山區高速公路的線路選型與路線設計

祝建平

（招商局重慶交通科研設計院有限公司，重慶市400067）

山區高速公路的線路選型與路線設計

祝建平

（招商局重慶交通科研設計院有限公司，重慶市400067）

隨著我國路網體系的完善，復雜地形地質條件下的山區高速公路建設愈加廣泛。探討了山區高速公路線路選型的方法和原則，并分析了開展線路設計的主要內容及設計要點，包含平面線形、縱面線形和線路交叉口。最后結合實際工程，分析了處于山區環境的高速公路線形設計的關鍵問題。

山區；高速公路；路線設計；線路選型

0 引言

我國幅員遼闊，人口散布，為了滿足不同區域的經濟交流和社會溝通，不可避免需要在山區環境建設高速公路，以解決人民的基本出行問題。山區環境地形、地貌復雜，高速公路的建設面臨各種各樣的問題。高速公路的路線選型對于沿線道路、橋梁、隧道等工程的建設具有非常重要的作用[1]，因此，在路線選型設計中，需要綜合考慮環境、交通、經濟、社會等一系列要求。

線路選型需要綜合考慮諸多原則和方法，并基于這些原則的權重比較確定較優的線路方案。在明確大體的路線走勢后，基于給定區域的地質和地形條件、環境特點、區域經濟發展等因素，選擇滿足需求最大化的路線結構，并開展線路的橫斷面、縱斷面等設計，為下一步進行道路、橋梁、隧道等工程建設打下基礎[2,3]。論文首先總結路線選型的主要方法和考慮因素，并提出開展路線設計的主要內容和注意事項，最后結合重慶南川至兩江新區高速公路的建設，分析具體的路線設計要點和方法。

1 山區高速公路線路選型原則

山區環境具有地形地質條件復雜的特點，因此高速公路的線路選型不僅需要滿足安全、經濟、環保等系列原則和要求，也需要因地制宜，避免公路的設計對地形和地質進行過大改造。因而，路線的選型設計需要基于以下原則確定。

（1）線路安全性原則

保證公路工程的運營安全性是最基本的線路選型原則。這個安全性不僅包括高速公路本身的運營穩定和安全，還包括車輛行車的安全。具體而言，所選線路應該盡可能避免不良地質災害區域，如泥石流、地震、坍塌、滑坡等發生頻率較高的區域，也要避免建設于軟弱地基及活動斷裂帶上。如果無法規避上述危險區，則要采用工程措施進行潛在災害的防護，保證高速公路的運營安全。

（2）經濟效益化原則

高速公路的建設是一項耗資巨大的基礎建設項目，其經濟性體現在高速公路的后期利用率和運營壽命。由于山區環境的交通運輸量并不太大，加上所穿越區域需要進行較大的改造建設，這使得山區高速公路的建設成本更高、技術要求更高。在路線選型中，應該充分考慮造價的影響。一方面，線路設計應盡可能帶動當地的旅游業、農業、運輸業等發展，保證道路的使用效率；另一方面，充分考慮高速公路建設對沿線城市和農村的發展效益，形成良性循環的經濟圈。

（3）生態環保原則

公路建設不可避免對原有地區造成生態和環境的影響，特別是在目前提倡“綠色公路”建設形勢下，更需要將這種影響降低至自然可恢復狀態，以免造成生態和環境系統的破壞。具體而言，應充分考慮路線規劃對人文景觀和優秀生態系統的破壞。對于有歷史保護要求的環境和受保護的生態系統，需要采用繞行原則盡量保護原有的生態構造；對于一般周邊環境，同樣以占地最少和減少工程開挖為原則，保護基礎的地形、地貌和生態環境。對于已經形成破壞的路基開挖等，應進行后期的恢復設計，例如施工前對植物地表土或周邊植物形成破壞的，需要在建造完成后進行恢復建造，使道路結構的設計與原有的周邊環境協調共處。

（4）因地制宜原則

任何路線的設計，不僅需要考慮上述安全、經濟和環保原則，還需要因地制宜，根據具體的地質環境特點，進行路線的局部優化，使之適應實際環境，真正利于區域發展。以地形和地質選線為例，根據山區環境特點，高速公路的路線應達到平面順暢、縱斷面均衡及橫斷面合理的目標。合理利用地形，巧妙利用環境布置線路，充分利用山區曲線，并與緩和線形進行有效結合，達到與環境融合一體的選線效果。對于地質選線而言，就是根據區域水文地質的差異性，調整線路設計的不確定因素，達到施工、運營安全和長期性目的。

2 山區高速公路的線路設計方法

山區高速公路的線路設計包含平面、縱面和線路交叉口三個主要方面。高速公路線形是道路使用狀態和車輛運營安全的基本保障。不好的線路設計容易造成交通擁堵、交通事故頻發、路段交通流量明顯差異等問題，因此需要在設計階段，充分考慮線形設計因素，規避上述風險。

2.1 平面線形設計

車輛在平曲線上的行駛主要表現為車輛的平動和徑向轉動。這種平曲線的駕駛過程應該平緩過渡，如果出現突然的曲線變化，則很容易造成車輛按照原本的轉動和平動行駛，而無法做出及時改變，引發交通安全問題。這就要求一方面平曲線需要有最小曲率半徑限制，另一方面平曲線的連接上需要有緩和曲線過渡。相關數據調查表明：當平曲線的曲率半徑低于400 m時，或曲率半徑轉化過大且過渡連接長度低于100 m時，很容易引發交通安全事故。這一要求在山區公路的設計中尤為重要。

2.2 縱面線形設計

豎曲線與行車安全主要影響因素是坡長、坡度變換的變坡點曲率和行車視距等參數。這些參數與高速公路的設計時速緊密相連。車輛在豎曲線上的行駛機理主要是車輛的平動和法向轉動。研究表明，車輛經過縱向坡道時車速的不自覺累加是造成交通事故的關鍵。表1給出了不同設計速度下的豎曲線最小半徑和最小長度的要求。如果在給定的設計速度下，高速公路的豎曲線長度和半徑都低于相關限值，則會導致駕駛員難以適應這種駕駛路線，加上時距的影響很容易引發安全問題。

表1 不同設計速度下的豎曲線最小長度和半徑

此外，坡度和坡長也是行車安全的重要因素。過多的坡度轉換會導致行車穩定性不好，容易導致駕駛員行車錯覺，單一的坡度行駛則容易造成駕駛疲勞，因而需要進行坡度的有效組合。一般而言，道路設計中-2%～3%的坡度范圍是合理的，過大坡度則容易造成車速的錯誤估計。德國交通安全研究所總結出：縱向坡度在-2%～2%的范圍是最合理的，而且縱坡的交通安全事故統計發現，上坡的事故點主要在上坡道的上凸點和坡頂過后的連接段，下坡的事故點主要在下坡段的下凹部分。

2.3 交叉設計

山區高速公路的路線交叉主要難題在于：

（1）交叉范圍小。由于山區地形限制，在線路交叉口也不容易拓展較大的面積作為交叉。

（2）道路坡度大。較大的坡度不僅降低車輛行駛的穩定性，也給行車舒適性帶來問題，在交叉口較大的道路坡度，也進一步增加了交通風險。

（3）交叉口視距不足。較小的視距極大地增加了行車風險，特別是不同支路匯集的情況下，撞車風險更大。

因此，山區高速公路的坡度、視距、行車速度等都應該特別設計。如果路線交叉范圍內的路線設計不能滿足要求，應該調整主線或者交叉路線的幾何線形。交叉路線的視距不能滿足要求的，需要采取移除障礙物或者更換交叉位置等方式，改善行車視距。

3 工程案例分析

3.1 工程概況

重慶南川至兩江新區高速公路項目位于重慶市中東部地區，路線全長77.678 km。該區域全線巖溶相對發育，沿線地區雨霧天氣較多，路線范圍內海拔高度為150～1 540 m，設計最低點為235 m，設計最高點為885 m，路線相對高差為650 m。區內峰、谷延展方向與構造線方向基本一致。根據社會調研和實地勘測，以若干橋梁和隧道為主要控制點，綜合考慮各區域的地質狀況、地形條件，以及區域旅游和農業的發展，設立了基本路線圖（見圖1），成為推薦設計路線方案。

圖1 設計路線方案

3.2 線路設計

結合上述初定路線方法，對全線路段進行全面的平縱線形設計和交叉口設計。

（1）線形設計

推薦線最大程度采用直線，由于地形原因共設置平曲線37處，均大于圓曲線一般值，最小平曲線半徑為720 m，確保超高在4%以內。最小緩和曲線長度為150 m，最大縱坡為4.5%，最小坡長525 m/1段。凸形豎曲線最小半徑為12 000/2個、設置凸形豎曲線22處，半徑均滿足視覺所需最小豎曲線半徑值（12 000 m）；凹形豎曲線最小半徑為9 000/2個，設置凹形豎曲線23處，半徑均滿足視覺所需要的最小豎曲線半徑值（8 000 m）；豎曲線最小長度為204 m。

（2）線形適宜性評價

為體現安全與環保的公路線形幾何要素設計，需要對全線的平縱面指標進行檢驗。采用運行速度進行安全檢驗是改善線形幾何要素指標必要的技術措施和有效手段，并具有一定的可靠性。

路段運行速度V85按《公路項目安全性評價指南》（JTG/TB 05-2004）所推薦的方法預測，將平曲線半徑小于1 000 m和縱坡坡度大于3%的特殊路段視為獨立單元，而其余一般路段上車輛運行視為勻速行駛。V85平直路段上的運行速度在《公路項目安全性評價指南》中的推薦值為小客車120 km/h、大型貨車75 km/h；在小半徑曲線上計算入口速度vin、曲中速度vmiddle、出口速度vout，并對大縱坡路段的V85進行修正。按《公路項目安全性評價指南》規定，對推薦方案分別進行了不同行駛方向（正向-右幅，反向-左幅）和不同測試車型（小客車代表小型車，大貨車代表其他車輛）的運行速度測算。運行速度差的評價結果見表2，可知整體線形的連續性、一致性和銜接路段的級差均能滿足要求，說明線形幾何要素設計銜接順適。

表2 線形設計的運行速度差評價

4 結 論

線路設計是公路工程設計的關鍵環節，論文以山區高速公路設計為例，分析了路線選型的原則，路線設計的主要內容和關鍵要點，并以瀘西—彌勒高速公路路線設計為案例，分析了總體線路選定的原則及路線線形的設計。相關方法可為山區高速公路的設計提供參考。

[1]趙勝林,許剛,袁曉寅.山區高速公路路線設計基本思路及選線方法的研究[J].公路交通科技：技術版,2011,7(1):38-43.

[2]王穎.淺談山區高速公路選線原則 [J].北方交通,2008(9): 3-4.

[3]施華湘,李東蓮,劉識宇.淺談云南山區高速公路選線[J].公路交通科技：應用技術版,2011,（7）:31.

U412.36+6

B

1009-7716（2017）03-0030-03

=30,ebook=53

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.03.008

2017-01-15

祝建平（1978-），男，四川邛崍人，工程師，從事公路與城市道路設計工作。