西藏山嶺重丘區(qū)低等級公路路線設(shè)計方法探討

李華

摘 要：對于山嶺重丘區(qū)公路，在特殊困難路段，完全按規(guī)范要求的指標(biāo)進(jìn)行路線設(shè)計會增加工程投資，增加施工難度。當(dāng)交通量很小且功能單一的時候應(yīng)分析突破指標(biāo)的可能性，考慮降低指標(biāo)設(shè)計。

關(guān)鍵詞：公路路線;合成坡度;最大縱坡;超高;回頭曲線

西藏是一個山多、溝深、面積大、海拔高的地區(qū)，從路線設(shè)計的角度來說絕大部分都可以定為山嶺重丘區(qū)。截止2020年底，全區(qū)公路通車?yán)锍虨?1.88萬公里，其中有鋪裝路面的僅為4.61萬公里（占比38.8%），其余7.27萬公里[1]（占比61.2%）的道路是連四級公路標(biāo)準(zhǔn)都達(dá)不到的等外公路。盡管近年來國家加大了對西藏的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資力度，但是由于西藏面積大、公路缺口多、環(huán)境惡劣，公路造價高，在未來較長一段時間里，西藏的公路還將以低等級公路為主。對于一條公路來說，路線是靈魂，尤其是對于像這種山嶺重丘區(qū)，路線的選擇就顯得尤為重要。

1 影響公路路線設(shè)計的因素

1.1 地形、地貌因素

一般來說，根據(jù)公路所處的地理位置及地形、地貌因素，將公路分為平原微丘區(qū)和山嶺重丘區(qū)公路。二者在選線時側(cè)重點(diǎn)不同，平原微丘區(qū)路線以克服項目起終點(diǎn)的空間距離為目標(biāo)，力求以直線和大半徑曲線為單元將起終點(diǎn)以最短的里程連接起來，縱斷面控制性較小，因此其路線增長系數(shù)通常較小。而山嶺重丘區(qū)路線常常會以克服兩點(diǎn)之間的高差為主要控制因素，選線時力求增長路線長度，降低縱坡。因此其路線增長系數(shù)往往較大。

1.2 地質(zhì)因素

應(yīng)根據(jù)項目所在地的地質(zhì)情況擬定路線方案，一般來說，對于大型地質(zhì)災(zāi)害地區(qū)，路線設(shè)計時應(yīng)予以避讓;對于小型地質(zhì)災(zāi)害地區(qū)，路線布設(shè)時應(yīng)以滿足道路線型指標(biāo)為主，對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行處理。

影響路線設(shè)計的因素較多，本文以工程實(shí)例為依托，著重論述地形因素限制下的路線設(shè)計方法。

2 工程實(shí)例

2.1 工程背景

以西藏某公路路線設(shè)計為例，項目設(shè)計任務(wù)開始于2017年1月份，該公路年平均日交通量很小，而且以小型汽車為主。項目全長19.167 km，采用路基寬度4.5 m，設(shè)計速度20 km/h的四級公路技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行改建。

2.2 項目重難點(diǎn)分析

現(xiàn)狀道路存在的主要問題是縱坡嚴(yán)重超標(biāo)，考慮到本項目作為低等級公路，功能有限、交通量小。工程造價有限。采用隧道方案造價太高，不經(jīng)濟(jì)，推薦采用路基方案。根據(jù)《公路路線設(shè)計規(guī)范》（JTG D20-2017）[2]（以下簡稱路線規(guī)范）的要求，對路線設(shè)計的控制因素如下：

（1）項目所在地海拔4 000 m～5 000 m，考慮高原縱坡折減和改建道路最大縱坡增加之后確定的最大縱坡為8%;

（2）項目位于積雪冰凍地區(qū)，最大合成坡度不得大于8%;

（3）回頭曲線上最大縱坡不得大于4.5%。

本項目縱坡超標(biāo)問題集中在K11+000埡口前后。本文選取了兩個有代表性的段落進(jìn)行分析，相關(guān)平縱數(shù)據(jù)見下表：

K10+600～K11+100段平面線型較好，設(shè)計重點(diǎn)應(yīng)放在縱斷面優(yōu)化上;K11+300～K11+874段平、縱面線形均較差，擬對該段進(jìn)行改線設(shè)計。

2.3 優(yōu)化過程

設(shè)計時，針對兩個段落的具體情況，分別擬定了如下優(yōu)化方案：

（1）K10+600～K11+100段，該段位于埡口上坡段，存在的主要問題是最大縱坡超標(biāo)，若解決了最大縱坡，則合成坡度超標(biāo)的問題也將迎刃而解。通過實(shí)地勘察發(fā)現(xiàn)，該段平面線形較好，右側(cè)存在大片巖堆體，突破點(diǎn)應(yīng)放在縱斷面設(shè)計上，通過縱向填挖控制以保證縱坡要求。最終方案如下：

1）提前爬坡，提高K10+700～K10+900段設(shè)計高程，該段平均填方約4 m，同時將道路中線右移，左側(cè)留出擋墻構(gòu)造物范圍。

2）降低K10+900～K11+100段設(shè)計高程，該段平均挖方約5 m。同時為防止邊坡落石，兩側(cè)設(shè)置相應(yīng)的支擋構(gòu)造物。

3）通過上述調(diào)整之后。再細(xì)化每一個變坡點(diǎn)的設(shè)計。根據(jù)規(guī)范要求，當(dāng)平曲線半徑小于150 m時，圓曲線需要設(shè)置超高。該段除一處半徑為150 m的圓曲線外，其他三處圓曲線均需要設(shè)置超高。控制縱坡的方法是：

①根據(jù)公路等級和項目所處的環(huán)境（一般地區(qū)、積雪冰凍地區(qū)）確定最大超高值;②根據(jù)最大超高值和圓曲線半徑確定超高值;③根據(jù)超高值和最大合成坡度反算最大縱坡。

根據(jù)路線規(guī)范，相關(guān)數(shù)據(jù)整理后如下表：

（2）K11+300～K11+874段。該段位于埡口下坡段，路線沿一個坡面布置。地面橫坡30°～45°。經(jīng)實(shí)地考察，該段路線有一定的展線空間，平面設(shè)計應(yīng)盡可能爭取有利地形展線，增加路線長度以降低縱坡。優(yōu)化方案如下：

1）紙上定線尋找有利地形進(jìn)行展線，用勻坡線法確定導(dǎo)線點(diǎn)位置和路線大致走向，壓縮老路4組回頭曲線間的橫向距離，增加了兩組回頭曲線，增加了路線長度約215 m。

2）按上1）的方法增加了路線長度之后，再根據(jù)平曲線半徑并對照表2細(xì)化每個平曲線的平縱組合，完成路線設(shè)計。

3）為了避免路線調(diào)整后后續(xù)地面線和橫斷面數(shù)據(jù)與樁號不對應(yīng)的情況，采用緯地三維道路設(shè)計軟件中的增設(shè)長短鏈和配套的平面移線功能，通過建立的數(shù)字地面模型采集調(diào)線段的數(shù)據(jù)，并不斷的優(yōu)化調(diào)整平、縱面。

2.4 優(yōu)化結(jié)果

采用上述方法對上述兩段平、縱面分別進(jìn)行優(yōu)化后，除圓曲線半徑外，各項技術(shù)指標(biāo)均滿足要求，結(jié)果如下：

3 指標(biāo)突破論述

在上述K11+300～K11+874段平面設(shè)計時，由于地面橫坡較陡，采用路線規(guī)范要求的15 m回頭曲線半徑會造成回頭曲線處外側(cè)擋土墻墻高過高和內(nèi)側(cè)邊坡挖方太大的情況，不經(jīng)濟(jì)，因此平曲線最小半徑按12 m控制，但是這顯然不滿足規(guī)范的15 m要求。

在項目的設(shè)計過程中我們認(rèn)為，本項目作為功能單一、交通量小的低等級公路，完全采用路線規(guī)范的要求會增加投資，提高施工難度。因此我們采用以下措施達(dá)到降低技術(shù)指標(biāo)的目的：

（1）委托相關(guān)單位對上述超標(biāo)段落進(jìn)行了安全性評價，結(jié)論是對積雪結(jié)冰路段，在未清除積雪和結(jié)冰的情況下，不建議車輛強(qiáng)行通過。應(yīng)通過加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)機(jī)具、使用融雪劑、人工或機(jī)械除冰方式和改善路面面層結(jié)構(gòu)、加裝防滑鏈等方式，增加附著條件后，即可滿足車輛通行需求，以此為本項目降低指標(biāo)提供理論依據(jù)。

針對安全性評價結(jié)果，在設(shè)計中，若改為抗滑效果更好的砂石路面，則不能滿足道路使用者的需求;因此我們采用增強(qiáng)養(yǎng)護(hù)和增強(qiáng)安全設(shè)施的方式提高安全性：

1）該路段采取局部降速措施。在適當(dāng)位置設(shè)置限速標(biāo)志。

2）加強(qiáng)積雪冰凍期的通行管理。在取得公路局的同意后，工程造價方面增加了養(yǎng)護(hù)機(jī)具購置費(fèi)用，在該段適當(dāng)位置設(shè)置標(biāo)志提醒車輛配置防滑鏈，此外由公路養(yǎng)護(hù)部門負(fù)責(zé)清除路面積雪，采取防滑措施（如布置防滑料）增大摩擦系數(shù)，保障安全暢通。

（2）在（1）的基礎(chǔ)上，采用專家論證會的方式論證了采用極限半徑12 m的可行性，征得專家組同意并出具了書面確認(rèn)函。

（3）與業(yè)主單位和項目服務(wù)對象溝通，征得其同意并出具同意使用平曲線最小半徑12 m的書面確認(rèn)函。

4 總結(jié)

（1）對于高海拔地區(qū)特別是地形情況復(fù)雜條件下的公路路線設(shè)計，應(yīng)該在設(shè)計前詳細(xì)研究路線設(shè)計的控制因素。如本項目主要問題是縱坡超標(biāo)和平曲線半徑太小，兩段分別采用優(yōu)化縱斷面填挖設(shè)計和展線的方式解決。

（2）重視軟件在設(shè)計中的應(yīng)用，如上述第二段優(yōu)化的時候利用了軟件的數(shù)字地面模型和平面移線功能等，可大大降低外業(yè)工作量，縮短設(shè)計周期。

（3）由于低等級公路的工程造價有限，如果路線指標(biāo)完全滿足規(guī)范，特殊困難路段會造成較大的工程投資并給施工帶來難度，這時候應(yīng)該在安全、經(jīng)濟(jì)、適用的前提下，尋求局部路段降低指標(biāo)的依據(jù)，分析突破指標(biāo)的可能性，并進(jìn)行多方案比選。指標(biāo)突破后帶來的新的問題應(yīng)該以公路運(yùn)行安全性為導(dǎo)向，采取安全性評價、增強(qiáng)安全設(shè)施、加強(qiáng)針對性養(yǎng)護(hù)措施等方法補(bǔ)償。

參考文獻(xiàn)：

[1]2020年西藏自治區(qū)國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計公報[Z].西藏自治區(qū)統(tǒng)計局、國家統(tǒng)計局西藏調(diào)查總隊，2021.

[2]JTG D20-2017，公路路線設(shè)計規(guī)范[S].人民交通出版社股份有限公司，2017.