談山區(qū)二級公路路線設(shè)計體會

趙 鑫

(山西路恒交通勘察設(shè)計咨詢有限公司，山西太原 030006)

公路路線設(shè)計是公路設(shè)計的靈魂，線形設(shè)計的好壞直接影響著整個工程的優(yōu)劣、投資和運營安全等，山區(qū)公路地形、地質(zhì)條件的復(fù)雜性更決定了路線設(shè)計的復(fù)雜性。通過幾年來山西呂梁地區(qū)二級公路路線設(shè)計工作實踐，談一談自己的心得體會。

1 建設(shè)背景

山西省地處華北西部的黃土高原東翼，地形較為復(fù)雜，境內(nèi)有山地、丘陵、高原、盆地、臺地等多種地貌類型，其中山區(qū)、丘陵占總面積的2/3以上。氣候特點為冬季長而寒冷干燥;夏季短而炎熱多雨;春季日溫差大，風(fēng)沙多;秋季短暫，氣候溫和。屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫3℃～14℃，晝夜溫差大，南北溫差也大。山西省礦產(chǎn)資源十分豐富，在世界上已利用的150多種礦產(chǎn)中，目前山西已發(fā)現(xiàn)117種，其中已探明儲量的礦種62種，45種主要礦產(chǎn)資源的潛在價值量和人均量均居全國第一位，絕對量居全國第二位，以煤、鋁土、鐵等為主。煤炭資源得天獨厚，分布在全省90多個縣(市、區(qū))內(nèi)。呂梁市已探明的礦藏有40多種，主要有煤、鐵、鋁釩土、白巖石、煤層氣等。全市54.3%的地下蘊藏著煤炭，儲量1 538億t，被譽為“國寶”的4號主焦煤儲量達62億t;鐵礦石探明儲量9.88億t，占山西的36%;鋁釩土遍及11個縣市區(qū)，已探明儲量4.4億t，占山西儲量的46.4%。呂梁是全國最大的優(yōu)質(zhì)主焦煤生產(chǎn)基地。近幾年依托煤炭資源優(yōu)勢，已經(jīng)成為山西省最大的焦炭生產(chǎn)基地，焦炭占山西省總量的1/4。2008年以來，隨著山西煤炭資源整合的進程發(fā)展，產(chǎn)業(yè)布局和道路運輸結(jié)構(gòu)調(diào)整，同時國家為應(yīng)對經(jīng)濟危機，擴大內(nèi)需、加快基礎(chǔ)工程建設(shè)，山西迎來了公路建設(shè)的小高潮。

2 公路選線

選線是線形設(shè)計中最重要的環(huán)節(jié)，是根據(jù)已經(jīng)批準的設(shè)計標準、規(guī)模、起終點以及主要控制點，結(jié)合沿線自然、社會環(huán)境、構(gòu)造物的布設(shè)等情況確定線位，直接關(guān)系著技術(shù)標準的運用是否合理、工程投資、實施難易程度和社會影響等。國外公路發(fā)展歷史較長，體制較為完善，一般公路設(shè)計團隊包含:交通工程師、生態(tài)學(xué)家、運輸與城市規(guī)劃者、景觀建筑師、歷史學(xué)家、生物學(xué)家、地質(zhì)學(xué)家、心理學(xué)家等。目前我國也正趨于完善，公路前期立項就包含了環(huán)境評價、水土保持、土地預(yù)審、防洪防災(zāi)等專項評估。選線首先要了解區(qū)域地形、地質(zhì)、氣候特征、社會環(huán)境以及交通運輸特點和車輛構(gòu)成等特點，就呂梁市而言，區(qū)域特點為:地形復(fù)雜、山體滑坡、崩塌、巖溶、采空區(qū)等地質(zhì)病害較多，特殊性巖土(濕陷性黃土)分布范圍廣，同時煤炭開采區(qū)域分布廣，運輸車輛以大型運煤車輛為主的特點。

結(jié)合項目區(qū)域特點，除按照有關(guān)標準、規(guī)范要求外，選線還應(yīng)重視以下幾點:

1)加強前期地質(zhì)調(diào)查工作，路線應(yīng)繞避活動斷裂帶、大型滑坡、泥石流等不良地質(zhì)路段，同時應(yīng)避開自然保護區(qū)或水源保護范圍。

2)對占用耕地的考慮。耕地是不可再生資源，山區(qū)耕地數(shù)量少，可能是居民祖輩生存的唯一手段，一旦被占用，將被迫改變生存方式且容易激發(fā)社會矛盾。

3)避免對沿線村鎮(zhèn)生產(chǎn)生活環(huán)境的影響，不但要盡量避免拆遷，還要盡量避免因建設(shè)公路對居民往來、農(nóng)耕的阻斷以及對農(nóng)田水利灌溉設(shè)施的阻斷。

4)以運行車速理論指導(dǎo)路線方案選擇和路線設(shè)計，從根本上解決安全問題。公路相鄰路段線形指標不均衡，銜接不合理，會使車輛行駛速度出現(xiàn)較大懸殊，從而導(dǎo)致交通事故。從實際使用角度，應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)貧夂驐l件和車型構(gòu)成特點，應(yīng)盡量避免采用較大縱坡，從多條道路實地調(diào)查情況分析，當(dāng)縱坡大于5%且符合標準要求時，冬季道路結(jié)冰車輛通行能力明顯變差，經(jīng)常發(fā)生交通擁堵且交通事故率明顯提高。

5)從建設(shè)、養(yǎng)護、運營、管理等方面進行全面經(jīng)濟比較，路線盡可能的布設(shè)在陽坡面，哪怕近期可能增加投資，但有利于后期養(yǎng)護、運營安全等。

6)擇優(yōu)處理路線避讓采空區(qū)和壓覆資源問題。據(jù)統(tǒng)計，山西省采空區(qū)面積已達2萬km2，約占全省國土面積的1/8，對資源環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境、基礎(chǔ)建設(shè)環(huán)境及民生環(huán)境造成一定程度的不良影響。山西省是一個煤炭大省，同時也是一個采空區(qū)大省，更是一個采空區(qū)的治理大省。公路工程作為一種規(guī)模宏大的線性工程，具有空間跨度大、涉及的地質(zhì)病害種類多、范圍廣等特點。采空區(qū)作為一種特殊的地質(zhì)病害，具有隱蔽性強和處治費用高的特點，公路建設(shè)不可避免要遭遇這一問題。在過去的采空區(qū)公路建設(shè)中，首選的原則是避讓。但近年來情況已發(fā)生變化，因避讓采空區(qū)而過多地壓覆資源和占用良田給社會與經(jīng)濟的綜合發(fā)展帶來新的問題，是避讓采空區(qū)還是壓覆資源與保護耕地，三者應(yīng)并重考慮、權(quán)衡利弊、擇優(yōu)而行。

3 線形幾何設(shè)計

1)技術(shù)指標的靈活掌握。規(guī)范對不同技術(shù)標準條件下路線設(shè)計指標作出了詳細規(guī)定，給出了線形設(shè)計的一般原則，以及運用技術(shù)指標時應(yīng)注意的若干問題。但為避免在實際應(yīng)用中盲目追求高指標增加工程投資和對環(huán)境的破壞，或者以達到標準要求為底線不注重行車安全和使用功能。所以在實際操作中應(yīng)將技術(shù)指標分為主要指標和次要指標。主要指標凡是涉及安全性的指標或者計算參數(shù)都應(yīng)嚴格執(zhí)行。盡量采用較高指標;次要指標一般是在滿足行車安全的基礎(chǔ)上，從美學(xué)和行車舒適等角度提出的，一般情況下按規(guī)范要求執(zhí)行，當(dāng)對自然資源、生態(tài)環(huán)境等方面造成較大影響時，則應(yīng)靈活掌握。經(jīng)過查閱資料，提供技術(shù)指標要點表供參考(見表1)。

表1 技術(shù)指標運用要點參考表

2)平面設(shè)計。

a.緩和曲線。緩和曲線的設(shè)置除考慮超高與加寬過渡之外，在二級公路設(shè)計中也作為基本線形要素，應(yīng)按照規(guī)范要求運用。在地形條件復(fù)雜路段，緩和曲線長度滿足超高和加寬過渡時，為適應(yīng)地形，A值宜取較小值，緩和曲線長度短些，偏移值小，圓曲線半徑相應(yīng)可大些，技術(shù)指標相應(yīng)較高，使線形順應(yīng)地形，減少工程量。

b.圓曲線。山區(qū)受地形、地質(zhì)、生態(tài)等自然條件限制，選用較大曲線半徑一般不經(jīng)濟。盡可能的選用不小于極限半徑3倍或一般最小值2倍的曲線半徑，使其超高控制在4%以內(nèi)。根據(jù)區(qū)域?qū)嵉卣{(diào)查情況看，冬季積雪冰凍路段超高大于4%時，大型車輛運行速度低，且重心高，發(fā)生側(cè)向滑移現(xiàn)象比較普遍。

c.直線。對于設(shè)計速度不小于60 km/h的公路，山區(qū)反向曲線間直線距離一般較容易滿足，同向曲線間直線距離一般較難滿足，為了追求直線長度，減小曲線半徑，降低指標不盡合理?？刹迦敕聪蚯€進行調(diào)整，由于地質(zhì)原因或環(huán)境破壞嚴重實在無法調(diào)整時，可突破一般規(guī)定值，將兩側(cè)緩和曲線曲率半徑大于不設(shè)超高半徑部分的長度計入規(guī)定的6V長度內(nèi)進行檢驗，但純主線長度應(yīng)控制在4V以上。

3)縱面設(shè)計?？v面設(shè)計中除保證路基安全穩(wěn)定，還需考慮構(gòu)造物泄洪問題。坡度選擇應(yīng)根據(jù)道路功能充分考慮重型運煤車輛通行因素。縱坡以不大于5%為宜，山區(qū)地形復(fù)雜實際操作中避免不了大于5%縱坡路段，應(yīng)優(yōu)先考慮重車上行方向不大于5%，重車下行方向可突破5%，當(dāng)長距離大縱坡時，可采取降溫池、避險車道等交通安全設(shè)施保障行車安全。

對于連續(xù)上坡或下坡路段，按規(guī)范設(shè)置緩坡，但設(shè)計速度不小于60 km/h的公路，緩坡等于3%時應(yīng)參與坡長換算，避免縱坡超標。

4)平縱組合設(shè)計。平縱組合設(shè)計除按規(guī)范控制平包豎、積雪冰凍地區(qū)合成坡度、平縱協(xié)調(diào)以外，還應(yīng)從安全上避免以下情況出現(xiàn):

a.較小凸形豎曲線(小于2倍最小值)頂部或凹形豎曲線底部，出現(xiàn)在平曲線拐點;

b.直線上的縱面線形出現(xiàn)駝峰、暗凹、跳躍等使駕駛員視覺中斷的線形;

c.直線段內(nèi)設(shè)短的豎曲線;

d.平縱組合不理想的狀態(tài)下出現(xiàn)較小豎曲線半徑(小于2倍最小值);

e.在長直線上設(shè)置陡坡及曲線長度短、半徑小的凹形豎曲線。

4 運行速度和行車視距檢驗

路線綜合設(shè)計完成后，應(yīng)運用公路設(shè)計軟件建立地面數(shù)字模型和道路三維模型，對道路運行速度檢驗，同時對特殊路段進行行車視距檢驗。對于相鄰路段運行速度差值超過20 km/h時，就應(yīng)分析原因改善平縱組合或技術(shù)標準，使運行速度均勻變化。視距檢驗不滿足要求時，可通過改善線形、超挖視距臺等方式進行調(diào)整，同時輔助警示標志或標線加以提示(見圖1)。

圖1 行車視距檢驗

5 結(jié)語

設(shè)計好一條公路需要多學(xué)科、多個部門綜合配合才能達到預(yù)期效果，線形設(shè)計更是一條公路的設(shè)計靈魂。由于各條公路服務(wù)功能、自然地理環(huán)境不同，因此設(shè)計理念和設(shè)計原則差異較大。這就要求路線設(shè)計人員具有較高的綜合素質(zhì)，同時要不斷總結(jié)經(jīng)驗，收集規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、管理、養(yǎng)護以及用路者意見和建議，積累項目各個階段投資控制的情況，建立數(shù)據(jù)庫，進行設(shè)計、運營后評價，站在不同角度審視設(shè)計方案。精心設(shè)計、精益求精，為我國公路建設(shè)事業(yè)盡一份微薄之力。