考慮能耗指標的山區(qū)高等級公路路線方案綜合優(yōu)選研究

韓菲潔

中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710075

近年來，隨著我國高等級公路建設(shè)工作的大力推進，山區(qū)高等級公路建設(shè)規(guī)模明顯擴大。選線作為公路建設(shè)工作的重要內(nèi)容，在山區(qū)公路建設(shè)中是不容忽視的，需要結(jié)合地質(zhì)情況，綜合考慮項目投資、環(huán)境保護等因素來進行路線方案的比選，最終確定最為合理的路線方案[1]。當前工程建設(shè)領(lǐng)域大力推進綠色節(jié)能，因此在進行路線方案比選時，能耗也要作為一項重要的指標納入其中。

1 山區(qū)高等級公路選線原則及方法

1.1 選線原則

（1）適應(yīng)環(huán)境。在山區(qū)公路路線選定的過程中，需要結(jié)合項目現(xiàn)場的實際環(huán)境，實現(xiàn)縱斷面與地形地貌之間的有機結(jié)合。常用的布線方法為曲線定位法，能夠?qū)β肪€進行準確的把控，尤其是在地形地貌較為復(fù)雜的區(qū)域效果更佳，同時可以有效避免高填深挖路段的出現(xiàn)，降低對線路周邊環(huán)境的影響。

（2）經(jīng)濟節(jié)約。在進行公路建設(shè)時，經(jīng)濟成本是需要重點考慮的因素。因為工程量直接取決于線形設(shè)計，所以在進行選線工作時需要樹立起經(jīng)濟節(jié)約的理念，應(yīng)盡可能地以降低工程成本為最終目標，在確保使用性的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化設(shè)計。

（3）節(jié)能環(huán)保。節(jié)能環(huán)保原則體現(xiàn)在兩方面，即降低建設(shè)期間與運營期間對周邊環(huán)境的影響和能源消耗。首先，要盡量避免高填深挖路基，降低對周邊環(huán)境的破壞，這樣能在降低施工難度的同時，有效減少施工期間對能源的消耗；其次，要合理進行縱斷面設(shè)計，避免車輛在行駛過程中需要頻繁地急加速而導(dǎo)致油耗增加，同時減少尾氣中有害氣體的排放，避免對周邊環(huán)境造成污染。相關(guān)研究表明，在車輛急加速過程中，尾氣中的有害物質(zhì)會明顯增多[2]，如表1所示。

表1 不同行駛狀態(tài)下汽車尾氣中有害物質(zhì)質(zhì)量分數(shù) 單位：%

1.2 選線方法

（1）走向位置選擇。①沿溪線的選擇。由于山區(qū)地形復(fù)雜、高程變化大，因此在進行山區(qū)公路選線時，如何克服高程障礙是一項難點工作。利用山間較為寬闊的河谷進行布線可有效克服這一障礙。需要注意的是，將路線布設(shè)于河谷中時，要避免平行布置在活動斷裂帶內(nèi)。由于河谷兩岸自然條件通常存在較大的差異，需要進一步針對實際情況研究路線應(yīng)置于河谷的哪側(cè)。對布線有利的岸側(cè)可能會沿著河流方向發(fā)生變化，因此在進行布線時需要考慮這種現(xiàn)象，合理進行岸側(cè)展線。②山脊線的選擇。山脊線俗稱鯉魚背地形，具有平緩順直、地形起伏小的優(yōu)點。若在山脊線上布線，需要注意不要使其偏離路線的總方向過遠。③局部線位選擇。局部線位選擇是否合理會對公路施工的難易程度造成影響，同時決定了工程量的多少與造價的高低。應(yīng)當在地形圖中將縱斷面設(shè)計與橫斷面設(shè)計相結(jié)合，尤其是針對地形陡峭且路基較寬的路段。

（2）越嶺埡口位置選擇。必須穿越山嶺地形的路線即越嶺線，在越嶺線布設(shè)中，埡口位置的選擇及展線方案的確定具有重要意義，需要重點進行考慮。作為越嶺線方案的重要控制點，埡口的最佳位置是順著路線總走向且高程較低的位置，從而方便進行展線，且可有效縮短公路里程。對于特殊的情況，可選擇以隧道形式穿越埡口，這樣能夠明顯增加運營期間的社會經(jīng)濟效益。標準要求較低時，在薄埡口處可深挖路基，這樣能夠有效地縮短總里程；而對于深厚的埡口，則需要進行淺挖，避免工程量明顯增多。伴隨著近年來節(jié)能環(huán)保意識的加強，加之隧道設(shè)計及施工技術(shù)水平的不斷完善提高，山區(qū)高等級公路在穿越埡口布線時多采用長隧道或者隧道群形式，這樣在縮短路線長度的同時有利于環(huán)保。

（3）路線指標選擇。①線形指標。在山區(qū)高等級公路開展線形選擇工作時，在滿足規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，還需要結(jié)合公路沿線的地形地貌，使平面、縱斷面及橫斷面設(shè)計相互協(xié)調(diào)，確保路線的通暢，同時需要考慮有效降低能耗并與周邊自然環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一。尤其是在進行曲線設(shè)計時，需要合理地選用曲線半徑，避免因曲線半徑過小導(dǎo)致路線線性變差，從而使行車能耗增加。同時，要注意控制復(fù)合曲線，路線中存在過多的復(fù)合曲線會導(dǎo)致行車速度出現(xiàn)頻繁的變化，在提高行車能耗的同時還會帶來安全問題。②平面設(shè)計。在平原地區(qū)，由于地形起伏小，指標的選用有很大的空間，可選用交點直線法來提高路線設(shè)計效率。但對于山區(qū)，這種方法由于受到地形變化的影響，不僅工作效率低，還會導(dǎo)致選定的路線方案無法與地形地貌有效地貼合。因此，在進行山區(qū)高等級公路路線平面設(shè)計時，需要采用曲線選線法，使路線方案與地形地貌更加貼合，滿足路線平縱橫的組合要求。③縱斷面設(shè)計。山區(qū)高等級公路由于受到地形地貌的限制，為確保路線平面設(shè)計與縱斷面設(shè)計協(xié)調(diào)統(tǒng)一，常會采用將連續(xù)小半徑短平曲線與連續(xù)大縱坡小半徑豎曲線進行組合的方式，這種縱斷面設(shè)計不僅會導(dǎo)致行車視距受限而存在安全隱患，還會導(dǎo)致車輛需要頻繁地變化車速而增加能耗。因此，需要多采用大半徑的豎曲線，且要合理控制縱坡，確保行車視距，提高安全性，并有效地降低行車能耗。

2 山區(qū)高等級公路節(jié)能選線研究

2.1 節(jié)能對選線方案的影響

（1）對路線走廊帶方案的影響。由于路線走廊帶不同，路線方案所面對的地形地質(zhì)條件也不同[3]，會對走廊帶線形及展線長度帶來影響，直接影響施工期及運營期的能耗。而且，走廊帶沿線若存在特殊路基，不僅會增加施工期間的能耗，還會導(dǎo)致運營期間因進行維修養(yǎng)護而產(chǎn)生能耗。

（2）對路線技術(shù)指標的影響。運營期的能耗很大程度上取決于路線技術(shù)指標的選擇，如為減少路基開挖工程量而設(shè)計長大縱坡路段，在導(dǎo)致能耗增大的同時，還伴隨著安全問題。因此，在進行路線方案設(shè)計時需要結(jié)合節(jié)能需求合理選擇各項技術(shù)指標。

（3）對路線重點工程的影響。橋梁及隧道作為公路建設(shè)中的重點工程，具有成本高、施工技術(shù)難度大的特點，導(dǎo)致在施工期間需要耗費大量的能源。然而，在運營期間，由于隧道需要運行照明系統(tǒng)與通風(fēng)系統(tǒng)，仍然需要消耗大量的能源，因此在進行路線方案設(shè)計時，需要合理布設(shè)隧道與橋梁。

2.2 路線方案節(jié)能分析

（1）建設(shè)期節(jié)能分析。公路建設(shè)期間的能源消耗是一次性的投入，主要是指施工期間的人力、機械及材料的投入，具體表現(xiàn)為對電能及燃料的消耗，根據(jù)分部工程的不同，有路基節(jié)能分析、路面節(jié)能分析、橋涵節(jié)能分析以及隧道節(jié)能分析。由于建設(shè)期的能源消耗相比于運營期比重小，因此文章對建設(shè)期間的節(jié)能分析不做深入的研究。

（2）運營期節(jié)能分析。運營期的能源消耗主要分為車輛運行消耗與運營期管理消耗兩方面，即對燃油與電能的消耗。其中，車輛運行消耗取決于車輛本身的能耗水平與行駛狀態(tài)；管理能源消耗主要指通風(fēng)照明、建筑物與附屬設(shè)施耗能。文章主要以路線技術(shù)參數(shù)為指標對能耗水平的影響作用進行分析研究。①平曲線數(shù)量。在車輛行駛過程中，從直線段進入曲線段時由于需要進行減速過彎，會導(dǎo)致油耗明顯升高。因此，平曲線數(shù)量可作為評判一條公路節(jié)能功能的重要指標，其數(shù)量與車輛行駛的能耗成正比。②平曲線半徑。平曲線半徑是影響車速的重要因素，隨著半徑的減小，為確保行車安全，車輛行駛速度需要降低，而油耗則會增加。因此，平曲線半徑可以有效直觀地對公路的節(jié)能能力進行反映。③平均縱坡。在上坡路段，如果縱坡過大，會導(dǎo)致車輛的油耗明顯增加，對于大型車輛而言這種現(xiàn)象更加明顯；而在下坡路段，若縱坡過大，為控制車速需要頻繁地剎車，不僅會帶來油耗問題，還會帶來安全問題。

3 結(jié)束語

我國地域遼闊，因而公路運輸在交通運輸領(lǐng)域占有很大的比重。伴隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對公路運輸能力的要求也相應(yīng)地大幅度提高，同時帶來了能源消耗及環(huán)境污染問題。我國的交通運輸行業(yè)能耗在全國所有行業(yè)的總能耗中占有較大的比重，而其中過半均為公路運輸所消耗。因此，在公路建設(shè)發(fā)展過程中需重視其節(jié)能問題。