山區(qū)高速公路優(yōu)化選線探討

溫弦

（貴州高速公路開(kāi)發(fā)總公司，貴州 貴陽(yáng)550001）

前言：我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)入了一個(gè)飛速發(fā)展的階段，公路特別是高速公路的發(fā)展尤為迅速。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,公路建設(shè)逐步向山區(qū)延伸,而山區(qū)地形、地質(zhì)復(fù)雜,公路路線布設(shè)的限制條件和影響因素很多，這就使得山區(qū)公路的設(shè)計(jì)面臨巨大的挑戰(zhàn)，但與挑戰(zhàn)并存的，還有機(jī)遇。山區(qū)公路的設(shè)計(jì)受平縱橫斷面的制約較多,與平原區(qū)及微丘區(qū)公路有很大區(qū)別。因此,有必要對(duì)山區(qū)公路的設(shè)計(jì)進(jìn)行更深入的研究,探討出新的設(shè)計(jì)理念以指導(dǎo)山區(qū)公路的設(shè)計(jì)。本文試圖從以往山區(qū)各種等級(jí)公路路線設(shè)計(jì)過(guò)程中總結(jié)的一些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn),提出幾點(diǎn)粗淺的認(rèn)識(shí),供各位同仁參考。

1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的掌握

山區(qū)高速公路線形設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)掌握的合理程度直接影響到工程安全、工程造價(jià)和環(huán)境破壞,也影響了行車(chē)安全和實(shí)際運(yùn)營(yíng)車(chē)速。線形設(shè)計(jì)中,平曲線指標(biāo)是視距及行車(chē)安全的首要影響因素,而縱坡指標(biāo)是行車(chē)速度的主要影響因素。規(guī)范規(guī)定了各級(jí)公路的設(shè)計(jì)車(chē)速和相應(yīng)線形設(shè)計(jì)控制指標(biāo),同時(shí)也規(guī)定了各級(jí)公路的適應(yīng)交通量,這就使線形指標(biāo)的采用有了很大的選擇范圍。因此,道路性質(zhì)、分段交通量、車(chē)型構(gòu)成和沿線地形變化等因素是設(shè)計(jì)人員必須掌握和了解的,這樣才能依據(jù)地形、地質(zhì)條件合理選用線形指標(biāo)。具體說(shuō)來(lái)，有以下幾個(gè)方面：

改變?cè)O(shè)計(jì)思路，不要一味追求大填大挖、高指標(biāo)，應(yīng)該最大限度地結(jié)合地形選用平縱指標(biāo)。堅(jiān)持“安全、耐久、節(jié)約、和諧”的設(shè)計(jì)理念，并且要靈活運(yùn)用，同時(shí)始終以“六個(gè)安全、六個(gè)樹(shù)立”的理念為指導(dǎo)。

如果一條高速公路沿線地形基本相同,為了在安全前提下保證形式速度的一致性,設(shè)計(jì)時(shí)在一定路段內(nèi)應(yīng)注意所采用線形指標(biāo)的均衡性和一致性,避免平面指標(biāo)的突變。

高速公路分段采用不同設(shè)計(jì)車(chē)速時(shí),宜選擇分離式隧道等路基分合流段、互通立交等交通轉(zhuǎn)換段、視覺(jué)上比較明顯的特大橋段等作為不同設(shè)計(jì)車(chē)速標(biāo)準(zhǔn)的分解點(diǎn),以達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的自然過(guò)渡,并注意避免不同設(shè)計(jì)車(chē)速過(guò)渡段前后平面指標(biāo)的突變。

2 優(yōu)化選線的幾點(diǎn)原則

公路線形是構(gòu)成公路的骨架,它支配著整個(gè)公路規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工。線形設(shè)計(jì)行車(chē)安全、舒適、經(jīng)濟(jì)、協(xié)調(diào)、美觀等都具有決定性影響。線形選擇涉及諸多因素,如線形指標(biāo)、工程造價(jià)、地形條件、景觀協(xié)調(diào)、運(yùn)營(yíng)效益等等。因此,路線設(shè)計(jì)要綜合考慮平、縱、橫3者的關(guān)系,恰當(dāng)?shù)卣莆諛?biāo)準(zhǔn),做到平面順適、縱坡均衡、橫面合理。

2.1 山區(qū)公路選線的特點(diǎn)

山高谷深,高差大,地形、地質(zhì)復(fù)雜,這些是山區(qū)的特點(diǎn)，因此山區(qū)公路選線就具有工程艱巨,可比選方案多的特點(diǎn)。在地形方面,路線平、縱、橫3個(gè)方面均受到約束;在地質(zhì)方面,山區(qū)覆蓋層不均勻、巖層差異大,巖層產(chǎn)狀和地質(zhì)構(gòu)造變化復(fù)雜,影響線位布設(shè);在氣候方面,山區(qū)暴雨多、山洪急,溪流水位變化幅度大,是公路定線中不可忽視的因素。因此,在山區(qū)選線必須深入調(diào)查,認(rèn)真勘測(cè),精心研究,綜合考慮,解決好越嶺的埡口、展線的方案等重大問(wèn)題。

山區(qū)公路布線主要有沿河(溪)線、山腰線、越嶺線和山脊線。選線應(yīng)在充分理解路線標(biāo)準(zhǔn)的前提下,根據(jù)地形、地質(zhì)、氣候情況,準(zhǔn)確地把握好路線的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。使用最短的路線長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)最大的綜合效果為佳,比如路線標(biāo)準(zhǔn)高、構(gòu)造物少、造價(jià)省等。

2.2 山區(qū)沿河(溪)線的選擇

沿河(溪)線的選擇,要處理好河岸的選擇、線位高低和跨河換岸地點(diǎn)三者間的關(guān)系。利用有利地形,避開(kāi)工程艱巨和不良地質(zhì)路段,如泥石流、滑坡、崩塌、巖溶、巖堆、泥沼、凍土等等?？绾訐Q岸時(shí),一般情況下以選擇橫坡平緩的河岸為佳。有些河岸橫坡雖然平緩,但地質(zhì)不良,巖層傾向于路線,開(kāi)挖后易產(chǎn)生順層滑塌的病害,而對(duì)岸雖橫坡稍陡,但巖層背向于路線,開(kāi)挖后不易產(chǎn)生順層滑坡,路線走向則應(yīng)選擇后者。深汕高速公路陸豐路段就出現(xiàn)過(guò)這種情況。所以跨河換岸時(shí),要特別注意地質(zhì)情況的好壞,不能單憑橫坡陡緩來(lái)決定采用哪一岸的問(wèn)題。

2.3 大高差、短直線距離路段展線的升降坡問(wèn)題

在山嶺區(qū)選線,經(jīng)常遇到從山坡腳到山埡口的相對(duì)高差較大,而直線距離較短的地形,如何利用有利地形展線是選線成敗的關(guān)鍵。在這些區(qū)域,一般要利用突出的山梁螺旋展線升降坡并借助修建橋梁、隧道等構(gòu)造物才能解決問(wèn)題,如果沒(méi)有突出的有利山梁地形時(shí),也可以利用山凹螺旋展線升降坡及修建橋梁等構(gòu)造物來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.4 越嶺線埡口的選擇問(wèn)題

越嶺路線選線時(shí),應(yīng)結(jié)合水文地質(zhì)情況處理好埡口選擇、過(guò)嶺標(biāo)高和埡口兩側(cè)路線展線方案3者間的關(guān)系。埡口是越嶺線方案的重要控制點(diǎn)。埡口最好選擇與路線總走向一致且標(biāo)高較低和兩側(cè)利于展線的埡口,可縮短公路里程。不需展線或少量展線而又靠近路線總走向的較低埡口為最理想。但有的埡口雖然在路線總走向的位置上,但從埡口到山腳間的距離較短,高差也較大,需要長(zhǎng)距離展線時(shí),反而不如展線條件好,離開(kāi)路線總走向稍遠(yuǎn)的埡口。有的埡口雖然相對(duì)高差較大,但如埡口兩側(cè)有較開(kāi)闊的山坡或山谷可用來(lái)展線,或可采用稍長(zhǎng)的隧道以降低越嶺的海拔標(biāo)高時(shí),可大大縮短公路運(yùn)輸里程,營(yíng)運(yùn)經(jīng)濟(jì)效益顯著,亦應(yīng)認(rèn)真考慮,仔細(xì)比選。

2.5 關(guān)于坡長(zhǎng)限制

我國(guó)規(guī)范對(duì)各級(jí)坡度坡長(zhǎng)作出了限制,一般在山區(qū)高速公路縱面設(shè)計(jì)時(shí),為了滿足規(guī)范對(duì)坡長(zhǎng)的限制,習(xí)慣上將縱坡設(shè)置成臺(tái)階坡。實(shí)際上,臺(tái)階坡的設(shè)置未必適宜。臺(tái)階坡有時(shí)很難與地形符合,往往使平縱組合不當(dāng),并造成工程量增加;變坡點(diǎn)增多,駕駛者需頻繁換擋。而對(duì)于下坡車(chē)輛來(lái)說(shuō),設(shè)置過(guò)多的變坡使行車(chē)舒適性降低;兩端長(zhǎng)陡坡間夾短的緩坡,再配上豎曲線以后,變坡點(diǎn)之間的直線坡段實(shí)際上很短或幾乎不存在,汽車(chē)在頻繁換擋的情況下也未必能真正得到休息。對(duì)于混合交通,且交通量較大的道路,由于車(chē)輛性能相差較大,農(nóng)用車(chē)、自行車(chē)等比例如果很大,可以考慮設(shè)置臺(tái)階坡。但對(duì)于高速公路來(lái)說(shuō),路上行駛的車(chē)輛性能較高,且分道行駛,有專(zhuān)用超車(chē)道和停車(chē)路肩。當(dāng)交通量接近本級(jí)公路下限值時(shí),載重車(chē)爬坡時(shí)對(duì)尾隨車(chē)輛影響并不大,只要滿足最大縱坡和對(duì)應(yīng)坡長(zhǎng)限制就可保證車(chē)輛爬坡時(shí)的行車(chē)安全。此時(shí),如果對(duì)各路段都加以對(duì)應(yīng)坡度的坡長(zhǎng)限制,而強(qiáng)行將縱坡設(shè)計(jì)成臺(tái)階坡,縱面線形未必能得到有效改善,而且,可能與地形不符,反而會(huì)造成工程量增大。因此,建議交通量較小的公路,在地形特殊路段,對(duì)于4%以下的縱坡段坡長(zhǎng)限制視具體情況適當(dāng)放寬。

2.6 長(zhǎng)大縱坡應(yīng)做好安全評(píng)價(jià)

大長(zhǎng)縱坡是交通事故頻發(fā)的地點(diǎn)，但是可以通過(guò)優(yōu)化的設(shè)計(jì)來(lái)有效避免這些事故，八達(dá)嶺、107粵北段等多個(gè)國(guó)家級(jí)交通黑點(diǎn)都是此類(lèi)設(shè)計(jì)不良造成的。針對(duì)不可避免的長(zhǎng)大縱坡應(yīng)對(duì)路段的通行能力和服務(wù)水平進(jìn)行檢驗(yàn)，避免由于通行能力不足導(dǎo)致交通事故增加。分析設(shè)置爬坡車(chē)道、緊急避險(xiǎn)車(chē)道、緊急停車(chē)帶的必要性。

2.7 平面線形與橋梁、隧道的協(xié)調(diào)問(wèn)題

橋梁和隧道往往是影響和制約路線方案的關(guān)鍵,路線設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)橋梁和隧道考慮不當(dāng)會(huì)嚴(yán)重影響路線方案的合理性。過(guò)去,在一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件下,公路選線時(shí)考慮大型橋梁和隧道設(shè)計(jì)、施工的困難和造價(jià)問(wèn)題,習(xí)慣上要求路線布設(shè)服從于大橋和隧道布設(shè),使路線布設(shè)的自由度受到很大限制。山區(qū)公路路線方案設(shè)計(jì)時(shí),過(guò)多直線要求的制約,強(qiáng)求橋隧位于直線段,導(dǎo)致大量采用最小半徑、極限半徑與短直線的不良組合,線形標(biāo)準(zhǔn)大大降低,與環(huán)境的協(xié)調(diào)性差,生態(tài)環(huán)境遭受破壞嚴(yán)重。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,橋梁和隧道技術(shù)的不斷進(jìn)步,長(zhǎng)大彎斜坡橋和長(zhǎng)大彎隧道等的特殊設(shè)計(jì)、施工已有較成熟經(jīng)驗(yàn),工程造價(jià)也未必成為項(xiàng)目首要控制因素,這為山嶺重丘區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)提供了更大的自由度。而且,山區(qū)高速公路建設(shè)對(duì)環(huán)保的要求越來(lái)越高,特殊地形地質(zhì)條件下的防護(hù)工程不但造價(jià)很高,對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞相對(duì)嚴(yán)重,而且處理相對(duì)困難。近幾年全國(guó)山區(qū)高速公路建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)表明,從安全和環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā),在確保高標(biāo)準(zhǔn)線形的前提下,為減少對(duì)環(huán)境的破壞,橋梁和隧道所占比例越來(lái)越高。因此,山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)時(shí),不應(yīng)過(guò)多受橋隧限制,而應(yīng)從地形、地質(zhì)和環(huán)境等方面綜合考慮。

2.8 環(huán)境保護(hù)工作目前越來(lái)越受到人們的重視,山區(qū)公路建設(shè)開(kāi)挖土地和山坡面積較大,對(duì)沿線的環(huán)境影響也大。一般山區(qū)公路沿線的水土、生物等資源開(kāi)發(fā)規(guī)模相對(duì)較小、程度低,沿線生態(tài)環(huán)境和人文景觀保護(hù)相當(dāng)完好,因此公路設(shè)計(jì)和建設(shè)過(guò)程中,要重視公路沿線的環(huán)境保護(hù),減少對(duì)生態(tài)環(huán)境和人文景觀的破壞。設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)考慮水土保持、森林資源和野生動(dòng)植物的保護(hù)、合理規(guī)劃公路建設(shè)中廢棄物的處理,凈化公路2側(cè)的環(huán)境,保護(hù)好河道和水庫(kù),防止水污染。在選線時(shí)既要注意充分利用地形堅(jiān)持少占耕地、少占河道、少破壞植被,合理保護(hù)水源,避開(kāi)可能妨礙重大科學(xué)文化價(jià)值的地質(zhì)構(gòu)造和人文遺跡,還要做好建筑環(huán)境和行車(chē)環(huán)境設(shè)計(jì),特別是綠化美化設(shè)計(jì),做到線形美觀、路景協(xié)調(diào)。另外,在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)做到環(huán)境保護(hù)工作必須與公路建設(shè)同步進(jìn)行。云南思小高速及川九路已在此方面樹(shù)立了很好的榜樣，,效果較為理想。

3 采用新型技術(shù)手段改進(jìn)設(shè)計(jì)方法

3.1 平面選線方法的改進(jìn)

平原區(qū)地形條件單一,相關(guān)控制條件較少,采用的交點(diǎn)直線法能提高定線速度。山嶺重丘區(qū)地形條件復(fù)雜,路線布設(shè)時(shí)限制條件很多,如采用交點(diǎn)直線法,定線效率低,線形往往顯得呆板,與地形的符合性差,平縱組合不佳,設(shè)計(jì)者的意圖難以實(shí)現(xiàn)。

在曲線形設(shè)計(jì)方法中,直線、圓曲線、緩和曲線被視為同等重要的線形加以利用。尤其是緩和曲線,已不僅為緩和行車(chē)而設(shè)置,而是作為主要的線形要素加以靈活運(yùn)用,使得線形的平順程度大大提高,并且增加了結(jié)合地形布置路線的自由度,大大提高了平面線形視覺(jué)的協(xié)調(diào)性,特別是在山嶺、重丘地區(qū)易于布設(shè)出技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的線形，使線位布設(shè)與沿線地形吻合,減少高填深挖,同時(shí),也可保證一定路段內(nèi)平面線形指標(biāo)的均衡。

3.2 計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展

現(xiàn)代道路勘測(cè)設(shè)計(jì)水平飛速發(fā)展,GPS、DTM等勘測(cè)手段大大提高了基礎(chǔ)資料的利用率,CARD/1、等現(xiàn)代道路設(shè)計(jì)軟件極大提高了道路線形設(shè)計(jì)的效率。在定線過(guò)程中,如能充分利用這些現(xiàn)代高科技手段快速調(diào)整路線,檢驗(yàn)路線方案的合理性,設(shè)計(jì)者的意圖就能夠被充分體現(xiàn)，并且在DTM的支持下，動(dòng)態(tài)可視優(yōu)化線位，使得設(shè)計(jì)人員擺脫了煩瑣的計(jì)算過(guò)程，更加專(zhuān)注于優(yōu)化線位，方案對(duì)比更加充分，使得工程更趨合理。

4 結(jié)語(yǔ)

山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)是公路設(shè)計(jì)中非常重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié),路線設(shè)計(jì)的好壞,影響到公路路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的合理、汽車(chē)運(yùn)營(yíng)的安全舒適、線形指標(biāo)的合理、工程造價(jià)的控制、地形景觀的協(xié)調(diào)等等。設(shè)計(jì)中應(yīng)把握好最佳線形選擇的科學(xué)指標(biāo),合理采用路線標(biāo)準(zhǔn),較客觀地選擇出綜合考慮各主要影響因素的公路最佳路線線形方案,使用最短的路線長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)最大的綜合效果。

[1]中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院,高速公路勘察設(shè)計(jì)論文集,陜西人民出版社,2002.

[2]梁勇.山區(qū)公路平面線形設(shè)計(jì)方法適宜性探討.路基工程,2005(3).

[3]吉木斯,趙俊峰.在山區(qū)公路建設(shè)中要注意環(huán)境保護(hù)工作[J].內(nèi)蒙古公路與運(yùn)輸,2001(增刊).

[4]交通部公路司.新理念公路設(shè)計(jì)指南.,2005.

[5]交通部公路司.新理念降低造價(jià)公路設(shè)計(jì)指南,2005.