云南山區(qū)高速公路總體設(shè)計(jì)理念

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摘要：為了使云南省的自然環(huán)境融入到山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)中，按照總體設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想，通過(guò)路線方案比選、地形地質(zhì)選線、典型工程綜合比選、植被恢復(fù)、行車(chē)安全要求等，結(jié)合工程實(shí)例對(duì)其設(shè)計(jì)原則進(jìn)行了總結(jié)闡述，對(duì)山區(qū)高速公路的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行了優(yōu)化。提煉出了山區(qū)高速公路的設(shè)計(jì)原則，并形成了云南特有的山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)理念，為云南山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)提供參考和依據(jù)。

關(guān)鍵詞：山區(qū)高速；錯(cuò)臺(tái)式路基；路線設(shè)計(jì)；行駛安全

中圖分類(lèi)號(hào)：U412.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Abstract： In order to get the natural environment of Yunnan Province integrated into the design of mountain highways， the overall design philosophy of mountain highways was optimized based on route schemes comparison， survey of terrain and geology， comparison with typical projects， restoration of vegetation and the requirement of driving safety. Design principle was obtained in combination with actual projects， and the design philosophy of mountain highways particularly for Yunnan was formed， which provides basis for the design of mountain highways in Yunnan.

Key words： mountain highway； faulted subgrade； route design； driving safety

0引言

伴隨中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，山嶺重丘區(qū)的高速公路建設(shè)日益增多。該地區(qū)地質(zhì)地形、海拔、水文條件、氣候復(fù)雜多變，并且其水土保持要求比較嚴(yán)格，非常重視和關(guān)注保護(hù)自然景觀 [12]。目前，高速公路設(shè)計(jì)的靈魂主要是總體設(shè)計(jì)，山區(qū)高速公路建設(shè)主旨已由“大填大挖”、“不破壞就是最大的保護(hù)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤笆构啡谌胙鼐€自然”。

云南省山地約占94%，其地貌、地質(zhì)以及地形復(fù)雜多變，道路建設(shè)難度較大，而且云南省少數(shù)民族數(shù)量較大，具有豐富多彩的民族文化特色，在公路建設(shè)中如何將這些特色融入其中具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1總體設(shè)計(jì)思想

云南省山區(qū)高速公路總體設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想應(yīng)當(dāng)側(cè)重于以下方面：堅(jiān)持公路建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的要求，重視環(huán)境保護(hù)，并努力將其建設(shè)成環(huán)保路、生態(tài)路；樹(shù)立動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的理念，確?？睖y(cè)和設(shè)計(jì)的周期，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量；合理掌握、靈活運(yùn)用技術(shù)指標(biāo)，滿足公路的服務(wù)水平；廣泛采用新技術(shù)、新工藝、新材料，注重技術(shù)創(chuàng)新的同時(shí)保證行車(chē)安全；充分融入沿線的文化特色，打造沿線文化走廊。

2總體設(shè)計(jì)優(yōu)化原則

2.1環(huán)保指導(dǎo)方案

2.1.1大麗高速公路九河路線方案

影響本段路線方案的主要因素有基本農(nóng)田、村莊拆遷、地形地質(zhì)和工程數(shù)量。為此，初步設(shè)計(jì)階段擬定了K線、D3線和P3線3個(gè)方案。

K線方案起于干木河村西側(cè)（K149+360），路線由南向北沿國(guó)道214線東側(cè)山腳布線，以避開(kāi)國(guó)道214沿線村莊，止于白漢場(chǎng)水庫(kù)東側(cè)（K168+253.888）。路線全長(zhǎng)18.894 km。

D3線方案起于干木河村西側(cè)（K149+360），路線由南向北沿白漢場(chǎng)狹長(zhǎng)平坦谷地布線，止于白漢場(chǎng)水庫(kù)東側(cè)（K167+700，接近K線K168+200處）。路線全長(zhǎng)1834 km，較K線方案短554 m。

P3線方案起于干木河村西側(cè)（K149+360），路線由南向北沿白漢場(chǎng)狹長(zhǎng)平坦谷地西側(cè)山幅布線，過(guò)回龍水庫(kù)、老水庫(kù)，穿越赤土禾、小阿昌、水磨房村等村莊，于白漢場(chǎng)水庫(kù)東側(cè)接上K線，止點(diǎn)為K168+702320，接近K線K168+253.888處。P3路線全長(zhǎng)19342 km，較K線方案長(zhǎng)448 m。

充分考慮以上3個(gè)方案，對(duì)路線方案進(jìn)行優(yōu)化[34]，九河路線方案如圖1所示。

2.1.2方案比選

（1）建設(shè)條件對(duì)路線總體方案布置和設(shè)計(jì)的影響：以地形條件D3線最優(yōu)，K線次之，P3線最差；從地質(zhì)條件來(lái)看P3線巖性以灰?guī)r為主，條件最好；K線巖性以泥巖為主，條件次之；D3線為水田地段，溝谷軟基多，條件最差。

（2）平、縱指標(biāo)及連續(xù)、均衡情況：K線方案平面最小半徑為888.770 m，P3線方案平面最小半徑為320 m，最大縱坡均為5%，平、縱面指標(biāo)相當(dāng)，線形連續(xù)、均衡、順適；D3線方案平面最小半徑為905933 m，最大縱坡均為4%，平、縱面線形連續(xù)、均衡、順適，指標(biāo)相對(duì)較高。

（3）行車(chē)安全、通行能力及服務(wù)水平的分析情況：D3線方案行車(chē)安全、通行能力、服務(wù)水平最優(yōu)，行車(chē)安全性較高，通行能力較強(qiáng)；K線次之，但能達(dá)到二級(jí)服務(wù)水平；P3線路線最長(zhǎng)，平面指標(biāo)較低，行車(chē)安全、通行能力、服務(wù)水平較差。

（4）公路用地：D3線方案大量占用優(yōu)質(zhì)農(nóng)田，與國(guó)家現(xiàn)行基本農(nóng)田政策嚴(yán)重不符；P3線占用土地以旱地及林地為主，同時(shí)由于村莊密集，不可避免有大量拆遷；K線方案主要占用旱地及荒山，同時(shí)少量占用林地，由于避開(kāi)了村莊，拆遷量較小。

（5）鐵路、原有公路、水利設(shè)施及管線等的干擾情況：K線方案與國(guó)道214線發(fā)生1次交叉，P3及D3線與國(guó)道214線無(wú)交叉。

（6）環(huán)境保護(hù)方面：K線、P3線方案環(huán)境保護(hù)壓力稍大，D3線環(huán)境保護(hù)壓力較小。

（7）里程數(shù)量：K線方案路線里程較D3線方案長(zhǎng)554 m，較P3線短448 m。

（8）社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益：D3線方案大量占用優(yōu)質(zhì)農(nóng)田，可能會(huì)惡化沿線群眾的生產(chǎn)生活條件，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益最差；P3線方案雖不占用農(nóng)田，但需大量拆遷民房，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益同樣較差；相比較而言，K線既不占大量用農(nóng)田，又無(wú)需大量拆遷，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)。

（9）此外，D3線需大規(guī)模處置軟基，同時(shí)需大量設(shè)置通道。

經(jīng)綜合比選，K線、P3線和D3線方案各有優(yōu)勢(shì)，在初步設(shè)計(jì)階段考慮到經(jīng)濟(jì)效益，本著可持續(xù)發(fā)展選線、環(huán)保選線、地質(zhì)選線、經(jīng)濟(jì)選線的原則，最終采用K線方案。

2.2充分協(xié)調(diào)地形

采用較高的指標(biāo)有利于車(chē)輛的良好運(yùn)行，采用較低的指標(biāo)將對(duì)駕駛員的操作產(chǎn)生不利影響。山區(qū)復(fù)雜的條件影響技術(shù)指標(biāo)的采用，較高的技術(shù)指標(biāo)勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致較高的填挖量，直接影響該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境，工程結(jié)構(gòu)的數(shù)量也將增加，從而導(dǎo)致項(xiàng)目成本增加。所以，在保證行車(chē)安全的條件下，還應(yīng)強(qiáng)調(diào)技術(shù)指標(biāo)的選擇要因地制宜，堅(jiān)持路線與地形相互協(xié)調(diào)，不應(yīng)片面追求過(guò)高指標(biāo)。

水麻高速地處烏蒙高原北部?jī)A斜地帶，地勢(shì)南高北低。從水富沿河到老堡山地段，隧道是惟一到達(dá)老堡山的方式。為了顯著縮短后接涼風(fēng)凹隧道的長(zhǎng)度，盡早沿溪布線，充分利用復(fù)興河谷的有利地形，避免穿越不良地質(zhì)帶，減少對(duì)環(huán)境的破壞，保護(hù)運(yùn)營(yíng)安全，公路設(shè)計(jì)人員反復(fù)勘察、設(shè)計(jì)、計(jì)算，加上來(lái)自老堡山山嘴地形的啟發(fā)，形成了一個(gè)奇特而大膽的螺旋展線的想法。K39+400～K42+700老堡山路段的螺旋隧道曲線橋，是5個(gè)連續(xù)右偏的卵形曲線組成的螺旋曲線，克服垂直高差89 m，中間夾7段緩和曲線，所有的橋梁隧道位于右偏的螺旋曲線上，整個(gè)合同段總轉(zhuǎn)角近330°，形成1個(gè)巨大的“α”形，如圖2所示。

該段線性指標(biāo)與地形相互協(xié)調(diào)，大大降低了施工、環(huán)保與安全的運(yùn)作難度，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，在中國(guó)高速公路中尚屬首次，被評(píng)為“建國(guó)60周年公路交通勘察設(shè)計(jì)經(jīng)典工程”。建成后如圖3所示。

2.3地質(zhì)條件指導(dǎo)選線

山區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害多，分布廣。在路線勘測(cè)的某個(gè)階段有些災(zāi)害不易被察覺(jué)，具有極強(qiáng)的隱蔽性，會(huì)對(duì)公路的施工帶來(lái)不可估量的影響。與此同時(shí)，地質(zhì)災(zāi)害將直接影響到該地區(qū)的自然環(huán)境，導(dǎo)致水土流失，誘發(fā)其他災(zāi)害。在路線方案擬定中，由于地質(zhì)災(zāi)害的治理費(fèi)用過(guò)高導(dǎo)致方案被舍棄的案例不勝枚舉。因此，在路線布線時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)研究路線走廊的地質(zhì)條件，并堅(jiān)持按地質(zhì)條件選線，優(yōu)化路線走向。

龍瑞高速公路南天門(mén)山嶺地帶的地形、地質(zhì)條件復(fù)雜，相對(duì)高差較大，森林茂密，路線方案的布設(shè)主要受地形、地質(zhì)條件和環(huán)境保護(hù)因素控制，最大縱坡和平均縱坡是主要的路線控制設(shè)計(jì)指標(biāo)。該路段在初測(cè)階段做了K線、A線、B線、F線、H線、J線和M線7個(gè)路線方案研究[5]，本文僅就M線方案與K線方案進(jìn)行比較，如圖4所示。該公路路線方案在復(fù)雜路段通過(guò)反復(fù)的論證，選定的M線有效地避讓了大型滑坡，減緩了長(zhǎng)下坡路段的平均縱坡、提高了運(yùn)營(yíng)安全，大大降低了施工干擾程度。

M線（南天門(mén)8字形展線方案）起自龍陵縣城以西約2 km姜家塘處，起點(diǎn)里程為K15+28304，向西布線至新寨后轉(zhuǎn)向北布線，于二關(guān)處設(shè)官坡隧道穿過(guò)大坡山梁，之后路線遠(yuǎn)離龍瑞二級(jí)路，向西沿壩田河降坡，途徑周家田、橫山坡、石頭后梁子，于楊家墳山頭反向8字形展線降坡至老路走廊帶，途徑新寨、帕連、洞坎、遮告，全長(zhǎng)27.571 82 km。M線方案更有利于道路運(yùn)營(yíng)安全，避讓了地質(zhì)不良地段，路線平均縱坡控制在3%以下?？紤]到“地質(zhì)選線、安全至上”的設(shè)計(jì)原則，最終確定M線方案為南天門(mén)路段7個(gè)方案中的最優(yōu)方案予以推薦。

8字形展線的方案充分體現(xiàn)了地質(zhì)選線和生命周期成本的原則，通過(guò)安全性評(píng)價(jià)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求，為云南省繼螺旋展線方案后的又一新的展線思路[6]。

2.4典型工程方案比選

2.4.1錯(cuò)臺(tái)式路基

玉元高速公路駱子箐段由于地勢(shì)陡峻，地質(zhì)條件極為復(fù)雜，工程艱巨，在布線時(shí)就做了沿駱子箐左岸、右岸與整幅、分幅等多個(gè)方案[7]。

采用整體式斷面形式，由于地面橫坡較陡，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)高邊坡。如圖5（a）所示，路基開(kāi)挖土石方工程量較大，形成高邊坡路基坡面植被破壞較為嚴(yán)重，給今后的運(yùn)營(yíng)、養(yǎng)護(hù)帶來(lái)安全隱患，也造成幾處短隧道的偏壓和連拱隧道施工難度較大。若將整體斷面設(shè)計(jì)標(biāo)高抬高或吊空外移，盡量減少挖方，如圖5（b）所示，又導(dǎo)致右幅路基支撐工程太高，將形成半邊橋或高擋墻，不僅實(shí)施難度大，施工互相干擾嚴(yán)重，而且工程造價(jià)高。

而采用分幅式斷面和分臺(tái)式斷面，分別如圖6、7所示，不僅減少了路基開(kāi)挖土石方數(shù)量，降低了邊坡高度和邊坡防護(hù)力度，且避免了眩光干擾，工程造價(jià)低。

2.4.2高填改橋與深挖改隧

思小高速公路穿越著名的西雙版納熱帶雨林保護(hù)區(qū)，部分公路靠近小勐養(yǎng)自然保護(hù)區(qū)試驗(yàn)區(qū)的次森林帶。因此，思小高速公路的建設(shè)對(duì)周?chē)纳鷳B(tài)環(huán)境有非常重要的影響，環(huán)境保護(hù)應(yīng)當(dāng)是考慮的重點(diǎn)。基于此，思小高速公路在K88+688等7處進(jìn)行了高填改橋，在K89+ 675～K89+ 790等4處進(jìn)行了深挖改隧[89]。

（1）高填改橋。

以K86+930處，高填改T型連續(xù)梁橋?yàn)槔?，分析此處高填方案的影響。本路線段跨過(guò)野象谷，若以高填方案通過(guò)該段，會(huì)影響亞洲象的生活環(huán)境，縮小活動(dòng)范圍，分割活動(dòng)領(lǐng)地，且存在以下影響：嚴(yán)重破壞植被面積，思小高速公路路基設(shè)計(jì)寬度為22.5 m，高填方清表后寬度可達(dá)50 m以上，會(huì)破壞大量植被；高填方造成廊道效應(yīng)，分割了動(dòng)物的活動(dòng)領(lǐng)地，影響了動(dòng)物的生存環(huán)境，對(duì)該地區(qū)的食物鏈也會(huì)造成嚴(yán)重的影響；高填方路堤邊坡防護(hù)困難，該地區(qū)常年降雨量比較大，因此對(duì)邊坡防護(hù)工程要求高，后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用高；高填方需要大量的填土，就近取土?xí)?yán)重破壞周?chē)h(huán)境，遠(yuǎn)距離調(diào)運(yùn)又因大量修建施工便道，破壞周?chē)h(huán)境；高填方可能侵占附近水體，改變了當(dāng)?shù)厮w的流態(tài)，造成局部水資源枯竭并且增加了路基水毀的概率；高填方路段很難與保護(hù)區(qū)環(huán)境相協(xié)調(diào)，降低了景觀的觀賞性。

綜合以上考慮，將此處的高填方案改為T(mén)型連續(xù)梁橋方案，有效地保護(hù)了生態(tài)環(huán)境和野生動(dòng)植物，建成后的高架橋與植物融為一體，盡顯人與自然和諧之美。

（2）深挖改隧。以K89+675～K89+790百花山隧道為例，隧道全長(zhǎng)115 m，最大埋深為1968 m，若采用深挖路塹通過(guò)將會(huì)產(chǎn)生開(kāi)挖土石方量40 000 m3，產(chǎn)生坡面15 000 m2，植被破壞面達(dá)20 000 m2。且存在以下影響：深挖方案會(huì)對(duì)熱帶雨林造成新的分割，破壞地表植被，容易造成水土流失；開(kāi)挖破壞了原有的自然結(jié)構(gòu)，改變了當(dāng)?shù)氐纳镦湥恍┱湎∫吧鷦?dòng)植物的生存會(huì)受到影響；深挖路段開(kāi)挖后邊坡面積大，植被恢復(fù)困難，邊坡防護(hù)難度大；該段深挖棄方量較大，處理不便；深挖后單調(diào)的邊坡與周?chē)h(huán)境難以協(xié)調(diào)，不夠美觀。

綜合以上考慮，將此處的深挖方案改為隧道方案，避免植被破壞，保護(hù)原有自然結(jié)構(gòu)。隧道體現(xiàn)了人們對(duì)自然原貌的保護(hù)，獨(dú)特的洞門(mén)符號(hào)也展現(xiàn)了當(dāng)?shù)氐奈幕L(fēng)俗，表現(xiàn)了人與自然和諧相處。

2.5復(fù)墾植被設(shè)計(jì)

玉元高速公路的邊坡綠化美化遵循以下設(shè)計(jì)原則：以邊坡防護(hù)為主，同時(shí)兼顧景觀效果；設(shè)計(jì)主要強(qiáng)調(diào)簡(jiǎn)潔、明快、大方、經(jīng)濟(jì)，既注重生態(tài)效益，又注重經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境效益；主要以幫助恢復(fù)自然生態(tài)為原則，盡可能使高速公路與自然環(huán)境融為一體；從美學(xué)角度考慮點(diǎn)、線與面之間的關(guān)系，保證行車(chē)視野開(kāi)闊，線條流暢，為駕駛員和乘客提供一個(gè)良好的行車(chē)環(huán)境[10]。

玉元高速公路采用噴播機(jī)械化植草方式后，種植的草坪發(fā)芽均勻，生長(zhǎng)均勻，致密性好，成坪速度快。該方式對(duì)施工環(huán)境要求低，降低了工程成本的同時(shí)，提高了工程質(zhì)量，并且對(duì)邊坡植被和周?chē)h(huán)境有了明顯的改善。

2.6車(chē)輛行駛安全

2.6.1避險(xiǎn)車(chē)道

蒙新高速公路K22+320～K60+600路段，連續(xù)長(zhǎng)下坡路段達(dá)到37 km，最大縱坡為6%，平均縱坡為3.83%，橋隧比例高達(dá)70%，行車(chē)安全問(wèn)題十分突出，且僅有4個(gè)路段具備修建避險(xiǎn)車(chē)道的條件，避險(xiǎn)車(chē)道的長(zhǎng)度也因地形限制十分有限，因此，設(shè)計(jì)者們必須另辟蹊徑去解決避險(xiǎn)車(chē)道的設(shè)計(jì)。針對(duì)這些問(wèn)題，設(shè)計(jì)者們?cè)O(shè)計(jì)了獨(dú)特的網(wǎng)索避險(xiǎn)車(chē)道，并專(zhuān)門(mén)研制了橡膠空腔減速壟，如圖7所示。

在減速壟、網(wǎng)索和避險(xiǎn)車(chē)道的三重作用下，使車(chē)輛在較短的距離內(nèi)停止，從而縮短避險(xiǎn)車(chē)道的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，節(jié)約了工程資源，保護(hù)了自然環(huán)境；同時(shí)增強(qiáng)避險(xiǎn)車(chē)道的安全性，減少對(duì)人員的傷害和車(chē)輛的損壞。通車(chē)以來(lái)，這些安全設(shè)施系統(tǒng)已成功保護(hù)了百余輛事故車(chē)輛。

2.6.2彩色路面

大麗高速公路長(zhǎng)下坡路段較多，而且下坡常常伴隨著拐彎，如果按照常規(guī)設(shè)置振動(dòng)減速帶，雖然能夠起到提醒的作用，但是駕駛員和乘客會(huì)感到明顯顛簸，舒適性會(huì)大大降低。為了兼顧行車(chē)安全與舒適性，設(shè)計(jì)者在下坡轉(zhuǎn)彎處采用了彩色路面，以提醒司機(jī)提高警惕，再加以路邊緣指示牌的視線引導(dǎo)，既保證平穩(wěn)行駛也能夠有效減少事故的發(fā)生，保證行車(chē)安全。

2.6.3導(dǎo)電路面

大麗高速公路上行線K172+370處，在石金山隧道出口位置，下坡地段，受到地理?xiàng)l件與隧道位置因素的影響，該路段日照時(shí)間少且風(fēng)力大，導(dǎo)致有超過(guò)100 m的路段溫度較其他位置低5 ℃～10 ℃，冬季路面上常有薄冰產(chǎn)生，給行車(chē)安全帶來(lái)了嚴(yán)重隱患。

基于行車(chē)安全的考慮，設(shè)計(jì)者在該路段設(shè)計(jì)了電化冰路面。電化冰路面是在結(jié)冰路鋪設(shè)導(dǎo)電裝置，將電能轉(zhuǎn)化為一定量的熱能，用安全電將路面加熱，化解掉路面薄冰，以此來(lái)消除行車(chē)的安全隱患，提供一個(gè)安全的行車(chē)環(huán)境；而且該技術(shù)能夠代替除冰鹽，避免除冰鹽對(duì)道路的腐蝕和環(huán)境的影響，滿足綠色環(huán)保要求。

3結(jié)語(yǔ)

云南高速公路建設(shè)經(jīng)過(guò)多年的快速發(fā)展，積累了大量的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，并形成了獨(dú)具特色的山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)理念。對(duì)于云南山區(qū)高速公路的設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，每條高速公路建設(shè)項(xiàng)目各具特色，其相應(yīng)的地理位置、環(huán)境特征、社區(qū)價(jià)值、使用者需求、機(jī)遇與挑戰(zhàn)都具有惟一性。必須正確把握設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想、設(shè)計(jì)原則，同時(shí)應(yīng)當(dāng)廣泛借鑒國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀的設(shè)計(jì)，并且保持創(chuàng)新性，才能做到各方案的和諧統(tǒng)一，展現(xiàn)出較為完美的作品，滿足交通不斷發(fā)展的需求。

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