山區高速公路設計理念及重難點分析

蒲俊霏

（四川沿江宜金高速公路有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

G4216線屏山新市至金陽段高速公路工程位于川、滇兩省省界金沙江一帶，起于宜賓市屏山縣新市鎮，經雷波，止于金陽，路線全長約167.8km。該項目是《國家公路網規劃（2013年-2030年）》中G4216線成都至麗江高速公路重要組成部分，亦為《四川省高速公路網規劃（2019-2035）》中“宜賓-雷波-金陽-寧南-攀枝花”高速公路的重要路段。項目全線按雙向四車道高速公路標準建設，設計速度采用80km/h，路基寬度25.5m，橋涵設計荷載采用公路-Ⅰ級。本文主要從山區高速公路設計所遵循的基本理念出發，結合工程實例分析設計工作的重難點，并提出與之相應的策略，以期能夠為我國基礎工程建設提供理論參考。

1 設計理念

由于山區地形地貌的特殊性，山區高速公路的設計應堅持生態選線、資源節約、技術先進等理念，實現尊重、保護、恢復自然的公路建設生態目標。

1.1 堅持生態選線理念

高速公路施工不可避免地會對建設范圍內原有的生態產生擾動，使其自然平衡發生變化，同時改變地區土地配置情況。對于敏感地帶的路段設計，還應當考慮生物多樣性的基本原則，適當采取避讓、跨越的方式來降低對地區生態的不利影響[1]。

在生態敏感地帶的公路選線，應當力圖避免該地區敏感區的破碎化，盡可能保證其具備足夠的整體性，以此為基礎提出相應的布線方法：敏感區邊緣法布線、最大斑塊法布線等。并且應當從選線、設計、施工等環節入手做到避讓農田林地、生態保護區，借助生態選線、生態防護等方式來控制線路選擇導致的土地資源占用。

對于項目建設沿線存在自然保護區、風景名勝的，路線應當遵照環保的基本原則，通過避讓的方式來降低擾動。對于部分難以通過避讓達到效果的，也可通過無害化穿越的方式來減弱由此導致的敏感點擾動，可借助方案比選來確定最佳線路。

1.2 堅持資源節約理念

公路建設應當盡可能做到對土地資源的保護，積極響應我國節能減排及清潔能源的號召，不斷推進廢棄材料的循環再利用。土地資源是我國經濟發展的重要因素，也是關切民生的重要大事，因此在設計時就需要貫徹落實“節約用地”的原則，并在施工過程中采取多樣化的措施來提升土地利用率。

路基土方工程是公路建設的基礎，同時也是影響環境生態的關鍵工序，其不僅主導著項目整體的造價及工藝技術的選擇，同時還可能導致周邊環境劣化以后需環境治理的風險。在具體高速公路項目中，棄渣是一項比較突出的隱患，常常會導致生態破壞及安全隱患，棄渣的治理被看作是表征項目綜合綠化水平的指標。一方面，以土方平衡的原則需要借助路線優化來減少不必要的挖填不平衡問題，以此來控制棄渣量；同時，還應考慮到棄渣的合理循環，將其用于地方土建、反壓護道等工程建設中，提升其循環效率。需要注意的是，棄渣的循環應當嚴格遵照“三級篩選”來進行篩分，其篩選得到的循環料主要以就地破碎的形式制備成可再利用的材料，而其中的優質碎石還可用作隧道襯砌的混凝土骨料，次級碎石能夠被用作碎石墊層，其他的一般用作路基填筑[2]。

挖填方是決定土地利用率的關鍵環節，也是影響環境保護的主要因素。該項目按照“零借方、少棄方”的理念，強化生態保護的力度，力圖提升自然和諧的水平。

1.3 堅持技術先進理念

合理確定互通式立交的型式及位置：基于當地交通運輸量及地形地勢變化，對立交設計參數進行適當的調整，一般可降低其平縱面指標的選擇，并盡可能提升立交與當地地質、地形之間的適應性，以此來起到控制土方工程量的目的。同時，服務區的選址也是一項重要因素：充分考慮立交的設計位置，依托當地地形地勢來選擇最佳的服務區位置，在保證服務區場地平整的基礎上減少高填深挖發生的風險，使得立交能夠與周邊自然環境形成良好的視覺組合，并且考慮到立交與主線的連接。應當盡可能利用已有自然環境，使其能夠吸引乘客，集成休息服務、觀光旅游等多項功能于一體。對以上設計利用BIM技術，為公路建設提供了全新的思路，能夠對各項環節進行動態專業設計[3]。此外，交通安全的創新：譬如借助先進反光材料來警示司機，為其提供醒目的指引。

在隧道口位置應當充分重視生態修復工作，秉承綠色、環保的基本理念，從零開挖、景觀綠化等層面入手進行深化設計[4]。一般而言，隧道口的景觀綠化應當涵蓋中央三角區、洞口上方及附近邊坡，可借助灌木喬木進行自然裁種，同時在其間點綴適當景觀小品，以此來提升隧道口綠化的層次，保證其生動自然。

2 設計重難點及對策分析

2.1 復雜地形地質問題

（1）復雜地質情況的隧道。對于山區高速公路建設涉及到的特長隧道等影響因素較為復雜的路段，受到地質條件的制約，其構造變異性往往也較為突出。該情況需要結合初步地質勘察得到的結果進一步深化平面地質調繪，同時結合實地調研與走訪來完善地質數據；此外，還可借助音頻大地電磁法、高密度電法等方法來進行物探，但其一般需要按照縱向進行布置，并以此為基礎采取鉆孔取樣的方式來輔助驗證。鉆孔取芯一般需要基于當地地質條件及地形地勢來布置孔位，同時強化對孔內狀態的監測，借助地應力測試、聲波測井等方法來綜合評價當地地質情況。

（2）水庫塌岸。對于該項目而言，水庫塌岸問題主要會對路基、橋梁產生突出的不良影響，通過初步勘察能夠大致確定其穩定性評價結果，而在后續勘察工作中還應當深入研究重點位置的穩定性發展情況，尤其是需要關注塌岸影響范圍內橋墩的狀態，評估其邊坡及隧道口位置的情況，有針對性地調查取樣獲得相應的數據，并可借助庫岸垂直方向上的勘探剖面來描述其構造狀態，結合原位測試及室內試驗結果得出量化結果，提出與之相應的措施。

（3）隧道路段的地質環境中存在大量的灰巖。在該項目中針對巖溶路段的勘察借鑒了大量已有工程經驗，同時結合地質測繪來選擇最佳的物探方法。在該工程的勘察方案中主要包括了高密度電法及彈性波CT等，同時基于不同構造面的特點來確定與之相應的物探技術，如有必要可綜合使用多種物探技術，并在此基礎上解釋鉆孔取芯的分析結果。若巖溶發育程度較深，則還應當做相應的水文地質勘察。

2.2 連續長下坡路段運營安全設計

可在設計中的適當位置增設工程量來平衡各路段的縱坡，使得縱坡坡度被控制在合理范圍內，保障行車過程的安全性。此外，還可超前檢測運行速度，并在縱坡的上端設置服務區，該服務區應不僅能夠為過往車輛提供制動檢查服務外，還能夠為司機提供后續路況信息，建立起集檢查、休息、加油等多項功能為一體的服務區。如有必要，服務區還應當對特殊條件下的駕車風險及避險車道進行預告，幫助行車人員提供信息服務。充分基于當地地形地勢分布，在長縱坡的坡底位置布置避險車道，以此來為行車提供避險空間。研究表明，設置適當的避險車道，不僅能夠起到分隔車流的作用，減少失控車輛對正常車流的安全危害，還能夠對駛入避險車道的車輛起到減速、減傷的作用。路側護欄的設置應當密切聯系具體交通布置及路側地質條件來確定，并選擇最佳的護欄型式及防撞等級。

2.3 橋梁選型、設計及施工問題

橋梁型式的選擇往往直接決定著其設計方案的合理性、施工過程的可行性以及項目整體的經濟性。

（1）制定合適的橋型方案：橋型應當基于工程實際條件及建設需求來確定，充分發揮因地制宜的理念，并考慮到施工過程可能出現的各類問題，綜合提升施工的經濟性、安全性等，使得橋型能夠滿足多項工程基本要求。

（2）避繞地質災害：對于存在不良地質條件的區域，一般可借助大跨度橋梁、隧道等來跨越，其不僅能夠避免由此可能產生的結構損壞，同時還能緩解工程建設對環境的擾動。

（3）選擇適當的下部結構：為了適應不同地形條件，降低施工難度，對于簡支體系一般可采取以下三種方式進行處理：首先可以適當縮小橋墩間距，這不僅能夠降低樁基之間的相互影響，減弱由此導致的環境破壞，同時還有助于加快施工效率，提升項目整體經濟效益；其次，可以優先選用扁墩設計，以此來降低開挖工程量，并提升橋梁外部造型的美觀性；此外，還可以選用整幅雙柱結構，減少對原有地形的開挖，適應不同地形條件。

一般橋梁在設計時大多依據標準化、固定化的結構而展開。而該項目的設計則應當密切聯系項目當地的地形地勢特點、附近構筑物分布，來對橋梁跨徑、尺寸進行深化分析。其上部結構應當優先選用裝配預制式結構，以此來改善項目整體的效率。借助工廠批量生產能夠實現對構件的快速成型，而現澆部分也可通過工廠半預制的方式來改善施工質量[5]。

2.4 高橋隧比路段運營安全問題

在該項目中，隧道總里程的占比較高，就很容易導致行車人員產生焦慮情緒，影響正常行車。此外，若隧道內發生安全事故，救援工作的開展也將面對較大的難度。可采取以下措施來改善隧道運營安全性：盡可能擴大隧道的邊界，以此來緩解狹窄空間帶來的不安感，同時也為救援工作的開展提供足夠空間；在隧道內加設緊急停車帶，且其長度不應小于100m，在其間每隔適當距離設置加長停車帶。強化安全標識布置，通過設置具有誘導作用的標識牌來警示行車人員。

2.5 互通選址、選型問題

在互通選址時，受到山區復雜地形的限制，同時隧道、橋梁分布較為復雜，這就導致互通的布置難度較大，大部分互通交通存在高差高、地質條件惡劣的缺陷。所以互通選址應當密切聯系當地實際條件來確定，同時應當盡可能減小對附近居民及環境的影響，控制對農田耕地的占用，選用合適的平縱線形指標。

該項目充分考慮實際交通量、長期規劃、視覺美觀、工程造價等因素，最終選定為互通式。在山區高速公路中選用互通式，應當重視匝道的技術指標，使其能夠滿足交通需求及場地條件。若互通式連接主要連接鄉鎮與縣城，則其需要適當提高指標選擇的標準，確保其功能的可靠性。

3 結束語

總體來看，山區高速公路應當確定與之相應的設計要點及行業規范，密切聯系項目實際條件，優先選用先進理念，明確項目開展的關鍵問題及主要制約因素，采取切實有效的措施降低工程建設可能產生的環境破壞程度，通過全面優化設計實現綜合成本、質量、周期、生態等多項指標達到優秀。