山區高速公路優化選線探討

溫弦

（貴州高速公路開發總公司，貴州 貴陽550001）

前言：我國交通基礎設施建設進入了一個飛速發展的階段，公路特別是高速公路的發展尤為迅速。隨著社會經濟的發展,公路建設逐步向山區延伸,而山區地形、地質復雜,公路路線布設的限制條件和影響因素很多，這就使得山區公路的設計面臨巨大的挑戰，但與挑戰并存的，還有機遇。山區公路的設計受平縱橫斷面的制約較多,與平原區及微丘區公路有很大區別。因此,有必要對山區公路的設計進行更深入的研究,探討出新的設計理念以指導山區公路的設計。本文試圖從以往山區各種等級公路路線設計過程中總結的一些經驗和教訓,提出幾點粗淺的認識,供各位同仁參考。

1 設計標準的掌握

山區高速公路線形設計標準掌握的合理程度直接影響到工程安全、工程造價和環境破壞,也影響了行車安全和實際運營車速。線形設計中,平曲線指標是視距及行車安全的首要影響因素,而縱坡指標是行車速度的主要影響因素。規范規定了各級公路的設計車速和相應線形設計控制指標,同時也規定了各級公路的適應交通量,這就使線形指標的采用有了很大的選擇范圍。因此,道路性質、分段交通量、車型構成和沿線地形變化等因素是設計人員必須掌握和了解的,這樣才能依據地形、地質條件合理選用線形指標。具體說來，有以下幾個方面：

改變設計思路，不要一味追求大填大挖、高指標，應該最大限度地結合地形選用平縱指標。堅持“安全、耐久、節約、和諧”的設計理念，并且要靈活運用，同時始終以“六個安全、六個樹立”的理念為指導。

如果一條高速公路沿線地形基本相同,為了在安全前提下保證形式速度的一致性,設計時在一定路段內應注意所采用線形指標的均衡性和一致性,避免平面指標的突變。

高速公路分段采用不同設計車速時,宜選擇分離式隧道等路基分合流段、互通立交等交通轉換段、視覺上比較明顯的特大橋段等作為不同設計車速標準的分解點,以達到設計標準的自然過渡,并注意避免不同設計車速過渡段前后平面指標的突變。

2 優化選線的幾點原則

公路線形是構成公路的骨架,它支配著整個公路規劃、設計和施工。線形設計行車安全、舒適、經濟、協調、美觀等都具有決定性影響。線形選擇涉及諸多因素,如線形指標、工程造價、地形條件、景觀協調、運營效益等等。因此,路線設計要綜合考慮平、縱、橫3者的關系,恰當地掌握標準,做到平面順適、縱坡均衡、橫面合理。

2.1 山區公路選線的特點

山高谷深,高差大,地形、地質復雜,這些是山區的特點，因此山區公路選線就具有工程艱巨,可比選方案多的特點。在地形方面,路線平、縱、橫3個方面均受到約束;在地質方面,山區覆蓋層不均勻、巖層差異大,巖層產狀和地質構造變化復雜,影響線位布設;在氣候方面,山區暴雨多、山洪急,溪流水位變化幅度大,是公路定線中不可忽視的因素。因此,在山區選線必須深入調查,認真勘測,精心研究,綜合考慮,解決好越嶺的埡口、展線的方案等重大問題。

山區公路布線主要有沿河(溪)線、山腰線、越嶺線和山脊線。選線應在充分理解路線標準的前提下,根據地形、地質、氣候情況,準確地把握好路線的各項技術指標。使用最短的路線長度實現最大的綜合效果為佳,比如路線標準高、構造物少、造價省等。

2.2 山區沿河(溪)線的選擇

沿河(溪)線的選擇,要處理好河岸的選擇、線位高低和跨河換岸地點三者間的關系。利用有利地形,避開工程艱巨和不良地質路段,如泥石流、滑坡、崩塌、巖溶、巖堆、泥沼、凍土等等。跨河換岸時,一般情況下以選擇橫坡平緩的河岸為佳。有些河岸橫坡雖然平緩,但地質不良,巖層傾向于路線,開挖后易產生順層滑塌的病害,而對岸雖橫坡稍陡,但巖層背向于路線,開挖后不易產生順層滑坡,路線走向則應選擇后者。深汕高速公路陸豐路段就出現過這種情況。所以跨河換岸時,要特別注意地質情況的好壞,不能單憑橫坡陡緩來決定采用哪一岸的問題。

2.3 大高差、短直線距離路段展線的升降坡問題

在山嶺區選線,經常遇到從山坡腳到山埡口的相對高差較大,而直線距離較短的地形,如何利用有利地形展線是選線成敗的關鍵。在這些區域,一般要利用突出的山梁螺旋展線升降坡并借助修建橋梁、隧道等構造物才能解決問題,如果沒有突出的有利山梁地形時,也可以利用山凹螺旋展線升降坡及修建橋梁等構造物來實現。

2.4 越嶺線埡口的選擇問題

越嶺路線選線時,應結合水文地質情況處理好埡口選擇、過嶺標高和埡口兩側路線展線方案3者間的關系。埡口是越嶺線方案的重要控制點。埡口最好選擇與路線總走向一致且標高較低和兩側利于展線的埡口,可縮短公路里程。不需展線或少量展線而又靠近路線總走向的較低埡口為最理想。但有的埡口雖然在路線總走向的位置上,但從埡口到山腳間的距離較短,高差也較大,需要長距離展線時,反而不如展線條件好,離開路線總走向稍遠的埡口。有的埡口雖然相對高差較大,但如埡口兩側有較開闊的山坡或山谷可用來展線,或可采用稍長的隧道以降低越嶺的海拔標高時,可大大縮短公路運輸里程,營運經濟效益顯著,亦應認真考慮,仔細比選。

2.5 關于坡長限制

我國規范對各級坡度坡長作出了限制,一般在山區高速公路縱面設計時,為了滿足規范對坡長的限制,習慣上將縱坡設置成臺階坡。實際上,臺階坡的設置未必適宜。臺階坡有時很難與地形符合,往往使平縱組合不當,并造成工程量增加;變坡點增多,駕駛者需頻繁換擋。而對于下坡車輛來說,設置過多的變坡使行車舒適性降低;兩端長陡坡間夾短的緩坡,再配上豎曲線以后,變坡點之間的直線坡段實際上很短或幾乎不存在,汽車在頻繁換擋的情況下也未必能真正得到休息。對于混合交通,且交通量較大的道路,由于車輛性能相差較大,農用車、自行車等比例如果很大,可以考慮設置臺階坡。但對于高速公路來說,路上行駛的車輛性能較高,且分道行駛,有專用超車道和停車路肩。當交通量接近本級公路下限值時,載重車爬坡時對尾隨車輛影響并不大,只要滿足最大縱坡和對應坡長限制就可保證車輛爬坡時的行車安全。此時,如果對各路段都加以對應坡度的坡長限制,而強行將縱坡設計成臺階坡,縱面線形未必能得到有效改善,而且,可能與地形不符,反而會造成工程量增大。因此,建議交通量較小的公路,在地形特殊路段,對于4%以下的縱坡段坡長限制視具體情況適當放寬。

2.6 長大縱坡應做好安全評價

大長縱坡是交通事故頻發的地點，但是可以通過優化的設計來有效避免這些事故，八達嶺、107粵北段等多個國家級交通黑點都是此類設計不良造成的。針對不可避免的長大縱坡應對路段的通行能力和服務水平進行檢驗，避免由于通行能力不足導致交通事故增加。分析設置爬坡車道、緊急避險車道、緊急停車帶的必要性。

2.7 平面線形與橋梁、隧道的協調問題

橋梁和隧道往往是影響和制約路線方案的關鍵,路線設計時對橋梁和隧道考慮不當會嚴重影響路線方案的合理性。過去,在一定的社會經濟和技術條件下,公路選線時考慮大型橋梁和隧道設計、施工的困難和造價問題,習慣上要求路線布設服從于大橋和隧道布設,使路線布設的自由度受到很大限制。山區公路路線方案設計時,過多直線要求的制約,強求橋隧位于直線段,導致大量采用最小半徑、極限半徑與短直線的不良組合,線形標準大大降低,與環境的協調性差,生態環境遭受破壞嚴重。隨著社會經濟的發展,橋梁和隧道技術的不斷進步,長大彎斜坡橋和長大彎隧道等的特殊設計、施工已有較成熟經驗,工程造價也未必成為項目首要控制因素,這為山嶺重丘區高速公路路線設計提供了更大的自由度。而且,山區高速公路建設對環保的要求越來越高,特殊地形地質條件下的防護工程不但造價很高,對生態環境的破壞相對嚴重,而且處理相對困難。近幾年全國山區高速公路建設的經驗表明,從安全和環境保護的角度出發,在確保高標準線形的前提下,為減少對環境的破壞,橋梁和隧道所占比例越來越高。因此,山區高速公路路線設計時,不應過多受橋隧限制,而應從地形、地質和環境等方面綜合考慮。

2.8 環境保護工作目前越來越受到人們的重視,山區公路建設開挖土地和山坡面積較大,對沿線的環境影響也大。一般山區公路沿線的水土、生物等資源開發規模相對較小、程度低,沿線生態環境和人文景觀保護相當完好,因此公路設計和建設過程中,要重視公路沿線的環境保護,減少對生態環境和人文景觀的破壞。設計過程中應重點考慮水土保持、森林資源和野生動植物的保護、合理規劃公路建設中廢棄物的處理,凈化公路2側的環境,保護好河道和水庫,防止水污染。在選線時既要注意充分利用地形堅持少占耕地、少占河道、少破壞植被,合理保護水源,避開可能妨礙重大科學文化價值的地質構造和人文遺跡,還要做好建筑環境和行車環境設計,特別是綠化美化設計,做到線形美觀、路景協調。另外,在設計時應做到環境保護工作必須與公路建設同步進行。云南思小高速及川九路已在此方面樹立了很好的榜樣，,效果較為理想。

3 采用新型技術手段改進設計方法

3.1 平面選線方法的改進

平原區地形條件單一,相關控制條件較少,采用的交點直線法能提高定線速度。山嶺重丘區地形條件復雜,路線布設時限制條件很多,如采用交點直線法,定線效率低,線形往往顯得呆板,與地形的符合性差,平縱組合不佳,設計者的意圖難以實現。

在曲線形設計方法中,直線、圓曲線、緩和曲線被視為同等重要的線形加以利用。尤其是緩和曲線,已不僅為緩和行車而設置,而是作為主要的線形要素加以靈活運用,使得線形的平順程度大大提高,并且增加了結合地形布置路線的自由度,大大提高了平面線形視覺的協調性,特別是在山嶺、重丘地區易于布設出技術經濟合理的線形，使線位布設與沿線地形吻合,減少高填深挖,同時,也可保證一定路段內平面線形指標的均衡。

3.2 計算機軟件的發展

現代道路勘測設計水平飛速發展,GPS、DTM等勘測手段大大提高了基礎資料的利用率,CARD/1、等現代道路設計軟件極大提高了道路線形設計的效率。在定線過程中,如能充分利用這些現代高科技手段快速調整路線,檢驗路線方案的合理性,設計者的意圖就能夠被充分體現，并且在DTM的支持下，動態可視優化線位，使得設計人員擺脫了煩瑣的計算過程，更加專注于優化線位，方案對比更加充分，使得工程更趨合理。

4 結語

山區公路路線設計是公路設計中非常重要的關鍵環節,路線設計的好壞,影響到公路路網結構的合理、汽車運營的安全舒適、線形指標的合理、工程造價的控制、地形景觀的協調等等。設計中應把握好最佳線形選擇的科學指標,合理采用路線標準,較客觀地選擇出綜合考慮各主要影響因素的公路最佳路線線形方案,使用最短的路線長度實現最大的綜合效果。

[1]中交第一公路勘察設計研究院,高速公路勘察設計論文集,陜西人民出版社,2002.

[2]梁勇.山區公路平面線形設計方法適宜性探討.路基工程,2005(3).

[3]吉木斯,趙俊峰.在山區公路建設中要注意環境保護工作[J].內蒙古公路與運輸,2001(增刊).

[4]交通部公路司.新理念公路設計指南.,2005.

[5]交通部公路司.新理念降低造價公路設計指南,2005.