高速公路的選線與路線設計策略

李 楠

（甘肅省交通規劃勘察設計院股份有限公司，甘肅 蘭州 730000 ）

0 引言

經濟的進步為社會的可持續性發展注入了新的動力，為滿足社會的發展需求，基礎工程與配套設施數量相較以往也有了明顯增長。作為決定交通運輸質量的關鍵因素，高速公路的重要性毋庸置疑，該類工程建設工作推進復雜且艱巨，因此為保證整體工程建設質量需要明確其選線與路線設計對其最終建設效果的重要意義，路線設計效果直接決定了高速公路后期運營狀況與其使用安全性，其使用壽命也與選線與路線設計環節有著緊密聯系，因此對該類型工作應用過程進行深入分析具有極為重要的現實應用價值。

1 工程概況

本文舉例工程位于西部地區高速公路，設計總里程為45 千米。該條高速公路在對其主線進行設計時需要嚴格遵從高速公路的建設標準，所需要修建的路基寬度為25.5 米，設計完成后需要滿足通行時速每小時80 千米的應用需求。在高速公路與立交連接線位置所建設的道路所依據的為一級公路標準，為滿足這一要求需要修建路基寬度為12 米的雙向雙車道道路，需要滿足通行時速每小時60 千米的應用需求。

2 高速公路路線選型設計要點

2.1 滿足路線安全性原則

在直行高速公路線路選型任務時所必須遵循的主要原則就是保證其應用的安全性。對于高速公路來說其安全性不僅僅代表著高速公路本身的安全應用性能以及使用壽命，更為關鍵的是需要確保在高速公路行駛車輛的通行安全，這就要求在高速公路選線過程中應最大限度的避免其中囊括的不良地質區，典型的包括泥石流以及滑坡等災害頻發的位置、地震活動發生頻繁的位置以及其他影響高速公路建設質量的特殊地質區域等[1]。另外若預計所建設高速公路所在區域的地基較軟，又或者其所在位置地質構造具有斷層區的特點，為避免高速公路建設效果與施工效率受到不良影響，也應盡量避開此類型區域。而若所處位置特殊地質構造區域無法有效規避，那么在設計之初就應對高速公路某些位置的道路結構進行特殊的加固處理，以保證線路的通行安全性與穩定性。

2.2 以經濟效益化為主要目標

確保高速公路的建設經濟效益同樣是在為高速公路選線時需要遵循的主要原則[2]。由于高速公路覆蓋范圍較廣且施工周期較長，因此資源消耗量極大，不僅僅在施工期間需要耗費大量資金，由于高速公路的特殊性為保證其可持續性的安全使用效果也應做好后期維護工作，維護環節同樣需要耗費大量資金以保證護理養護效果。經濟效益化主要指的是在高速公路建設完畢后的實際使用狀況以及公路的使用壽命。高速公路的選線環節通常需要穿越較多區域使得其所對應的地形條件較為復雜，為保證企業建設效果就需要對其做科學有效的改造處理，這樣以來無論是高速公路的資金還是技術投入成本相較普通工程來說要大得多[3]。為縮減成本投入并提高高速公路建成后的應用效益，就需要再選線環節關注其對于當地經濟發展的重要意義，例如服務業以及旅游業等均是需要重點考慮的經濟發展要素，從而保證高速公路的高頻次使用效果，為區域經濟的進一步提升提供基礎條件。

2.3 達到生態環保標準

高速公路在建設過程中不可避免的會對周圍的生態環境造成一定破壞，因此在路線設計之初就應考慮不同地域的生態環保要求，需要盡量保護高速公路所囊括區域內的人文自然環境，尤其是對于有重要歷史價值的文物、建筑更需要提前制定科學合理的防護方案，在無可規避的位置選擇延長線路繞行該區域[4]。在建設完畢后需要統計建設過程中對周圍生態環境造成的破壞，并需要在工程建設后期進行環境修復以保證公路最終的建設質量。

2.4 因地制宜

為高速公路設計路線時需要充分考慮到地域環境特征，只有充分考慮到當地的地形條件才能保證高速公路路線設計的合理性。橫斷面的合理應用以及保證其各個平面處于順暢狀態，同時融合地形優勢，就能夠在聯系曲面設計與線型因素后達到高速公路與環境融為一體的目的，在保證公路運行效果的同時也在一定程度上延長了公路的使用壽命。

3 高速公路路線設計方法與要求

3.1 嚴格依據工程地質條件以保證線路規劃的合理性

由于本文所舉例的高速公路建設工程所在區域為西部地區高原地帶，橫斷山脈較多且地勢的整體起伏較大，山路凸顯出了崎嶇特征。加上此處的高原峽谷與山間盆地分布交錯，使得該位置的地質構造活動發生頻率較高，某些位置經常會出現間歇性的強烈抬升甚至劇烈沉降[5]。這樣一來，長期的剝蝕使得該地區地形地貌具有獨特的構造侵蝕堆積特點。從本工程的施工圖紙來看其整體構造呈現歹字型，在其施工區域內的應力場具有復雜特點，地震活動產生頻率較高，平均每0.45 秒就會出現一個較為明顯的地震應力波，這就要求無論在此處所建設的何種建筑物均要求其抗震等級需要達到8 度以上。為保證高速公路工程的建設安全性與使用效果，選擇應用了延長路線的方式最大限度的保證了施工的安全性，應為其后期的運營維護提供了方便條件。

3.2 豎向線形設計

豎向線性設計簡單來說就是以豎向變化為基礎所制定的高速公路線路設計圖。以高速公路修建坡度以及豎曲線半徑等設計參數確定環節為例，應充分考慮到高速公路在建設過程中所凸顯出的數項變化情況以及周圍環境的建設狀態，所最終獲取到的數據與高速公路上行駛的車輛最大速度有著極為緊密的聯系。由于本條高速公路所在位置包含多處山脈，在地勢起伏波動較大的情況下使得其海拔變化十分明顯[6]。為保證高速公路建設完成后的行車安全就需要對數曲線半徑的最小值予以充分考慮，以保證其坡長距離的最短效果。充分考慮到周圍環境條件并聯系設計圖紙分析結果后，發現縱向坡度變化在2%左右時能夠凸顯出最佳的應用效果，滿足行車視距規定的基礎上能夠確保車速調節的有效性，其也是保證車輛在高速公路上行駛安全的重要基礎。

3.3 平面線形設計

若從物理學角度看車輛在平面線形條件下行駛時的運動為離心運動的一種，因此為保證車輛在該類型曲線條件下的行車安全性就必須確保所產生的橫向摩擦力與設計規范以及相關標準相符。平曲線條件下車輛在行駛狀態使車速平方與離心力之間呈現正比例關系，而若條件變為曲線半徑范圍內則呈現反比例關系。由于行車過程中不可避免的會出現離心力，這使得處于行駛狀態下的車輛極容易在離心力的作用下增大側向滑移以及橫向傾側現象的發生風險，車輛中的駕駛員一旦感受到外界環境的不同變化將使得其精神立刻處于高度緊張狀態，慌亂下極容易導致其做出不理智行為，這也是在該類型高速公路中交通安全事故發生概率較大的主要原因。為解決以上問題，在平面線形設計之初就要充分考慮到以下幾種情況以保證行車安全性：第一是平曲線的限制條件應以最小曲率半徑為基礎，第二則是在連接平曲線時應盡量選擇緩和曲線。充分考慮以上條件后最終確定在本條高速公路中的平曲線設計上所選擇應用的連接長度設定為150 米，模擬實驗中發現車輛駕駛過程中若在曲線內進行運動能夠保證其有足夠的橫向摩擦力。

3.4 豎向與平面線形組合設計

為盡量規避不良地質條件或滿足設計規范的相關要求，高速公路在修建過程中不可避免的會出現繞行情況，這就要求作為公路設計師應結合平面線型與豎向線型，線性組合舒適度以及其適應決定了最終高速公路的行車安全以及其使用效果[7]。由于本公路所處位置地勢起伏較大，線型過度不自然，這就要求設計師應充分考慮到行車安全性因此必須采取以下幾種措施：第一是應構建滿足設計條件的交通標志線，交通標志線的顏色應醒目以更好的提醒司機對該路段的注意力；第二是應設置適當的視線誘導設施，構建合理的防護設施能夠最大限度的降低交通事故的發生風險。

另外為保證高速公路建成后的使用安全性，線路設計之初還應綜合考慮不同的地勢環境條件，直線、緩和曲線以及原曲線需要保證其應用的合理性。地勢平緩地區應盡應用直線設計方案，但需要注意的是若在直線區域保持長期行駛極容易讓駕駛員產生駕駛疲勞，因此可以在其中融入緩和曲線以及原曲線以減少駕駛人員的疲勞感[8]。另外在設計高速公路路線時還應考慮到曲線應用效果，平曲線與豎直線的良好結合是確保駕駛人員行車過程中過度連續性的關鍵因素，從而避免出現安全事故。

3.5 線路交叉設計

作為高速公路在實際修建過程中不可避免的情況，線路交叉需要設計人員重點考慮，這其中互通立交又是工程建設過程中的重中之重，過多的線路交叉或線路交叉設置不當將會提高高速公路建設難度，主要包含以下幾點：第一是若選擇應用小范圍的交叉方案，受到本工程所在位置的地形限制因素的影響想要保證交叉面積的擴展效果較為困難；第二是若選擇建設大坡度道路將會影響行車的穩定性與舒適性，這也是在交叉口即容易出現交通安全事故的主要原因；第三是若行車視距較小，行車的安全風險將會增大。為解決以上幾點問題，不僅需要對立交平縱線型進行優化，也需要做好匝道分合流段線型過度的完善工作，重點強調平交口渠化設計的重要性，聯合周圍實際條件制定高速公路服務質量的提升方案，以保證行駛車輛安全性能與預期設計目標相符。本工程設計施工圖紙立交采取了全互通方案，這與預先推薦的方案相同，需要對立交匝道的布設進行進一步的優化并需要增大高速匝道轉彎半徑，同時應強化交通安全設施設計以提升行車安全性。針對于高速公路連接立交橋的過度位置，應將重點放在線型指標提升與工程規模縮減上，并需要對互通立交方案進行優化與詳細設計，在與專家進行溝通后對其中連接不暢的位置采取合適手段進行處理，以確保連接的通暢性行車安全性。

4 結束語

綜上所述，對于高速公路來說在其選線時需要以環保原則為前提，且需要綜合考慮施工安全性以及其所在位置的地形條件，以綠色選線為基礎的建設標準，只有這樣才能在最大限度的避免對自然環境造成較大破壞的前提下制定科學合理的高速公路路線設計方案。這樣以來無論是高速公路的使用壽命還是其安全性能均與規定要求相符，其也是為高速公路所覆蓋區域經濟發展速度進一步提升奠定堅實基礎的關鍵因素。