復雜地形條件下山區(qū)高速公路路線設計

黃 睿

（山西省交通規(guī)劃勘察設計院，山西 太原 030012）

山嶺區(qū)高速公路所經(jīng)路段山高谷深，地形復雜，自然坡度陡，同時受到路線標準的制約，需要克服復雜的地形和較高的路線標準之間的矛盾。因此如何在深入理解相關標準和規(guī)范的前提下，合理制定路線設計原則并靈活運用平、縱技術指標，最終確定合理的設計方案至關重要。以下將已竣工的靈山高速公路和正在施工的臨離高速公路方案比選作為實例分析探討。

1 工程實例

1.1 靈山高速公路概況及選線原則

榮成至烏海公路山西境靈丘至山陰段高速公路，是國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃方案的第4橫，是《山西省高速公路網(wǎng)調(diào)整規(guī)劃》“三縱十一橫十一環(huán)”的重要組成部分。全線按雙向四車道高速公路標準建設，設計速度采用100 km/h，路基寬度為26.0 m。特大橋設計洪水頻率為1/300，路基、大、中、小橋、涵洞設計洪水頻率為1/100，橋涵設計汽車荷載采用公路-I級，目前項目已竣工。作為典型示范工程靈山線在設計過程中充分體現(xiàn)“安全、環(huán)保、舒適、和諧”的設計理念和總體設計原則。路線方案的選擇與布設除做到地形選線、地質(zhì)選線外，還要做到安全選線、環(huán)保選線、景觀選線。

1.1.1 安全選線

安全是公路設計和建設需考慮的首要因素，制定和采取相應的安全設計策略尤為重要。從設計的角度，應盡可能采取“主動”的預防和糾錯。研究顯示，大量的公路交通事故是由相鄰路段較大的運行車速差導致。尤其在山區(qū)，對于同樣縱坡，不同的荷載，不同車型都將產(chǎn)生不同的運行效果，因此，基于運行車速的理論，根據(jù)測算的運行速度、梯度數(shù)據(jù)以運行速度V85為縱坐標，路線長度為橫坐標，繪制了靈丘至山陰高速公路沿線運行速度變化曲線，即沿線的“運行速度圖”、“運行速度梯度圖”，輸出運行速度數(shù)據(jù)表格，并根據(jù)評價意見為貨車設置了爬坡車道（圖1）；對于運行速度檢驗中最不利段落采用三維聯(lián)動設計（圖2），構建三角網(wǎng)數(shù)字地面模型（圖3），實現(xiàn)基于運行速度的路線三維漫游，讓設計、決策人員直觀的對線型進行檢驗，將安全評價融入到路線設計中。

圖1 爬坡車道組成示意圖

圖2 運行速度三維漫游圖

圖3 數(shù)模三角網(wǎng)地面模型

1.1.2 環(huán)保選線

公路建設不可避免征地、拆遷，必然對沿線社會生活環(huán)境帶來影響。樹立“不破壞是最大的保護”的理念，以“不擾為上、少擾為本”為原則，降低公路建設對原始地形、地貌的自然性和穩(wěn)定性的影響。以下舉兩處靈山高速公路選線設計的實例說明。

實例一：如圖4所示，C線方案布設于王莊堡北面的半山坡上，高填深挖段落所占比例較高，挖方邊坡最大高度達39.2 m；填方邊坡最高達31.7 m，大橋多分布在溝深崖陡處，且橋梁高度在30 m左右。征地較多且大部為耕地，在充分征求沿線群眾意見的基礎上，提出了布設于省道大靈線和唐河之間的A線方案，該方案減少了征地畝數(shù)，所占土地大部分為河灘地，采用橋梁和護岸防護結合通過唐河河道，有效整合了唐河，同時由于高速公路設計等級要高于省道，對省道的安全起到了保護的作用，贏得了社會的認可（圖4）。

圖4 王莊堡路段路線方案比較圖

實例二：如圖5所示，路線從搶風嶺隧道出來后，工可方案將線位擺在郝家灣村后的半山坡上，該線位既對郝家灣村的安全帶來很大影響，又拆遷較多的房屋，同時路線展布在陡崖下方，大開挖嚴重，孤石滾落也對行車安全造成極大的隱患，因此，初步設計將線位調(diào)整至郝家灣村前的唐峪河河谷中，通過架橋的方式達到既保護耕地、不拆房屋，又基本不占壓河道的目的，從而與自然環(huán)境、沿線村落和諧共生（圖 5）。

圖5 搶風嶺路段路線方案比較圖

1.1.3 景觀選線

靈山線穿越靈丘、渾源、應縣。項目影響區(qū)中有聞名中外的平型關戰(zhàn)役遺址、有始建于北魏的懸空寺、有現(xiàn)存世界上最古最高的木構塔式建筑等眾多名勝古跡。為充分發(fā)揮高速公路的效應，統(tǒng)籌利用線位資源，方便旅游事業(yè)發(fā)展，及沿線群眾的出行，結合地形、地質(zhì)、水文等情況，本項目分別設互通式立交進行交通流轉換。

路線穿越渾源縣境內(nèi)時，所經(jīng)過的區(qū)域幾乎全部進入風景區(qū)的外圍保護地帶，為了減少項目對環(huán)境的破壞，做到與風景區(qū)境相協(xié)調(diào)。在“景觀節(jié)點”這個層次的設計中突出“自然式設計”、“保護性設計”及“恢復性設計”等先進的設計理念和手法。初步設計對路線方案進行了進一步的優(yōu)化和完善，與恒山管理處等文物保護部門多次進行溝通，將恒山隧道進口位置適當南移，將進入景區(qū)的明線部分縮短為100 m左右，以路堤型式通過，其余大部分以隧道方式穿越（圖6）。

圖6 恒山景區(qū)路段路線方案

1.2 臨離高速公路概況及實例

臨縣至離石高速公路是《山西省高速公路網(wǎng)調(diào)整規(guī)劃》中“三縱十一橫十一環(huán)”西縱高速公路的重要組成部分，也是山西省西部把第5橫和第6橫、第7橫高速公路串聯(lián)起來的重要路段。項目采用四車道高速公路技術標準，設計速度80 km/h，路基寬度24.5 m；特大橋設計洪水頻率1/300；路基、大、中橋、小橋涵設計洪水頻率1/100。目前，項目正在施工過程中。

和靈山高速不同的是臨離高速走廊帶地形更為復雜，山高溝深，溝壑發(fā)育，最高點位于馬頭山，海拔高程1 568 m，最低點位于湫水河谷底，海拔高程820 m，相對高差748 m，區(qū)域植被較差，耕地較少，生態(tài)自然條件脆弱，水土流失較為嚴重，同時路線走廊帶內(nèi)眾多的不良地質(zhì)、壓覆煤炭資源、穿越采空區(qū)等都是選線應考慮的重點。在臨離線設計過程中，加強“靈活性”原則，路線布設盡量避免高填深挖，減少隧道的數(shù)量；合理運用最大縱坡與最大坡長，同時對滑坡、崩塌等不良地質(zhì)盡量繞避，盡量保持原有水利系統(tǒng)的完整性，減少對當?shù)厝罕娎娴那謹_為側重點。

1.2.1 以人為本 安全至上

臨離高速公路受地形限制，爬坡越嶺難以避免，在越嶺路段，為了降低工程造價，縮短越嶺線長度，不得已采用長縱坡，但采用長縱坡無疑對行車的安全問題產(chǎn)生影響。尤其對于載貨車，連續(xù)長下坡，會導致車速過高，汽車需要頻繁制動，制動一旦失靈，往往釀成嚴重交通事故。因此，路線設計中實在無法避繞時必須采用綜合治理。根據(jù)運行速度模擬檢驗結論，全線存在3處長連續(xù)下坡路段，分別為：K20+480—K29+840段，平均縱坡為 2.04%；K30+730—K40+758段，平均縱坡為2.02%；K55+560—K61+260段，平均縱坡為2.5%。為保證減輕失控車輛的損失或危及第三方安全，結合該段橋梁、隧道、互通、服務區(qū)、樞紐布置，在3處長下坡路段的右側視距良好位置分別設置了避險車道（圖7）。同時采用明確的交通標志，提醒駕駛人自己所處長坡的位置，采取合適的制動措施。

圖7 避險車道總體圖

1.2.2 尊重自然 保護環(huán)境

本項目位于呂梁山西翼，晉陜黃土高原的東部，區(qū)域地貌單元屬于巨厚層黃土覆蓋的基巖殘丘低中山區(qū)，沿線地形復雜多變，溝壑縱橫，不可避免深挖高填，而挖方會破壞原來的平衡，引起巖土體移動，變形與破壞，增加地質(zhì)脆弱帶的不穩(wěn)定性，其結果是引發(fā)滑坡、塌方等地質(zhì)災害。因此，臨離高速公路把“地質(zhì)選線”的理念應貫穿布線的始終。在初勘中發(fā)現(xiàn)，工可方案（F比較線）橫穿曹家峁滑坡。路線以大型橋梁、路基填方工程，自滑體中部通過，橋梁墩臺置于滑體之上，滑體的復活滑動對工程影響很大，滑坡對路線工程的穩(wěn)定性及后期營運影響嚴重。同時曹家峁滑坡自然穩(wěn)定性較差，一旦施工，其穩(wěn)定性較之自然條件下更差，工程處治的難度較大且費用昂貴，經(jīng)濟性不合理。于是提出了避繞滑坡體的A方案（圖8）。A方案雖然增加了一處隧道但避繞了滑坡，同時減小了土石方數(shù)量，橋梁也減短275 m，工程總造價及后期運營養(yǎng)護費用遠低于F方案。綜合比較后，A方案更經(jīng)濟、合理。

圖8 曹家峁滑坡段路線方案比較圖

1.2.3 堅持可持續(xù)發(fā)展 節(jié)約資源

公路建設中要堅持可持續(xù)發(fā)展、建立節(jié)約型社會，就是要正確處理好節(jié)約資源和公路發(fā)展的關系。公路壓覆礦產(chǎn)，不僅對日后資源的開發(fā)和開采造成困難，同時也對公路自身留下隱患。批復初步設計中孫家溝至南嶺段，路線沿陽坡布設，在K35+780—K37+600段壓占了焉頭煤礦資源，K36+400—K37+500段通過了采空區(qū)。全部路線壓覆煤礦資源量合計7 900萬t，為避免壓占煤礦資源及繞避采空區(qū)，補充初步設計采用了補充工可的繞避煤礦和采空區(qū)的E線方案作為推薦方案。E線與對應K線相比，橋梁短629 m（E線方案設橋梁1 410 m/4座；對應的K線方案設橋梁2 039 m/8座），基本避開煤礦和采空區(qū)，不需要進行采空區(qū)處治，不影響礦區(qū)的采煤生產(chǎn)計劃，減少了高速公路運營中的隱患（圖9）。

圖9 焉頭煤礦段路線方案比較圖

2 結束語

總之，復雜的山區(qū)地形使每一個公路建設項目都有其自身的特殊性和側重性，每條公路設計不僅是幾何線更是生命線。設計者需要具體情況具體分析，在運輸功能和安全、資源環(huán)境、社會環(huán)境之間尋求和諧和平衡。不僅要注重大決策、大方案，更要注重細節(jié)，樹立全壽命周期成本的理念，通過提高技術含量，通過靈活設計，達到最佳的技術經(jīng)濟效益。