山區高速公路設計優化的思路和方法

梁 飛

北京市工程咨詢有限公司 北京 102200

當前，我國中東部平原區的高速公路網已大致建設完成，西南地區山區較多，地形地貌更為復雜，建設高速公路的成本更高且投資回報率也更差，建設高速公路的難度也相對更高。在山區高速公路建設項目前期，技術人員進行勘察設計時應當結合地質條件、技術標準等因素盡可能優化設計方案，在保障工程安全性的基礎上減少建設成本，以爭取更多的經濟效益。因此，探索山區高速公路設計優化的思路與方法具有重要意義。

1 山區高速公路設計優化的基本概述

我國目前的高速公路建設模式多數為常規的建設管理模式，通過合理的市場競爭，選擇具有正規資質的單位負責項目的勘察設計與施工工作[1]。隨著我國社會經濟水平的飛速發展，勘察設計行業所面臨的市場競爭形式越發嚴峻。部分勘察設計單位存在設計經費不足、設計周期較短等問題，不夠重視對技術人員的投入，在市場競爭中難以取得優勢。還有一些勘察設計單位進取心不足，認為所得成果只要滿足業主需求與行業相關規范便可，難以增長綜合實力。因此，項目業主單位選擇承擔山區高速公路項目的勘察設計單位時要保持慎重的態度，選取具有正規資質與足夠實力的勘察設計單位[2]。勘察設計單位在設計山區高速公路項目時容易被地形地質、周邊環境等因素所影響，想要優化其設計存在一定的難度。

設計優化工作通常由項目業主單位交由勘察設計單位負責，勘察設計單位對山區高速公路設計進行優化需要于項目初設批復一直到交工驗收的期間內，利用提升設計技術經濟合理性、調整改進施工圖設計方案等手段，將提升工程安全性與節約投資當作目標，開展設計優化活動，從而有效縮減項目的建設成本[3-4]。勘察設計單位要在滿足設計規范與使用功能的基礎上，提出更為科學可行的設計方案。山區高速公路有較高的橋梁隧道占比，同平原區相比，山區的水文地質、環境條件更為復雜，在山區建設高速公路需要面對基本農田補償難度較大、環境敏感點較多等問題，勘察設計單位進行設計優化時要充分了解掌握工程的可行性研究報告、施工圖文件等相關資料，還需深入研究施工難度、項目用地、建設運營成本等內容。

2 山區高速公路設計優化的基本原則

2.1 保障工程安全

簡單來說，山區高速公路設計優化工作是在滿足相關要求與規范、保證工程安全性的前提下，靈活選擇路線平縱面技術指標，合理縮減工程規模，結合施工難度、保護環境等相關因素而進行的設計優化活動[5]。勘察設計單位在進行設計優化時要堅持安全至上的理念，保障項目建設安全與運營安全，堅守紅線意識。

2.2 降低工程造價

現如今，受到勘察設計周期、建設成本等方面的影響，山區高速公路項目建設方案存在照搬照抄現象，設計太過粗放[6]。比如，橋梁設計時樁長不斷增長、互通指標把握靈活性不足等。同時，還有一些勘察設計單位為規避風險，制定相關結構尺寸時選用太過保守。勘察設計單位在進行設計優化時應當將現場實際情況同地勘結果相結合，通過多次的比選論證，在保障工程質量的基礎上縮減工程規模，以減少項目的建設成本。勘察設計單位在開展總體設計時需要全面勘察項目范圍內的地形地質，按照地質條件明確路線走向，盡量避免不良地質或是特殊巖土，讓構造物與路線指標更大程度適應地形走勢，從而降低填挖工程量，降低工程造價。

2.3 保護自然環境

以往建設山區高速公路時曾出現環境污染、植被破壞、水土流失等問題，勘察設計單位在進行優化設計時要總結以往經驗，規避以前出現過的問題，貫徹保護自然環境的理念，在優化方案時繞開不良地質地段，降低高填深挖次數，做好相關防護措施，盡量在降低工程造價與保護自然環境之間保持平衡，防止出現“先破壞后治理”現象，盡可能保護原有的生態環境[7]。

2.4 節約土地資源

山區的土地資源較為緊缺，農業用地比較貧瘠，建設山區高速公路容易占用基本農田用地，降低耕地面積，可能引發環境、人口與資源間的矛盾。勘察設計單位在建設山區高速公路時要科學確定建設規模，節約土地資源，不過分追求高標準，將用地指標當作設計優化的關鍵控制因素[8]。尤其是河谷階地與山間平原，這些區域可能是當地居民的居住地，勘察設計單位在優化設計時要堅守土地紅線，盡可能避免占用基本農田用地，降低拆遷工程量。

3 山區高速公路設計的重難點

3.1 復雜地形地質問題

3.1.1 水庫塌岸

水庫是用于調節水流、攔洪蓄水的建筑物，建造于河流或是山溝的狹口處，山區有一定的可能性出現水庫。水庫塌岸會對橋梁與路基形成嚴重影響，勘察設計單位針對水庫塌岸問題，可對其進行勘察評價其穩定性，分析重點位置，研究其穩定性發展情況，對橋墩、邊坡、隧道口等位置進行調查取樣，通過庫岸垂直方向的勘探剖面掌握其構造狀態，以采取相對性的處理措施[9]。

3.1.2 地質復雜的隧道

山區的地質比平原區更復雜，建設山區高速公路時可能涉及特長隧道等路段，其構造變異性會被地質條件影響。勘察設計單位針對地質復雜的隧道，需結合地質勘察所得結果進行平面地質調繪，進行實地調研以健全地質數據，同時利用高密度電法等手段實施物探，全面掌握隧道情況后再制定施工方案。

3.1.3 隧道路段的地質環境中有大量灰巖

在山區高速公路建設時可能遇到巖溶路段，勘察設計單位需運用地質測繪選用合理的物探方法，可結合實際情況聯合采用多種物探技術，在此前提下分析探究鉆孔取芯分析結果。通常情況下，鉆孔取芯需結合該地區的地形地勢與地質條件進行孔位布置，密切監測孔內狀態，通過應力測試等手段綜合評估該地區的地質情況。

3.2 橋梁選型、設計與施工問題

3.2.1 制定科學的橋型方案

勘察設計單位需要結合當地的實際條件與工程建設需求制定科學的橋型方案，堅持因地制宜的觀念，提前考量到施工階段的風險并做好預防措施，從而提高施工的安全性與經濟性，讓橋型可符合多項工程的相關要求。

3.2.2 選擇合理的下部結構

選擇合理的下部結構可有效減小施工難度，勘察設計單位通常情況下可運用以下三種處理方法：第一，合理縮減橋墩的間距，可減輕樁基間的影響，減輕環境破壞程度，還可提升施工效率，加快施工進度；第二，采用扁墩設計，可減少開挖工程量，提高橋梁美觀性；第三，采用整幅雙柱結構，減輕對原地形的破壞[10]。

3.2.3 避繞地質災害

勘察設計單位可能在山間遇到地質條件不良的區域，可利用隧道、大跨度橋梁等手段跨越此類不良地質條件的區域，防止出現結構損壞，還可減輕工程建設對于周邊環境的擾動，有利于保護當地的自然環境。

3.3 連續長下坡路段運營安全設計

勘察設計單位面對連續長下坡路段，可在合理位置增設一定的工程量，使得各路段的縱坡變得更為平衡，科學調控縱坡坡度有助于提升行車安全性。與此同時，勘察設計單位還可對該路段的運行速度進行超前檢測，將服務區設立在縱坡路段的上端，使其能夠為過往車輛提供后續的路況信息與制動檢查等服務[11]。勘察設計單位可結合該地區的地形地勢分布情況，在連續長下坡路段的坡底位置建設避險車道，可分隔車流，降低失控車輛所造成的安全危害，還可對進入避險車道的車輛發揮降速、減傷的效果。勘察設計單位可按照路側的地質條件與該地區的實際交通布置選擇恰當的護欄型式與防撞等級，盡可能保障過往車輛的行車安全。

3.4 長隧道路段運營安全問題

勘察設計單位若是遇到隧道里程占比較高的山間高速公路施工項目，應當重視運營安全問題，長時間在隧道中駕駛可能會增加行車人員的焦躁情緒，對行車安全性產生不良影響。除此之外，如果在隧道中出現安全事故，救援人員開展救援工作時也會受到周邊環境的干擾。為提升隧道運營的安全性，勘察設計單位可通過以下方法降低安全隱患：一是盡量擴大隧道邊界，使得隧道的空間變得更大，減輕行車人員因為狹窄空間而產生的不適感，也可為救援人員開展工作提供更大的空間；二是設置長度超過100m 的緊急停車帶，布置安全標識，利用較為顯眼的標識牌對來往的行車人員進行警示。

3.5 互通選址與選型問題

山區地形復雜，許多區域存在地質條件差、互通交通高差高等弊端，建設高速公路難度較大。勘察設計單位進行互通選址時要考慮橋梁、隧道的分布情況，充分考量當地的地形條件，盡量降低對周邊環境與居民的影響、避免占用農業用地，選擇恰當的平縱線形指標。當勘察技術單位決定選用互通式后，要保證匝道的技術指標可滿足該區域的場地條件與實際交通需求。如果互通式的連接范圍不僅在山區，連接到鄉鎮及縣城，勘察設計單位需合理提升指標選擇標準，保障其功能的可靠性。

4 山區高速公路設計優化的思路與方法

開展山區高速公路設計優化工作需要發揮項目公司、承包單位與設計單位的主觀能動性，通過勘察設計單位的團隊智慧，盡量提升施工圖設計文件的設計深度與經濟合理性，積極對設計方案進行調整優化，以獲取最優的設計方案。勘察設計單位優化山區高速公路應當在掌握施工圖設計成果的前提下，結合項目地質勘察結果、土地資源條件、環境敏感區等因素，綜合考量評估設計優化工作的實施條件。在工程建設中，設計是其靈魂。勘察設計單位優化山區高速公路設計時應當做到以下幾點：第一，樹立全壽命周期成本的觀念，在優化設計時不僅要考慮經濟效益，還要將提高山區高速公路的長期社會效益當作優化目標；第二，堅守安全至上的設計理念，特別是對于建設條件復雜的施工項目，在優化設計時需堅持地質選線、安全選線的原則，守住安全紅線；第三，以縮減工程規模及投資為目的，在優化設計時保持避大治小、靈活實用、分級處理的思路；第四，降低施工難度并保證方案的合理性，合理調整路線方案；第五，堅持保護自然環境、節約社會資源的理念，選用占用資源少、對周邊環境影響小的設計方案。

原施工圖設計是進行山區高速公路設計優化工作的基礎，勘察設計單位應結合原施工圖深入探索具有造價優勢的段落，不宜直接在全線開展調查研究。勘察設計單位開展山區高速公路設計優化工作可分為以下兩個階段：一是在完成施工圖設計后至報批設計文件前。此時項目還沒有進行實質性開工，勘察設計單位由路線總體角度開展平縱面研究，選取具有明顯優勢的段落實施優化設計，盡量提升設計深入，此階段開展設計優化工作效果良好，無需面臨太大風險，不會因為優化設計導致工程被廢棄；二是在批復施工圖設計文件后的施工時期。在此階段開展設計優化工作的目的為深入發掘施工設計文件中內含的優化空間，利用局部優化提升施工方案的經濟合理性，勘察設計單位要將優化設計維持在一個較小的范圍內，比如減少橋梁孔跨、減少路基土石方等，以免出現廢棄工程，浪費資金、人力的同時增加施工時間，延誤施工進度。

5 結語

在山區高速公路建設前期對施工圖設計進行優化，改進施工圖設計方案，可有效提升設計技術的經濟合理性，在保證工程安全性的基礎上，降低項目建設與運營成本，獲取更多的經濟效益及社會效益。當前，設計優化在質量責任劃分、項目管理與審批等方面尚無明確規定，存在一定爭議，需相關部門加以管理。本文從技術角度分析山區高速公路設計的重難點，并提出山區高速公路設計優化的思路與方法，以期為后續的設計優化活動提供一定的資料參考。