。我们不是仅仅是修路的搬砖的，道路也是高科技呀~。【上面所有回答只是我本科毕业设计的一小部分而已，实际设计楼上楼下的很多前辈的回答更地道准确】
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感谢大家的支持，特别感谢日报推荐大神！有些评论就不一一回复啦。写在这里。
软件用的是CAD支持下的数模版纬地道路，最后的效果图就是[纬地数模]的效果，可以百度关键词[纬地数模]。另外有些人想看看不用软件的时候是怎样设计公路的。其实也差不多，只是图纸要手绘了，修改方案也跟麻烦而已，如果大家感兴趣我可以自问自答一个新题目，比如[没有设计软件如何手工设计公路]，题主目前是天天锤土做路基冻胀性实验累成狗了，有时间就自问自答。
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知乎上有很多道路工程科研前辈，我答的都只是一些基本的道路知识，感谢补充指正~