山區高速公路路線方案設計探討

■吳 姍

（福建省交通規劃設計院有限公司，福州 350004）

隨著中國改革開放的不斷深入，我國經濟迅速發展，人們往來出行日益頻繁，由此對我國公路建設提出了更高的要求，高速公路也在經濟騰飛的大背景下開始了大規模的建設。 截至2020 年底，全國高速公路的通車總里程已經達到16.10 萬km，處于世界領先水平， 對20 萬以上人口的城市覆蓋率已超過98%，并且仍在快速發展。

隨著全國高速公路路網的不斷完善，地勢平坦地區的高速公路路網已十分密集。 同時，伴隨著“絲綢之路經濟帶”和“21 世紀海上絲綢之路”的大力推進，我國西部地區正開始新一輪的大開發。 多重因素影響下，高速公路的建設將逐步從地勢平坦區域向地勢陡峭的山區進行轉移。

由于山區高速公路普遍存在地勢高差大、地質條件復雜、施工難度大、造價昂貴等難以避免又對項目推進影響很大的因素，因此，對山區高速公路路線方案設計的普適性要點進行探究是十分必要的。

1 山區公路的常見特點

1.1 地形條件

從定義上， 山區高速公路是指山嶺區和山嶺重丘區地形條件下建造的高速公路， 不同于平原區和微丘區，山區地形地勢高差大、坡度陡。 以廣西壯族自治區百色市的高速項目為例， 該地區山區高速公路的地形高差均超過500 m，最大坡度均超過20°（表1）。

表1 廣西壯族自治區百色市高速公路地形狀況

地形地貌作為道路載體的外在形態控制著高速公路走廊帶的大致走向。 面對山區高速復雜的地形條件， 對高速路線方案比選提出了更高的要求，這也是山區高速公路路線方案設計首先要面對的問題。

1.2 地質條件

地質條件是地殼的內在表現，不同地區存在不同的地質條件，主要體現在不良地質災害上，如平原地區的不良地質現象主要以軟基、采空區和液化土等為主，由于平原地區地質勘察工作是在平面上進行，并且勘察范圍較小，只要投入充足的地勘工作量和適當的處理方案，一般都能得到解決。 與平原地區相比，山區地質條件復雜，常見的地質災害除了平原區的主要類型外，還有崩塌、滑坡和泥石流等，在部分西南地區還廣泛分布巖溶地質。 以廣西壯族自治區百色市為例，對百色市境內若干條山區高速公路地質情況進行調查分析，其不良地質分布情況見表2。

表2 百色市山區高速公路不良地質分布情況

地質勘察作為公路設計的重要前提和基礎，對道路路線走向有重要的影響，特別是在山區高速公路設計時，常遇到不良地質現象，這無疑增大了道路選線的難度。 有些不良地質甚至對路線方案起著控制作用，并且在地質勘察初期階段無法被完全探知，但在后期的施工和運營階段逐步暴露，給高速公路的施工和養護帶來巨大的損失。 因此，如何以較小的地質勘探代價找到最有價值的方案，是山區高速路線設計的要點。

1.3 環境因素

我國高速公路歷經幾十年的發展，已經積累了豐富的經驗，但是在以往的山區高速公路路線方案設計中更側重于公路的線形，忽略了公路與環境的和諧發展。 建設過程中對環境產生的破壞，往往在項目后期通過對自然環境采取補救措施進行修復，但后期修復難度大，并且很難達到預期效果。

為解決公路建設與環境之間的矛盾，實現高速公路綠色發展，2016 年，交通運輸部正式出臺了《關于實施綠色公路建設的指導意見》[1]，提出了生態保護等一系列設計理念。 隨后，交通運輸部在2018 年又正式出臺了《關于加快推進綠色公路典型示范工程建設的通知》[2]，再次強調建設以資源節約、生態環保、節能高效、服務提升為主要特征的綠色公路，實現公路建設健康可持續發展。 這也要求設計人員要更加注重將綠色環保的設計理念貫穿于公路路線設計中。

1.4 國土空間規劃因素

國土空間規劃是國家空間發展的指南、可持續發展的空間藍圖，是各類開發保護建設活動的基本依據，同時也是有效防止在開發自然資源的道路上“走彎路”的重大舉措。

在改革開放經濟快速發展的同時，我國也面臨著自然資源消耗加劇、生態環境持續破壞、國土空間開發質量有待提升等問題。 隨著國土空間規劃體系的建立，各地區“三區三線”[3]（城鎮、農業、生態空間及城鎮開發邊界、 永久基本農田和生態保護紅線）也在劃定并不斷完善中。 在這個歷史大背景下，高速公路， 尤其是山區高速公路沿線土地資源稀缺，在選線時必然會面臨新的挑戰。

2 山區高速公路路線方案設計要點分析

2.1 針對山區高速陡峭地形的路線設計方案

針對山區地形高差大、坡度陡的特點，在山區高速公路路線方案設計時，尤其在經過地形起伏大的路段，應進行全方位的走廊帶比選，合理布設構造物。 以廣西壯族自治區百色市岳圩口岸高速公路項目為例，項目區域以喀斯特溶蝕洼地及巖溶山原地貌為主，石灰石峰林、峰叢發育（圖1），區域內地層及構造情況見圖2。 項目在經過地形陡峭的峰林區域時，首先進行明線（西線方案）與暗線（東線方案）的對比（圖3）。考慮到暗線方案需設置隧道穿過沿線山包，造價高，不經濟，因此采用西線明線方案（表3）。

表3 岳圩口岸高速公路漢邦至岜排段方案對比

圖1 岳圩鎮石灰石峰林圖

圖2 場區構造帶分布圖

圖3 岳圩口岸高速公路漢邦至岜排段方案對比

在明確采用明線方案后， 根據地勘調查顯示，明線方案存在膨脹土， 并且明線方案路線標高較高，高差較大（圖4），故對明線方案穿越膨脹土路段進行橋梁和路基方案的比選，考慮到路基方案處理膨脹土的費用較高，并且存在運營期間路基開裂的風險，最終推薦橋梁方案。

圖4 岳圩口岸高速公路漢邦至岜排段東線方案縱斷面圖

從以上實例可知，山區地形復雜區域，在整體上應對高速公路的平縱橫設計進行全局把控。 對局部段落，特別是地形陡峭段落，根據已探明的地質情況、經濟等因素進行構造物設置對比分析。 只有遵循先整體后局部的設計思路，才能從山區復雜的地形條件中，比選出經濟合理的方案。

2.2 針對山區不良地質的路線設計方案

山區地質條件復雜， 如果未進行地質選線，按照平原及微丘區的設計理念進行高速公路路線方案設計，在公路建設過程中可能誘發大量工程地質病害，致使工程造價大幅增加，同時也給通車后的運營安全留下隱患。

針對山區不良地質問題時， 在路線設計階段，應貫徹執行地質優先的理念，進行地質選線。 在山區高速公路勘察設計過程中，地質選線的重要性得到了廣泛認可。 如何做好地質選線工作，成為山區高速公路路線方案成敗的關鍵。

做好地質選線，應遵循“八宜八不宜”設計原則[4]，即“宜避不宜擾、宜硬不宜軟、宜逆不宜順、宜穩不宜亂、宜高不宜低、宜陡不宜緩、宜邊不宜埡、宜陽不宜陰”。 在路線方案設計過程中，首先應在初擬地調路線方案的基礎上進行大比例尺工程地質調繪，結合地質災害報告，排除途徑地災區域的走廊帶。 根據篩選后的路線走廊帶進行適當深度外業勘察，結合調查發現的不良地質再對路線方案進行對比。

以廣西壯族自治區百色市那坡至平孟口岸高速公路為例，根據地災點進行篩選后得到K、A 兩個比選方案（圖5）。K 線里程較長但靠近縣城，有利于帶動沿線經濟發展。 A 線經濟帶動作用小，但里程短，并且與高速路網規劃更吻合。 從功能上分析，兩個方案非常有比較性。

圖5 那坡至平孟口岸高速公路起點段方案對比

經外業勘察，兩個方案的沿線不良地質情況見表4。通過地質情況比較分析，K 線地質巖性主要為薄層泥質粉砂巖及頁巖， 線路位于那坡大斷裂中，沿斷裂帶展布，且巖性較差，以薄層泥質粉砂巖及頁巖為主，受其影響沿線可見較大型滑坡、崩塌等不良地質發育。 A 線以軟巖及較硬巖為主，間夾軟弱夾層， 對公路建設不利，A 線前13 km 設有4 座隧道，共7 520 m，該區域灰巖發育，易形成巖溶及地下暗河等不良地質，對隧道建設極為不利。 考慮到巖溶地貌作為廣西地區廣泛分布的地質現象，對高速公路建設造成的影響較大，且設計階段通常難以完全揭示其詳細的分布情況，因此將巖溶作為本項目地質選線重點考慮因素。 A 線前13 km 都位于巖溶發育區， 對方案的設計造成極大不確定性，經綜合分析，為規避可能存在的地質風險，該項目最終推薦K 線方案。

表4 那坡至平孟口岸高速K、A 線不良地質情況對比

以廣西壯族自治區百色市那坡至平孟口岸高速公路為例，在該項目終點路段，根據現狀地形條件布設了K、E 兩個路線方案（圖6），兩個方案的建設規模見表5，E 線的橋梁、 隧道規模均比K 線小，在經濟指標比選上E 線較K 線有優勢。但經外業勘察后發現，E 線地層為P1q 及P1m， 主要為灰巖（圖7），根據調繪，隧道洞身標高與已探明的暗河接近（圖8），雨季涌水量大，隧道洞身處已形成流水通道， 對隧道施工極為不利。 K 線沿線隧道地層為T2bf2+3，主要為粉砂巖，建設隧道較為有利。 考慮到在連通暗河灰巖巖溶區建設隧道的風險較高，經綜合比選，該項目最終推薦K 線方案。

表5 K、E 線主要工程規模比較

圖7 灰巖巖溶區

圖8 暗河出口現狀圖

由以上實例可以看出，在設計前期，詳實的地質調查對公路選線意義重大。 即便在地質選線過程中要投入大量的地質勘察工作，但相比于在施工和運營期間產生的安全風險和建設成本增加，前期的地勘投入是十分必要的。

2.3 針對環境保護的路線設計方案

山區高速公路建設的環境問題，需要從路線設計著手，同時考慮施工、營運期間的環境保護措施，才能確保山區高速公路與環境和諧相處。

進行總體路線設計時，應認真貫徹交通運輸部《關于實施綠色公路建設的指導意見》[1]的指導思想，全面貫徹以“創新、協調、綠色、開放、共享”的設計理念，最大限度地保護農田，避免大填大挖，最大限度地保護周邊環境，追求高速公路建設與自然景觀的完美結合。 注重貫徹生態選線、人文選線、節能選線以及“不破壞就是最大保護”理念，并結合沿線的自然風光，與景觀設計配合，讓公路隱于自然，回歸自然。 統籌資源利用，實現集約節約，充分利用項目隧道洞渣作為石料來源，統籌規劃，大力推行廢舊材料再生循環利用，注重公路設計與建設的前瞻性，統籌考慮后期養護管理的功能性需要，合理設置檢修通道，著力實現綠色、生態、環保設計目標。

2.4 針對國土空間規劃體系下的路線設計方案

為滿足國土空間規劃體系的要求，針對不可避讓“三區三線”路段，在山區高速路線方案設計時，應從路基、橋梁、隧道等方面對路線方案的典型段落設計進行比選，綜合分析路線方案對國土空間規劃體系內“三區三線”的影響。

以廣西壯族自治區百色市那坡至平孟口岸高速公路為例，在項目終點路段，受到走廊帶的制約，路線不可避免地穿越者郎水源保護區并占用沿線永久基本農田，根據現場踏勘及紙上定線，擬定從一級水源區外東側穿過的G 線方案和從一級水源區外西側穿過的K 線方案進行比選（圖9）。

圖9 那坡至平孟口岸高速公路終點段方案對比

從技術經濟指標分析，G 線方案路線里程短，隧道規模小，造價低，均優于K 線方案；從對生態環境的影響進行分析，K 線方案以特長隧道形式穿越者郎二級水源保護區， 對水源保護區的影響較小，優于G 線方案； 從永久基本農田占用情況分析，K線方案由于采用特長隧道，幾乎不占用沿線永久基本農田并且總占地面積也較小， 優于G 線方案，如表6 所示。 雖然G 線方案較經濟，但考慮到K 線方案對“三區三線”干擾和占用較小，更符合國土空間規劃，最終推薦采用K 線方案。

表6 那坡至平孟口岸高速公路終點段方案對比

3 結語

我國的山區高速公路的建設受到多種因素的影響和限制，除了設計因素外，施工方式、后期運營模式都會影響到整個項目的質量和運營周期，但設計尤其是路線設計仍然是山區高速公路建設中最為重要的環節。 因此在路線設計過程中，應注重統籌兼顧，充分權衡利弊，不斷調整和優化路線方案，進行方案對比，進一步分析不同地質與地形條件對方案的影響，從設計初期就要考慮盡可能減少工程建設對環境的破壞，并在符合國土空間規劃體系的框架下，選出最終經濟合理的路線方案。