公路總體設(shè)計的地質(zhì)選線思路、原則與方法

龔詩照，諶育雄

（1.湖南大學(xué)設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙 410000；2.中機國際工程設(shè)計研究院有限責任公司，湖南 長沙 410000）

0 引言

公路選線是指在確定公路起點、終點和中間控制點的基礎(chǔ)上，根據(jù)公路的功能和技術(shù)等級，綜合考慮自然條件、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、社會經(jīng)濟等多方面因素，采用科學(xué)合理的思路、原則和方法，尋求最優(yōu)路線方案的過程。公路選線是公路總體設(shè)計的重要內(nèi)容，直接影響著公路的技術(shù)標準、工程造價、運營效益和環(huán)境影響。因此，在公路選線過程中，工程師應(yīng)充分發(fā)揮自身的創(chuàng)造性和綜合能力，遵循科學(xué)性和藝術(shù)性相結(jié)合的原則，以達到經(jīng)濟合理、安全可靠、美觀協(xié)調(diào)、環(huán)境友好的目的。

1 公路選線基本思路

公路選線的基本思路是指在公路選線的過程中所應(yīng)遵循的一般原則和方法，以及應(yīng)注意的重點和難點。公路選線的基本思路可以概括為以下幾點：

1.1 以功能為導(dǎo)向

根據(jù)公路的功能需求和技術(shù)等級，確定公路的走向、長度、平面線形、縱斷面形式、車道數(shù)等基本參數(shù)，并作為選線的依據(jù)和約束。第一，公路的功能需求和技術(shù)等級是影響公路選線的首要因素，其決定了公路的服務(wù)水平、運輸能力、行車速度、安全性能等指標。第二，公路的走向應(yīng)符合交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和區(qū)域發(fā)展目標，滿足交通需求和社會效益。第三，公路的長度應(yīng)盡量縮短，以降低工程造價和運營成本，提高投資效益。第四，應(yīng)根據(jù)地形條件和視覺效果，合理選擇直線、圓曲線、緩和曲線等公路的平面線形，以保證行車舒適度和安全性。第五，應(yīng)根據(jù)地形高差和水文條件，合理選擇坡度、豎曲線、橋涵等公路縱斷面形式，以保證行車安全性和排水性。第六，應(yīng)根據(jù)交通量和服務(wù)水平，合理確定單向或雙向車道數(shù)，以保證運輸能力和通行效率[1]。

1.2 以地形為依托

充分利用自然地形的有利條件，盡量避免或減少對自然地形的改變，使公路與地形相適應(yīng)，以達到節(jié)約土石方、降低工程造價、提高行車舒適度和安全性的目的。自然地形是影響公路選線的重要因素，其決定公路平面線形和縱斷面形式的可行性和合理性。在平原地區(qū)，地形較為平坦開闊，可采用直線或大半徑圓曲線為主要元素，使公路走向簡潔明快，以此提高行車速度。在山區(qū)地區(qū)，地形較為復(fù)雜多變，可采用小半徑圓曲線或多圓復(fù)曲線為主要元素，使公路走向能夠順應(yīng)山勢變化，同時降低填挖方量。在河谷地區(qū)，地形受河流影響較大，可采用沿河或越河為主要方式，使公路走向適應(yīng)水文條件，從而減少橋涵工程量。

1.3 加強地質(zhì)控制

應(yīng)重視工程地質(zhì)和水文地質(zhì)對公路結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和行車安全的影響，盡量繞開或縮小不良地質(zhì)區(qū)域的穿越范圍，并采取必要的工程措施，以防止或減輕滑坡、崩塌、泥石流等災(zāi)害。工程地質(zhì)和水文地質(zhì)是影響公路選線的關(guān)鍵因素，其決定了公路的地基承載力、抗滑穩(wěn)定性、排水性能等指標。公路選線應(yīng)盡量避讓或減少在軟土、泥沼、沙漠等區(qū)域的穿越，以免造成路基沉降、變形、破壞等問題；盡量繞開或縮小在滑坡、崩塌、泥石流等區(qū)域的穿越，以免造成路基破壞、堵塞、沖毀等問題；盡量避開或遠離地震、斷層、巖溶等區(qū)域，以免造成路基裂縫、塌陷、涌水等問題。

1.4 加大環(huán)保力度

應(yīng)盡量減少對自然資源和生態(tài)系統(tǒng)的破壞和污染，尊重自然景觀和人文環(huán)境，使公路與周圍環(huán)境形成良好的視覺效果和空間關(guān)系，以此促進區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展和人民生活水平的提高。環(huán)境保護是影響公路選線的重要因素，其決定了公路的社會效益和可持續(xù)發(fā)展性。公路選線應(yīng)盡量減少對農(nóng)田、林地、草地等地區(qū)的占用或切割，以免造成土地資源浪費和生態(tài)系統(tǒng)破壞；盡量保持或突出風景名勝、歷史文化、民族風情等地區(qū)的特色和風貌，以免造成景觀資源損失和文化遺產(chǎn)破壞；盡量減少對業(yè)區(qū)、城鎮(zhèn)區(qū)、居民區(qū)等地區(qū)的干擾或污染，以免造成噪聲、廢氣、廢水等環(huán)境問題[2]。

2 公路選線一般原則

2.1 比選原則

在公路選線過程中，應(yīng)采用多方案設(shè)計、多角度評價、多層次論證的方法，對各個方案進行比較選擇，選出最優(yōu)的方案，并對其進行優(yōu)化調(diào)整。

首先，多方案設(shè)計是指在確定公路起點、終點和中間控制點的基礎(chǔ)上，根據(jù)公路技術(shù)標準和設(shè)計規(guī)范，綜合考慮各種因素，采用合適的方法，設(shè)計出若干個可行的路線方案，并進行初步評價。

其次，多角度評價是指對各個路線方案進行深入且細致的比較分析，從技術(shù)、經(jīng)濟、安全、美觀、環(huán)境等方面，采用定性和定量的方法，確定各個方案的優(yōu)劣和差異。

最后，多層次論證是指對最優(yōu)路線方案進行全面、系統(tǒng)的論證，采用科學(xué)的方法和手段，驗證其技術(shù)可行性、經(jīng)濟合理性、安全可靠性、美觀協(xié)調(diào)性、環(huán)境友好性等，并在此基礎(chǔ)上提出改進意見和建議。

2.2 安全性原則

應(yīng)在確保道路穩(wěn)固與駕駛安全的基礎(chǔ)上，選擇最優(yōu)道路設(shè)計。對于存在明顯工程地質(zhì)風險或其他潛在安全問題的區(qū)域，應(yīng)采取必要的安全措施[3]。工程地質(zhì)風險可能是由于地質(zhì)狀態(tài)欠佳或人為因素導(dǎo)致的滑坡、塌陷、泥石流等事件，可能對道路的穩(wěn)定性和駕駛安全構(gòu)成重大風險。其他的潛在威脅，如由自然災(zāi)害或人為行為導(dǎo)致的地震、洪澇、火災(zāi)等，也可能對道路的完整性和安全駕駛造成影響。因此，進行道路規(guī)劃時，需深入考慮這些風險，并實施如規(guī)避高風險地帶、加強地質(zhì)調(diào)查、建立防護措施或預(yù)警系統(tǒng)等手段。

2.3 均衡性原則

均衡原則是公路選線的核心原則，其體現(xiàn)了公路選線的合理性和經(jīng)濟性。因此，在公路選線過程中，應(yīng)充分考慮公路技術(shù)標準與工程造價、運營效益與環(huán)境影響等對立因素之間的平衡關(guān)系，并基于此找出最佳折中方案。

首先，公路技術(shù)標準是指公路設(shè)計中所遵循的技術(shù)規(guī)范和要求，包括平面線形、縱斷面形式、路基寬度、路面結(jié)構(gòu)、橋梁隧道等方面，公路技術(shù)標準直接影響公路的服務(wù)水平、運輸能力、行車速度、安全性能等指標。

其次，工程造價是指公路建設(shè)中所需的資金投入，包括土石方工程、路基工程、路面工程、橋梁工程、隧道工程等，工程造價直接影響公路的投資效益和回收期。

再次，運營效益是指公路運營中所產(chǎn)生的經(jīng)濟收益，包括通行費收入、運輸成本節(jié)省、時間價值提高等，運營效益直接影響公路工程的經(jīng)濟效益和社會效益。

最后，環(huán)境影響是指公路建設(shè)和運營對自然資源、生態(tài)系統(tǒng)的破壞與污染等問題，包括土地資源損失、生態(tài)系統(tǒng)破壞、噪聲污染、廢氣污染、廢水污染等，環(huán)境影響會直接影響公路的環(huán)境效益和可持續(xù)發(fā)展。

綜上，在公路選線過程中，應(yīng)在滿足公路功能需求和技術(shù)要求的前提下，綜合考慮這些因素，選出一條最優(yōu)的路線方案，實現(xiàn)經(jīng)濟合理、安全可靠、美觀協(xié)調(diào)、環(huán)境友好。

2.4 協(xié)調(diào)性原則

協(xié)調(diào)原則是公路選線的重要原則，其能夠體現(xiàn)公路選線的美學(xué)性和人文性。因此，在公路選線過程中，應(yīng)注意公路內(nèi)部各要素之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，如平面線形與縱斷面形式、路基寬度與路面結(jié)構(gòu)、橋梁與隧道等，使公路風格統(tǒng)一和諧。同時，應(yīng)注意公路與外部環(huán)境之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，如公路與交通網(wǎng)絡(luò)、公路與自然景觀、公路與人文環(huán)境等，使公路與周圍環(huán)境相融合。

首先，平面線形與縱斷面形式是指公路在平面和豎直方向上的幾何形狀，包括直線、圓曲線、緩和曲線、坡度、豎曲線等元素，平面線形與縱斷面形式直接影響公路行車舒適度和安全性。因此，在公路選線過程中，應(yīng)根據(jù)地形條件和視覺效果，合理選擇平面線形和縱斷面形式，并使之相互協(xié)調(diào)，避免出現(xiàn)過于復(fù)雜或突兀的變化。

其次，路基寬度與路面結(jié)構(gòu)是指公路在橫向上的尺寸和構(gòu)造，包括車道數(shù)、車道寬度、硬化方式、排水設(shè)施等元素，路基寬度與路面結(jié)構(gòu)直接影響公路的運輸能力和排水性能。在公路選線過程中，應(yīng)根據(jù)交通量和服務(wù)水平，合理確定車道數(shù)和車道寬度，并根據(jù)地質(zhì)條件和氣候條件，合理選擇硬化方式和排水設(shè)施，并使之相互協(xié)調(diào)，避免出現(xiàn)過窄或過寬的情況。

最后，橋梁與隧道是指公路在特殊地段或障礙物處采用的跨越或穿越方式，包括橋型、橋長、橋?qū)?、隧型、隧長、隧寬等元素，橋梁與隧道直接影響公路的通行性能和工程造價。因此，在公路選線過程中，應(yīng)根據(jù)地形條件和經(jīng)濟條件，合理選擇橋梁與隧道的方式和參數(shù)，并確保其能夠與公路平面線形和縱斷面形式相協(xié)調(diào)，避免出現(xiàn)過于陡峭或曲折的情況。此外，橋梁與隧道的協(xié)調(diào)性還體現(xiàn)在美觀性方面，因此應(yīng)盡量保持或突出橋梁與隧道的特色和風格，使之與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)[4]。

2.5 以用戶為中心

應(yīng)根據(jù)公路的使用者和受益者的需求和期望，確定公路的服務(wù)對象、服務(wù)水平、服務(wù)內(nèi)容等基本要素，并以其作為選線的導(dǎo)向和目標。公路的使用者和受益者是影響公路選線的重要因素，其決定了公路的社會效益和用戶滿意度。公路的服務(wù)對象應(yīng)包括不同類型、不同規(guī)模、不同方向的交通流量，如客運量、貨運量、旅游量等，應(yīng)根據(jù)其特點和需求，提供相應(yīng)的服務(wù)設(shè)施和措施，如停車場、加油站、服務(wù)區(qū)、景觀點等。公路的服務(wù)水平應(yīng)符合公路的技術(shù)等級和功能定位，如設(shè)計速度、通行能力、舒適度、安全度等，需要根據(jù)其變化和發(fā)展及時進行調(diào)整和改善。公路的服務(wù)內(nèi)容應(yīng)涵蓋公路建設(shè)、運營、維護、管理等各個方面，應(yīng)根據(jù)用戶的反饋和評價，不斷改進服務(wù)模式，提高服務(wù)質(zhì)量和效率。

3 公路選線常用方法

公路選線方法是指在公路選線過程中，應(yīng)采用的一些技術(shù)手段和工具，以便更好地完成全面布局、逐段安排和具體定線三個步驟，進而選出最優(yōu)的路線方案，并進行優(yōu)化調(diào)整。公路選線常用方法如下：

3.1 視察法

利用人的視覺、聽覺、嗅覺等感官，直接觀察、感受和判斷路線通過地區(qū)的地形、地質(zhì)、水文、氣候、植被、人文等自然和社會條件，初步確定路線的走向、控制點和難點，并進行初步評價。視察法是公路選線中最基本同時也是最重要的方法，是其他方法的基礎(chǔ)和補充，也是最能體現(xiàn)設(shè)計者主觀能動性和創(chuàng)造力的方法。該方法一般在全面布局階段采用，也可在逐段安排和具體定線階段用于補充和修正其他方法。

3.2 地形圖法

利用比例尺較大（一般為1∶10000～1∶50000）的地形圖，根據(jù)圖上所反映的地形、地物、水系等信息，按照公路技術(shù)標準和設(shè)計規(guī)范，繪制出若干個可行的路線方案，并進行初步評價。地形圖法是公路選線中最常用也最有效的方法，可以比較全面地反映路線通過地區(qū)的自然條件，也可以比較直觀地進行方案比較和優(yōu)化。地形圖法一般在全面布局和逐段安排階段進行，也可在具體定線階段進行修正和調(diào)整。

3.3 直接定線法

利用比例尺較?。ㄒ话銥?∶500～1∶2000）的詳細測量圖或?qū)嵉販y量數(shù)據(jù)，根據(jù)公路技術(shù)標準和設(shè)計規(guī)范，直接在圖上或現(xiàn)場確定公路中線的位置，并進行精確計算。直接定線法是公路選線中最精確也是最復(fù)雜的方法，可以最終確定公路中線的幾何形狀和尺寸參數(shù)，也可以最大限度地考慮各種因素的影響。直接定線法一般在具體定線階段進行，也可在逐段安排或階段進行部分應(yīng)用[5]。

3.4 數(shù)字化法

利用計算機技術(shù)和數(shù)字化工具，將地形圖、地質(zhì)圖、擬選路線平面圖等圖件資料進行數(shù)字化處理，建立不同因素之間的空間關(guān)系模型，并運用數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化算法，對各個路線方案進行深入、細致的分析比較，以得出最優(yōu)或次優(yōu)方案。數(shù)字化法是公路選線中最先進也是最高效的方法，其可以大幅度提高公路選線的科學(xué)性和客觀性，也可以大幅度節(jié)省公路選線的時間和成本。數(shù)字化法一般在逐段安排和具體定線階段采用，也可在全面布局階段作為輔助手段。

4 結(jié)語

公路選線是公路總體設(shè)計的重要內(nèi)容，直接影響公路工程的技術(shù)性、經(jīng)濟性、環(huán)境性等各方面指標。在選線過程中，應(yīng)遵循以功能為導(dǎo)向、以地形為依托、加強地質(zhì)控制、加大環(huán)境保護力度等基本思路，堅持將比選、安全、均衡、協(xié)調(diào)、以用戶為中心作為基本原則，并采用視察法、地形圖法、直接定線法、數(shù)字化法等技術(shù)手段，綜合考慮各方面因素，設(shè)計并比較多套方案，最終選出既安全又經(jīng)濟且對環(huán)境影響較小的最優(yōu)方案，保證公路建設(shè)質(zhì)量與效益，為民眾提供安全、舒適、可靠的出行條件。