高原山區高速公路選線研究★

余蜀予，肖 崗，何云勇，譚 義

(四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610041)

0 引言

某高原山區高速公路位于四川省阿壩州，全線平均海拔位于3 300 m以上，總長約224 km，雙向四車道，沿途穿越連續季節性凍土區和長江黃河分水嶺。該高速公路不同于一般地區，建設條件復雜，氣候條件惡劣、地質條件苛刻和環保要求嚴格[1]。本文針對高原地區高速公路的勘察特點，認真分析了設計難點和選線基本原則，并以高速公路龍日壩1號～2號隧道段路線方案比選為實例，介紹了高寒地區高速公路路線選線的方法，供類似地區公路選線參考。

1 高原山區公路的建設條件及特點

1)地形陡峻、溝谷狹窄、地形起伏大，局部連續長坡。線路走廊為高山、高原平地、丘狀高原為一體的高原山地地貌，山岳縱橫、地勢高聳，山河相間，橋隧工程規模大。

2)高海拔、高寒、低溫缺氧。工程區全線平均海拔達3 300 m，溫差大，氧氣稀薄，冬季高寒缺氧嚴重，有效建設工期較短，實施難度大。

3)地質復雜，災害頻發，路線工程抗災防災要求高。線路測區構造發育，褶皺及斷裂復雜，次生地質災害嚴重，存在對項目有較大影響的斷裂：阿壩斷裂、查曲斷裂、安羌斷裂、米亞羅壓扭性斷裂等。全線不良地質發育，主要有：滑坡、泥石流、軟弱地基、季節性凍土以及涎流冰等。沿線分布有重大環境敏感區域：紅原大草原、四川阿壩多美林卡國家濕地公園和馬爾康岷江柏自然保護區等。部分路段橋隧比高，隧道及路基棄方量大，廢方處置困難[2]。

4)路線走廊狹窄，存在交通干擾和施工困難的矛盾。區域內省、縣道多為二、三、四級公路，隨著經濟發展和高原旅游的興起，其繁忙和擁擠程度與日俱增，存在交通干擾。

5)項目工程規模大、建設難度大、造價高。項目區域地形、地質條件復雜，沿線滑坡、泥石流、崩塌及軟弱地基等不良發育地質導致項目工程規模巨大。

6)建設綠色公路，打造品質工程要求高。項目作為四川首條高海拔旅游高速公路，為充分體現“交通+旅游”的融合發展戰略，交通運輸部要求建設成綠色交通示范項目。

2 高原山區高速的建設重點

某高速位于丘狀高原段，草原沼澤范圍廣，區域內河流縱橫交錯，軟弱地基范圍大，地形寬緩，存在景觀設計協調、自然資源(地下水、土壤、大氣等)保護、生態濕地保護、軟弱路基處治、區域通道設置以及棄土處理等建設重點。

1)區域沼澤地及軟弱地基范圍廣，應查明不良地質的范圍及影響區域，路線設計需要結合地形及不良地質綜合考慮，合理運用技術指標、降低建設規模、有效控制造價。

2)高原景色優美，生態環境敏感而脆弱，一旦破壞后較難恢復，應注重路基、橋梁等構造物與周圍景觀的融合，避免高陡邊坡的防護方案，盡量消除人工痕跡。

3)高原軟弱路基的處治，路線選擇應研究采用對地下水、土壤及大氣等自然資源影響較小、造價經濟、安全可靠的方案。

4)需要合理策劃施工周期，科學保護高原草皮植被，對草原表皮土的切割、搬離、培育、回蓋等具有較高的技術要求。

3 高原山區高速公路選線基本原則

高原生態環境敏感而脆弱，抗外界干擾能力小，自我調節和恢復能力差，工程建設極易造成高原生態環境的破壞[3]，后期植被恢復困難。因此在高速公路路線布設時，要充分貫徹“綠色公路”設計理念，以保護環境、節約資源為基礎，構建高寒地區高速公路路線設計原則。

1)安全選線——安全第一、主動預防。

道路選線時，要落實“交通安全理念”。在常規選線基礎上，針對高原高寒區、環境條件苛刻等特點，從安全性、連續性、均衡性綜合考慮路線走向，隧道群路段通過設置永臨結合便道與地方道路連接，便于交通事故救援。運用運行速度模型判斷車速離散程度與交通事故發生的相關性進行線性設計，降低速差，減少交通事故發生概率。

2)地質選線——避讓為主、處治為輔。

在路線布設時，應堅持地質選線的原則，首先研究路線走廊內的區域地質條件，通過調查、勘察，查明區域內滑坡體、堆積體及其他不良地質，針對大型滑坡體、大型崩塌、大型泥石流應主動繞避，對于一些可以工程處治，但處理費用較高的地質病害體應盡量繞避，若確實無法繞避，則應認真研究路線方案，對橋梁與路堤、隧道與深路塹進行方案比較，充分收集邊界條件，所有路線設計方案有的放矢，確保運營安全。

3)地形選線——因地制宜、總體協調。

在保證行車安全的前提下，路線布設應結合現場條件靈活選用技術指標，不片面追求高指標，也不過分運用低指標，盡量與地形、地貌、河流充分適應，減少高填深挖，宜追求順勢而行，使工程與周圍環境融為一體。

4)氣象選線——整合資源、確保通暢。

高寒地區海拔高，晝夜溫差大，冬季漫長。項目建設應充分利用沿線氣象資料，整合相關資源，優化施工組織方案，確保路線在特殊氣象條件和極端惡劣的氣象條件下保持通暢。

5)環保選線——不擾為上、少擾為本。

高原地區的生態環境脆弱，線路選擇應避免穿越保護區，最大限度的減少路線對動物遷徙影響。不可避免的穿越風景保護區時，要處理好路線與周圍自然景觀的關系，使其相協調，達到“路境交融”“借景發揮”，不能“因路廢景”。同時謹慎選擇高填深挖方案，科學有效的處理工程棄方，避免泥石流、滑坡等二次災害發生，破壞原始生態環境。

6)政策選線——保護生態紅線、基本農田。

“綠水青山就是金山銀山”，公路設計要充分響應國家關于生態紅線保護與基本農田保護的基本政策，科學合理的選擇線路走廊，對生態紅線和基本農田要避免侵占或者少占。

4 針對高原山區高速公路選線的技術措施

1)合理掌握平縱指標，控制工程規模。

設計過程中不盲目追求高指標，應在滿足規范要求的情況下，合理掌握平縱指標，使路線平縱線形與地形吻合，控制橋隧規模、高填深挖、特殊路基工程，從而有效控制工程造價。

2)加強地質調繪和勘探工作。

為確保路線方案的合理可行、營運可靠，在進行專業調查之前進行區域地質調繪，在充分掌握沿線不良地質分布基礎上進行線路選線。為確保工程設計基礎資料準確可靠，需加強地調和勘探工作。

a.充分收集資料、進行調查測繪，制定周密、細致的勘察方案，采用綜合勘探方法，提高勘探效率和成果精度，并按照勘探測試、報告編制、成果審定的程序進行，以保證勘察進度和質量。

b.地調工作：地質調繪是設計的基礎，通過對沿線軟弱地基、巖土類型、河谷兩側坡面穩定性、階地臺坎穩定性、河流側蝕情況、溝谷泥石流發展演化趨勢等進行調查分析，才能為路線方案布設提供可靠的依據。

c.勘察工作：合理布設勘探工作量，同時運用綜合勘察手段、相互驗證，確保工程地質勘察質量和進度。

3)避繞環境敏感區。

路線盡可能避繞風景區、自然保護區等環境敏感區，無法繞避時，采用橋梁跨越或者隧道穿越方案，以減少保護區內的用地規模和生態破壞。

4)設置一定數量的橋梁及動物通道。

高原面積分布廣泛，區域棲息著眾多野生動物甚至國家珍稀保護動物。因此，路線沿線應設置動物通道，在設置動物通道時，為減少動物對公路下穿通道的恐懼感，盡可能的選用較大跨徑的橋梁，同時保證分離式橋梁的橋墩對齊，開拓動物的觀察視野，便于野生動物更好的橫穿高速公路。

5)建立健全健康保障機構。

高寒地區寒冷缺氧，氣候惡劣，克服高原反應是公路建設運營所面臨的首要問題，因此在項目研究過程中要始終貫徹“以人為本”的健康理念，提出保證項目建設和運營的健康保障措施，建立相應的健康保障機構來應對高原地區的各種突發情況。

6)注重地質選項、地形選線。

結合地質條件擬定線路方案，盡量避開滑坡、泥石流堆積區、倒石堆、松散的洪積扇、不穩定的岸坡、陰坡等，在無法避讓時，應采取合理可靠的工程措施，確保工程安全、控制工程規模[4]。

7)采取合理措施，注重環境保護。

高原植被脆弱，自然環境較好，對環保、景觀要求高，設計方案應與沿線的自然環境、人文環境相協調，貫穿生態環保設計理念，盡量減少開挖面、對用地范圍內草皮切割保護。路基取土盡量選擇遠離視野植被稀疏的臺地，棄土盡量選擇隱蔽的位置，后期用公路范圍內草皮移植綠化。橋墩布設盡量抬高系梁減小對水流的影響，避免在河槽中心布設墩柱對河流行洪的影響[5]。

8)全壽命周期及建養一體化設計。

對于高原凍土路段，半剛性基層干溫縮作用更加劇烈，微裂縫更為發育，瀝青路面出現反射裂縫的風險也更大。路面設計應加厚瀝青層，降低半剛性基層層位，可減少車輛荷載及溫度荷載對半剛性基層的影響，減小半剛性基層所承受的溫度應力及荷載應力，以減緩微裂縫擴展速率，同時，較厚的瀝青層也有助于延長瀝青層層底裂縫擴展至路表的時間，提高路面耐久性。

5 局部路線選線研究實例

基于上述高寒地區高速公路選線的基本原則，并采取相應技術措施，查明并掌握工區的工程地質和氣候水文條件，注重地質選線，合理運用技術指標，采取科學合理方案繞避或處治不良地質病害體。同時注重環保選線，盡量避繞風景區、草原沼澤濕地，采取措施有效串聯路段美景，使線路融入高原美景，以解決高寒環境下選線的困難[6-7]。

5.1 龍日壩1號～2號隧道段

本段路線布設主要受地質地形、施工方案、環境影響等因素控制。選擇一條地質災害少、施工方案簡單同時對環境影響小的方案，是本段選線的關鍵。根據區域受控因素結合路線選線基本原則，本段提出K線、I線兩條路線方案進行比較。路線選線方案示意圖見圖1。

5.2 K線方案

K線起于K123+100，沿山體一側布線，靠山設橋梁或路基通過，在跨過河灘地后沿山腳一側布線，止于K線K133+500。本方案路線全長10.4 km。

5.3 I線方案

I線方案起于K線K123+100，經過沼澤地后分別以長900 m,1 010 m的隧道穿越山體，爾后跨過河灘地后沿山腳布線，I線終點IK132+150.059接線于K線K133+500，本方案路線全長9.05 km。K線與I線主要工程規模見表1。

5.4 多種控制因素下的方案比選

5.4.1 工程規模

從表1中可知：K線較I線長1.35 km，K線較I線里程增加13.6%，且K線設置了72°的大偏角曲線，對運營里程而言存在較明顯的繞行。I方案橋隧比59.9%，K線無隧道，橋隧比33.0%,從橋隧規模看K線具有優勢，但K線軟基處治工程量較大，里程較I線長1.95 km，同時I線造價較K線少0.37億元，因此從工程規模比較，I線具有優勢。

表1 I線與K線主要工程規模對比表

5.4.2 地形地質

I線選擇隧道方案，隧道位置地質條件較好，適宜建設，但隧道有局部淺埋。K線方案為完全傍山方案，部分路段橫斷面較陡，需設置順山體半幅橋，還有部分陡斜坡路基，具有一定安全隱患。

5.4.3 施工組織

I線與K線均需要跨越當地縣道(4.5 m寬的碎石道路)，均需要沿路線縱向提前修建施工便道，K線沿河線腐質土及軟基深，臨時便道工程規模較大，因此從施工組織上比較，I線具有一定優勢。

5.4.4 施工方案

I線需要新建兩座隧道，長度分別為900 m和1 010 m，屬于中長隧道，施工方案較成熟，難度不大，K線需要設置一座傍斜坡的半幅橋，橋梁施工方案成熟，I線與K線施工方案基本相當。

5.4.5 環境影響

K線沿河線腐質土及流沙層深，橋梁基礎及軟基處治工程較大，施工對沿河茂盛草原破壞較大，容易造成水土流失，也容易對河流造成污染，對高原環境不利，且I線占用土地較K線少，因此從環境影響方面，I線具有較大優勢。

經以上幾種控制因素的綜合比選，I線方案與K線方案在技術指標、工程規模、地質地形、施工組織與施工方案等綜合比較，I線具有工程規模小、環境影響小的優勢。因此，推薦I線方案。

6 結語

四川西部高原山區具有高海拔、高寒、低溫缺氧等典型自然氣候特征，區內群山峻嶺、溝壑縱橫，地形起伏大，地質環境復雜，災害頻發等眾多難點，對高速公路選線提出了嚴峻的挑戰。本文以四川省阿壩州某高速公路選線為例，從平縱指標合理掌握，地質測繪和勘探，地形地質選線、環境敏感區選線，全壽命周期及建養一體化設計等方面提出了具體的選線技術措施，可供類似地區高速公路選線參考。