北方山區高速公路設計新理念——以京昆高速公路山西平定至陽曲段第SZ2合同段設計為例

周志強

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

0 引言

我國政府現階段明確提出了建設“和諧社會”和“美麗中國”的目標，交通運輸部也提出了“落實科學發展觀，構建和諧交通”的綠色發展理念。近年來，高速公路建設迅猛發展，通車里程已超6萬km，居世界第二位。高速公路的建設會對沿線生態環境產生強烈干擾，如何在公路建設中做到不破壞或少破壞環境，使建成后的公路與周圍環境相和諧是公路建設急需解決的問題。尤其是北方山區的生態環境已十分脆弱，這就需要公路設計規劃工作者在公路設計實踐中總結研究北方山區地質、地貌和氣候特點，提出公路總體設計的統一性、突出以人為本、以質量為命脈、以科技為先導、以生態環保為主線，注重可持續發展，在充分結合本合同段所處的地域、地形及項目功能的基礎上，更新設計理念、重視環境保護，拓寬創新設計思路。

1 項目背景

京昆高速公路山西平定至陽曲段第SZ2合同段，是國家高速公路網北京至昆明高速公路的重要路段，也是繼太舊高速公路之后，山西省京津冀地區的又一條快速通道，同時也是山西省高速公路規劃網“三縱十二橫十二環”主骨架第五橫的重要組成部分。項目路線全長約43.5km（含斷鏈），是山西省第一條標準的雙向六車道高速公路，路基寬度為33.5m，設計荷載等級為公路—Ⅰ級。路線終點與太原環城高速公路西北段相接，太原西北環高速公路設計速度為80km/h。為了實現本項目與太原西北環高速公路的順暢連接及降低工程規模，太原樞紐路段主線（K118+000～K122+980）采用80km/h設計速度進行設計，其余路段設計速度采用100km/h。本項目為加快中部崛起創造良好的基礎設施環境，對加速晉、陜、蒙經濟發展和晉煤外運都具有重大作用。因此，設計階段在充分考慮發揮出口通道功能的同時，合理確定路線控制點，布設沿線大型構造物、互通式立交，并與沿線城鎮路網規劃相協調，使本項目既能滿足沿線區域交通功能，又能帶動沿線經濟發展。

2 “和諧公路”和“美麗公路”設計理念的應用

本項目設計過程中突出“以人為本、以生態環保”為主線，注重可持續發展，在充分結合本合同段所處的地域、地形及項目功能的基礎上，更新設計理念、拓寬設計思路、解放設計思想。貫徹地形選線、地質選線、生態環保選線的設計理念，樹立工程全壽命、高質量使用的思想，利用先進的勘察、勘測、設計手段，在國家技術標準的指導下充分吸取國內外高速公路的建設經驗，按照安全性原則、服務社會原則、尊重地區特性原則、整體協調性原則、自然性原則，合理采用技術指標，科學比選，優化設計，突出重點，帶動整體。“和諧公路”和“美麗公路”的高速公路理念應貫穿公路景觀設計的各個階段，主要包括公路前期選線及線形設計、公路總體規劃設計、公路細部設計三個部分。

2.1 前期選線及線形設計階段

在公路設計的選線及線形設計階段深入貫徹“和諧”和“美麗”理念，對公路最終效果至關重要，“和諧公路”和“美麗公路”的設計理念應在設計前期選線和線形設計階段，注重內部及外部“和諧美麗”兩個方面（設計思路見表1）。

表1 “和諧美麗”公路選線線形設計要點表

2.1.1 路線的內部“和諧美麗”設計（S1）

公路路線的內部和諧包括路線與地質條件相和諧、公路與地形地貌相和諧兩個方面。

（1）路線與地質條件相和諧，即對于滑坡、崩塌、巖堆、泥石流、巖溶、軟土、泥沼等嚴重不良地質地段，應選擇合適的位置，盡量調整平、縱線形，恰當掌握標準，以盡可能小的擾動方式通過，并采取必要的工程防護措施及排水設施，確保邊坡及路基穩定。

（2）公路路線與地形相和諧，即路線宜隨地形變化布設，使路線與地形有機結合，在保證安全、不降低功能的前提下靈活地掌握技術指標，不追求高指標，但求連續均衡，線形走向與地形、地貌相吻合，不強拉直線，硬切山梁，橫跨山谷，應順勢而為，注重與地形的結合，盡最大可能地保持原地的風貌。注重不同設計單元之間連接路段技術指標的均衡與連續，做到高低指標的合理過渡，消除不安全隱患。和諧的公路線形應自然流暢，能在視覺上自然誘導駕駛員視線，提高線形質量。

2.1.2 路線的外部“和諧美麗”設計（S2）

公路路線的外部和諧美麗設計包括路線與資源節約相協調、公路與生態環境保護結合兩個方面。

（1）公路路線與山區稀缺的資源相協調

①節約土地資源。根據沿線情況，合理規劃公路占地，盡量少占農田、耕地；公路設計合理采用低路堤、瘦身立交、加大橋隧比例等方法，盡量減少占地；對取棄土場、施工便道等土地，及時土地復墾或進行生態恢復，提高土地利用效率。

②節約生物資源。公路選線要盡量少占自然保護區林地、重點公益林地、原始林等生物量、生物多樣性、生態價值相對較高的地區。

③節約水資源。公路選線應避繞敏感水體，無法避繞的路段應設置橋面徑流收集處理系統，根據實際情況采用物理化學法或人工濕地法，對敏感水體路段的路面徑流和橋面徑流進行了處理。

（2）公路路線與生態環境保護相和諧美麗結合

公路線形設計要適應北方山區地域生態環境，盡可能降低路基填挖高度，最大限度地保護原有植被和山體，對于穩定的弱風化巖和硬巖邊坡，在保證安全的前提下，保留陡峭的巖石邊坡，減少邊坡開挖，減少公路占地，保護山體原生植被與周圍景觀融為一體，一方面要盡量避讓風景區、自然保護區等生態敏感區域，一方面要充分利用借景、對景等手法，把自然景觀和公路景觀完美地結合在一起，達到近水遠山雖非路域范圍內，但作為周邊生態環境也是公路設計的有機組成部分（見圖1）。

圖1 “和諧美麗”公路選線線形設計構思圖

2.2 中期設計階段緊密結合北方山區環境

（1）結合京昆高速公路山西平定至陽曲段第SZ2合同段北方山區地形起伏較大且沖溝發育的特點，本項目設計中期充分考慮路線平縱橫與周圍環境的配合，靈活合理選用技術標準并進行創作設計，在保證道路整體穩定性的同時使其具有流暢的立體效果，并與自然景觀相協調。

（2）設計中多次合理比選路線方案，地質選線、地形選線、生態環保選線與標準選線相結合，進行多層次的方案比較。方案比較時，要考慮環保工程的治理和保護費用，并把對環境的破壞及可恢復程度列為主要比較內容。

（3）在復雜路段，要進行高路堤與高架橋梁、深路塹與隧道、高邊坡與半邊橋的方案比較。以工程量少、造價低及有利于環保的方案作為最終方案。

（4）在可能對環境造成較大破壞或可能誘發不可預見的不良地質災害路段，方案選擇時，要綜合考慮環境恢復、治理的費用，運營成本減少、效益提高等因素，適當地加大工程投入，以減小對環境的破壞，避免工程安全隱患。

（5）以《公路項目安全性評價指南》作為設計的安全性評價指標體系，始終貫徹安全設計的理念，用最新的研究成果對各階段設計文件成果進行全面的安全性評價，并及時反饋到設計中，從安全角度出發，重點把握好公路幾何要素的確定，尤其是路線平縱曲線、超高、視距等要素的設置將直接關系到行車舒適和安全。因此，在設計中不能僅滿足于規范規定的最大（小）值，而應根據路線經過地區的地形、地貌等特征逐段采用透視圖進行檢驗，對于關鍵路段，還將繪制全景透視圖和制作三維動畫進行檢驗。

2.3 設計成果體現“和諧美麗”生態公路理念

（1）本項目所在區域歷史悠久，人文薈萃，旅游資源十分豐富。因此，在項目勘察設計過程中，無論在路線布設、橋梁選型、互通立交布局及型式、路基防護、施工方案等方面，大力強調環境保護及景觀設計，最終的設計成果體現了“和諧美麗”生態公路特點（見圖2）。同時，作為山區高速公路更著重考慮了高填、深挖對自然景觀、植被的影響；公路的分割與阻隔對野生動植物資源的影響；對水土流失的影響；開挖、廢方堆棄、爆破作業等誘發地質災害的影響。

圖2 SZ2合同段“和諧美麗”生態公路照片

（2）路線總體方案設計及大型構造物的設計借助公路透視圖和三維模型檢查與自然景觀和人文景觀的配合與協調。橋梁設計中選擇結構合理、橋型美觀的方案，上跨橋梁采用多種形式，力爭一橋一景，使其成為高速公路上的一處景觀，增加高速公路與周圍景觀的立體美學效果。

（3）沿線地形較復雜，設計方案在考慮工程造價、社會效益的同時，也要重視對沿線生態的保護，實現環境保護和公路建設并舉，盡量少占農田、耕地。結合環境保護靈活采用技術標準規范，不片面追求高指標，環境影響較大的地段寧肯多做工程，也要減少對環境的破壞，樹立建設“生態公路”的指導思想，路基防護貫徹協調、自然的原則。立交區、服務區多采用園林景觀設計，以使本項目公路環境恢復和治理達到更高的水平。

3 設計中大膽創新，廣泛采用先進設計手段和施工技術

本項目設計中，積極采用當代先進而又成熟的科技成果，全面推廣運用先進計算軟件，提高設計精度，加快設計速度，增強結構耐久性，保障工程使用壽命。結合國內外及山西省高速公路工程的實踐，對關鍵的技術問題，組織專門技術攻關，使難點變成亮點。

（1）地形圖采用航空攝影測量、數字化成圖，建立三維地面模型（DTM），快速進行多方案比選，采用數字地形圖和數字地面模型技術，配合路線三維CAD系統，通過動態透視圖檢查運行速度的協調性和可能的視距不良路段，分析可能存在的交通安全隱患、可能的交通事故多發點和多發段，對不合格段落進行改進，采用運行速度檢驗路線設計，滿足行車安全。

（2）全線平面首級控制網采用GPS衛星定位儀完成。工點測量采用動態GPS及全站儀完成。內業設計應用路線、互通立交、橋梁、涵洞、隧道、擋墻、邊坡穩定、路面、概預算等諸多計算機輔助設計、計算、繪圖軟件，計算機出圖率達到100%，提高了設計質量和進度。

（3）工程地質勘察采用物探、鉆探等先進手段，綜合勘測，準確查明地層、巖土特性，為橋涵和路基設計提供了可靠的依據。

（4）本設計中積極采用改性瀝青來提高路面的使用性能，尤其是提高高溫抗車轍能力、水穩定性和抗老化能力。結合近年來國內高速公路路面的成功經驗，在特重車方向推薦采用密級配改性瀝青混凝土及柔性基層（ATB）。橋梁預應力管道采用真空吸漿工藝，保證預應力結構的耐久性。

4 結語

京昆高速公路山西平定至陽曲段第SZ2合同段是典型的北方山區高速公路，通過本項目設計總結了許多寶貴的經驗。當前，我國高速公路建設正在由平原地區向山區發展，為避免山區生態環境出現“大建設、大破壞”的局面，更好地實現高速公路建設的可持續發展，更好地建造“和諧美麗”的生態高速公路，必須重視高速公路建設與環境協調發展的問題。因此，本文提出了一些基于“和諧美麗”理念的高速公路設計的思路，努力創造與周圍環境相適應，與沿線風土人情相適應的高速公路，營造人、路、自然三者相互和諧的美麗公路。

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