考慮地質條件的山區公路設計關鍵技術研究

摘要 山區地質條件的復雜性對二級公路設計提出了更高的挑戰。文章旨在探討在地質條件下，山區二級公路設計的關鍵技術，以提升設計的精準性和施工的安全性。首先，以貴州省某山區的二級公路項目為例，詳細分析了考慮地質條件的二級公路設計技術，關鍵技術涉及綜合地質勘察、路線設計、縱坡設計、橋隧設計等方面；然后，應用這些技術后，基于貴州省某山區的地質勘察結果，進行了路線、縱坡、橋隧等的設計工作，并通過公路線路比選確定了該項目最佳的二級公路路線，從而顯著提升了山區二級公路設計的質量及施工的安全性。

關鍵詞 地質條件；山區；二級公路設計；關鍵技術；路線設計；地質選線

中圖分類號 U412.3 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）03-0084-03

0 引言

我國山區占據了全國陸地面積的2/3，二級公路建設在推動山區經濟發展中扮演著關鍵角色。然而，山區地質條件較差、地形起伏顯著、施工難度大等問題，為山區二級公路的設計與建設帶來了諸多挑戰[1]。在二級公路設計過程中，需要考慮山區生態環境、自然環境和經濟社會條件的綜合影響。因此，設計時必須遵循山區公路的選線原則，主要包括安全選線原則、地質選線原則和地形選線原則[2]。

鑒于此，該文采用案例分析方法，重點探討考慮地質條件的山區二級公路設計關鍵技術。通過運用綜合地質勘察方法，旨在規避山區的不良地質區域，規劃出適合二級公路的路線，從而為山區二級公路建設提供科學的設計方案，以提升山區二級公路的建設質量。

1 工程概況

貴州省某山區二級公路項目，該條公路的路基寬度設計為10 m，雙向二車道，設計速度為60 km/h，路線全長100.543 km，途經四個鄉鎮，其中包括2座大橋和1個較長縱坡。峰叢洼地與丘陵洼地是該山區的主要地貌特征，路線走廊帶內的地質構造復雜，包括褶皺、斷裂等，這些構造對地形地貌的形成和演化起到了決定性作用。不良地質現象較為常見，如巖溶、泥石流、滑坡等。該工程建設區域位于低中山丘陵地帶，地勢中部較低，西北東南方向較高，最大落差達到910 m。貴州山區氣候濕潤，四季分明，降水量較為豐富。

2 考慮地質條件的山區公路設計關鍵技術

貴州省某山區二級公路項目鑒于其復雜的地質條件，在設計過程中必須采用考慮地質條件的山區二級公路設計關鍵技術，以確保公路的安全性、穩定性和經濟性[3]。

2.1 綜合地質勘察技術

綜合地質勘察技術是考慮地質條件的山區二級公路設計與選線的核心之一。該技術應用于貴州省某山區二級公路項目，旨在勘察項目所在區域的地質條件，為公路設計與選線提供精確的數據支持。在貴州省某山區二級公路設計之初，需運用綜合地質勘察技術進行資料收集，分析區域穩定性與不良地質問題，并組織專題研討會以制定優化山區二級公路路線走廊帶的初步方案。在此基礎上，考慮地質條件對每種二級公路路線的設計方案進行精細化設計，利用綜合地質勘察手段評估每種設計方案，并通過比較選擇確定最優的山區二級公路路線設計方案[4]。

2.2 路線設計技術

在山區二級公路路線設計過程中，應遵循地質選線原則，盡量避開復雜地質條件的區域。同時，路線的平面、縱斷面線形設計應與工程沿線的地形地勢相匹配，以進行合理布局[5]。在設計路線時，必須充分考慮平面、縱斷面和橫斷面線形之間的相互關系，優化線形組合，確保與山區二級公路的主要構筑物協調一致，提升設計的整體協調性。由于該工程位于山地丘陵地帶，不適宜采用過長的直線段，因此應采用圓曲線設計，并根據項目具體情況選擇適宜的圓曲線半徑。圓曲線半徑的求解公式如下：

（1）

式中，V——設計速度（km/h）；i——超高橫坡度用（%）；μ——橫向力系數。

在緩和曲線設計時，需要計算回旋線參數A，其計算公式如下：

（2）

式中，l——回旋線上任意點到原點的長度（m）；

r——回旋線上任意點的曲線半徑用（m）。

縱斷面線形設計需要依據汽車的爬坡性能與道路最大縱坡最小差值imax進行設計，其計算公式如下：

（3）

式中，f——摩擦力系數；G——車輛重力（N）；F——空氣阻力（N）；T——汽車驅動力（N）；λ——海拔修正系數。經相關分析可知，當縱坡大于6%時，會導致車輛整體性能降低從而增加交通事故發生的概率，因此設計的最大縱坡角度應低于6%。

2.3 長大縱坡設計

在該二級公路項目中，受復雜地形和高差的顯著影響，長大縱坡的設計成為山區路段的重點。這類縱坡雖能夠有效縮短路線里程，但同時也增加了車輛（尤其是貨車）在運營過程中的失控風險。在該項目中，特別規劃了一處長大縱坡。該長大縱坡的長度達到了24 km，垂直高度差高達600 m，平均坡度為2.5%。這一設計至少為路線節約了6 km的里程。為了確保長大縱坡在二級公路運營過程中的安全，根據二級公路的特點和實際需求，在關鍵位置規劃了相應的安全措施。通過增加爬坡輔助車道、緊急停車帶、優化路面材料以增強抗滑性能，同時設置醒目的安全警示標志、護欄等措施，以增強道路的安全性和應急處理能力。同時，還對駕駛員進行專門的安全教育和培訓，以提高他們在長大縱坡行駛時的安全意識和應急處理能力。該項目在山區二級公路長大縱坡的設計上，充分考慮了地形的限制和工程的實際需求，同時特別注重公路建設運營的安全性，通過一系列綜合措施確保車輛和乘客的安全。

2.4 橋隧設計

在山區二級公路建設中，巖溶地質的隱蔽性和復雜性對橋隧設計提出了更高要求。針對這一特點，該文研究的橋隧設計采用了適應性更強的綜合地質勘察技術，以全面揭示山區巖溶地質的實際情況，并據此進行橋梁設計。對于巖溶分布較為分散的區域，通過基礎填換和溶溝處理技術的優化，確保地質條件滿足二級公路橋梁基礎的建設標準。在巖溶地質覆蓋層較為穩定的區域，通過擴展基礎設計適應橋梁墩臺的建設需求。

針對存在多層溶洞的二級公路路段，該設計采納了鉆孔樁基礎的施工技術，確保樁基在穿越復雜巖層時的穩定性。在施工過程中，特別注重樁基樁身的穩定性提升，以適應山區復雜地質條件。

針對貴州省某山區特定的地質條件，該文為二級公路的不良地質條件設計了多種隧道方案。當隧道洞口位于陡崖地形時，采用提前進洞的安全施工方案，以降低施工風險。對于位于偏壓地形區域的隧道洞口，該設計避免了連拱隧道和分離隧道等的不適宜設計，轉而采用更為穩妥的設計方案。

在隧道穿越軟弱巖層時，通過精細化的勘探技術，明確了軟弱巖層的分布規律、巖層參數及地下水分布情況，并據此設計了隧道穿越方案。通過超前支護措施，增強軟弱巖層在施工過程中的穩定性。同時，考慮地下水對軟弱巖層力學性能的影響，該設計采用注漿法對巖體進行加固。

在隧道穿越采空區的情況下，該文提出了避開采空區的路線設計原則。當無法避開時，設計了針對性的防治方案，包括墩臺式支撐方案和注漿填充方案等。墩臺式支撐方案通過構建墩臺結構控制采空區的下陷，而注漿填充方案則通過向采空區注入水泥漿以形成堅固的實體，提高巖體的整體性，防止采空區的進一步下陷[6]。

3 案例分析與結果

3.1 地質勘察結果

在進行山區公路設計前，該文采用綜合地質勘察技術對貴州省某山區二級公路項目的施工區域進行了詳盡的地質勘察，獲得了該區域的地質勘察數據，如表1～2所示。

分析表1可知，該區域主要的土質情況與土質參數、土質條件一般。表2為利用綜合地質勘察技術得出該區域不良地質類型的匯總情況，包括危巖崩塌及巖堆、滑坡、泥石流等。通過對不良地質的分布特點及規律進行分析，為貴州省某山區二級公路的設計提供了重要的數據支持。在規劃二級公路路線時，應盡量避開這些不良地質區域，以確保路線的安全性和穩定性。

3.2 路線設計成果

依據考慮地質條件的山區二級公路設計關鍵技術，得出該山區二級公路的平、縱斷面設計指標，詳見表3所示：

根據表3中的路線設計指標，對山區二級公路路線進行設計，這些設計在確保行車安全、提高行車效率、適應地形條件及促進環境保護等方面起到了關鍵作用。這些標準不僅有助于提升二級公路的整體性能和服務水平，還能為駕駛員和乘客提供更加安全、舒適、便捷的出行體驗。

3.3 山區公路路線比選

初步擬定A2、A8、K三個路線方案，這些方案基于貴州省某山區二級公路的起止點及周邊地質條件等因素進行的設計。以下是三個路線方案的具體比較情況：

（1）K線方案位于較為平坦的溝谷地帶，展現出明顯的優勢。該方案施工難度較低、工程量較少，且橋梁和隧道的比例不高。盡管K線方案的拆遷數量較多，但由于房屋結構簡單、居民配合度高，以及補償政策明確，拆遷工作相對順利。

（2）A2線方案位于地質條件較為復雜的西側走廊帶內，橋梁比例較高，隧道比例相對較低，拆遷數量較少。然而，由于其地質條件的復雜性，施工難度較大。

（3）A8線方案位于東側半山腰，地勢陡峭、施工規模較大，橋梁和隧道的比例適中。但是，該方案的拆遷數量較多，且拆遷難度較大。

經過綜合比較，K線方案因其有效避開了地質條件較復雜的區域，提高了山區二級公路建設的整體安全性與經濟效益，被選定為最優的設計方案。

3.4 公路通行效率

選取通行效率作為評價考慮地質條件的山區二級公路設計關鍵技術應用效果的重要指標。該值越大，表示公路的通行效率越高。TEI表示通行效率，計算公式如下：

（4）

通過對應用考慮地質條件的山區二級公路設計關鍵技術前后的通行效率進行統計，發現應用該文提出的技術后，通行效率TEI達到了99.26%，較應用前的TEI值有顯著提升。這一結果表明，所研究的山區二級公路設計關鍵技術在實際應用中取得了良好的效果。通過采用路線設計技術，二級公路的通行效率得到了明顯提高。該技術有效避免了小半徑曲線的不良設計，減少了車輛在行駛過程中的阻力和能耗，從而提升了車輛的行駛速度。此外，通過優化線形組合，使得平面、縱斷面和橫斷面之間的結合更加協調，顯著減少了車輛行駛中的顛簸和震動，增強了行車的平穩性。橋隧設計技術的應用也在提升二級公路的通行效率方面起到了關鍵作用。特別是在地形復雜的山區，橋隧構造物的合理設置不僅縮短了公路的里程，減少了車輛的行駛時間，而且能夠直接穿越不良的地質地段，避免了因繞行帶來的通行不便，進一步提高了公路的通行效率。

4 結論

貴州山區二級公路建設需重視復雜的地質條件，確保設計、施工和維護能夠應對不良的地質現象。在設計階段應將地質條件作為核心考量，遵循地質選線原則，并強調地質勘察的重要性。關鍵技術包括地質勘察、路線設計和橋隧設計。地質勘察在項目初期至關重要，涉及區域的地質調查和災害評估。路線設計應合理組合線形，適應地形并有效規避地質災害，以提高公路安全性，并為公路建設提供科學指導。

參考文獻

[1]聶磊，舒倫.復雜地質條件下山區高速公路設計要點及工程應用研究[J].建筑機械， 2024（6）：66-69+74.

[2]陳凱，幸厚冰，陳建光，等.復雜地形地質條件下山區公路建造關鍵技術研究與應用[J].建設科技， 2022（7）：121-124.

[3]史先珂.淺談山區高速公路設計理念及關鍵性技術問題對策措施[J].測繪， 2021（3）：140-144.

[4]楊緒波，廖芳茂，金鋆，等.綜合地質勘察方法在復雜地質山區選線中的應用[J].公路交通技術， 2022（3）：38-45.

[5]張元峰.高速公路路線設計的基本思路及選線方法[J].黑龍江交通科技， 2023（4）：36-38.

[6]李伊欽.貴州山區沿河公路選線與路基修筑技術探討[J].交通世界， 2023（Z2）：65-67+70.

收稿日期：2025-01-03

作者簡介：王大委（1990—），男，本科，工程師，研究方向：公路方向。