山區(qū)高速公路的選線與路線設計要點分析

文/彭侃、丁強

1 前言

高速公路項目建設具備一定的周期性，在公路建設初期做好公路路線確定的路線設計尤為關鍵。公路選線與路線設計效果的高低直接影響工程的建設質量以及通車后的車輛行駛的安全與舒適性，所以我們需要考慮公路選線與路線設計的需求，從而保證各項指標達到預期的目標。

2 高速的路線選型設計要求

2.1 滿足路線安全性

高速公路項目選型設計環(huán)節(jié)，首先要遵循的原則就是安全性，這是最基本的性能指標。保證公路運行的安全性，不僅僅可以使高速公路達到安全性、耐久性的要求，同時還能保證交通參與者的生命安全。因此，在高速公路選線環(huán)節(jié)，應該盡量避免在不良地質條件下施工，比如泥石流發(fā)生率較高、地震活動頻繁、容易產(chǎn)生山體滑坡的區(qū)域內。此外，地基強度不足或者處于斷層地帶，也要盡量避免。對于無法規(guī)避的惡劣地形條件，應該采取必要處理措施，以提升高速公路運行的安全性和穩(wěn)定性[1]。

2.2 以經(jīng)濟效益化為目標

高速公路畢竟也是商業(yè)化運行的項目，所以經(jīng)濟效益是重要考慮原則之一。高速公路建設投資額是巨大的，且后續(xù)運營階段的維護與保養(yǎng)也需要付出較多的資金。而本文所說的經(jīng)濟效益化，就是使高速公路建設完成投入運營后的使用壽命得以延長，特別是高速公路選線的過程中，很多項目都會穿越地形復雜的區(qū)域，必須要加強改造處理，而這也就導致高速公路投入資金增多，成本上升，影響經(jīng)濟效益。因此，高速公路選線環(huán)節(jié)，需要盡量帶動區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展，比如引領旅游業(yè)、服務業(yè)的發(fā)展等，以提高高速公路的利用率。

2.3 滿足生態(tài)環(huán)保要求

高速公路建設施工階段，容易給周邊環(huán)境產(chǎn)生一定程度的影響與破壞。因此，在路線設計時應該充分保護生態(tài)環(huán)境，確保施工范圍內的人文與自然環(huán)境不會被嚴重破壞，確保歷史文化景觀與當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境免受損壞，如果可以預見發(fā)生嚴重的損壞問題，則應該進行必要的繞行或者調整，并且對于損壞的生態(tài)環(huán)境進行修復處理，盡快恢復生態(tài)系統(tǒng)[2]。

3 工程概況

某高速公路工程，線路全長45km，該線路主路線按照高速公路標準要求修建，路基寬度設計為25.5m，行車速度設計為120/h。該公路工程建設初期，考慮到公路路線行車質量，對選線與路線設計內容進行綜合評定，故而做出了相關的處理方案。該工程選線與路線設計內容如下文所述。

4 高速的路線設計方法和要求

4.1 根據(jù)地質條件確定線路規(guī)劃方案

該高速公路項目處于橫斷山脈的地形條件，地形變化比較復雜，交通運行難度較高。當?shù)赜懈咴瓖{谷、山地河谷平原、山間盆地等地形交錯分布，地質構造活動頻率較高，有些地帶會存在間歇性的抬升，還有些地方會出現(xiàn)沉降嚴重的情況。經(jīng)過多年的演變與反應，形成了類型比較豐富的地貌條件，比如低山地貌、巖溶地貌、河流侵蝕平原等。整個項目從空中俯瞰以“歹”字形式存在，且施工地帶的復雜性比較高，還容易發(fā)生地震等災害。經(jīng)過當?shù)氐牡卣鸨O(jiān)測資料分析發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域范圍內的地震活動峰值加速度可以達到0.3g，平均0.45g 就會有一個地震應力波，建筑抗裂烈度在8°以上。經(jīng)過上述原因分析，該高速公路項目在初稿設計審核中就直接被推翻了，而這正是因為該地帶中的隧道穿越區(qū)域內的地質條件復雜性比較高。經(jīng)過全面分析，本次工程設計決定取消隧道的形式，全部采用地面路面的形式，以此大幅度提升施工的安全性，保證交通參與者的生命安全[3]。

4.2 豎向線形設計

豎向線形的設計就是根據(jù)豎向變化設計確定所形成的高速公路線形，這也是一種設計方案的形式。比如，在高速公路設計中，需要確定坡度、坡長、曲線半徑等方面的技術參數(shù)，并根據(jù)高速公路豎向變化的情況確定這些參數(shù)，保證高速公路運行的速度、高度等滿足要求。在該工程中，經(jīng)過地形勘察分析，其山脈起伏變化比較劇烈，海拔升高也非常明顯。為了達到公路交通運行安全性的要求，應保證豎曲線的半徑是最小的，坡長距離也是最短的。經(jīng)過相關數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，縱向坡度變化處于-2%～2%之間效果是最好的，可以達到行車視距的標準，駕駛員也能夠根據(jù)運行情況調整車速，確保交通運行的安全性。

4.3 平面線形設計

結合物理學的相關理論，車輛在平面曲線形式內進行運動，會有離心力產(chǎn)生。因此，為了使車輛行駛安全性合格，可以按照要求做好橫向摩擦力測算分析。在平曲線內，車輛行駛所形成的離心力與車速的平方是正比關系，而曲線半徑則是反比的關系。經(jīng)過離心力的作用，行駛時極易產(chǎn)生橫向側傾或者滑移，駕駛人員如果在車內有明顯的感受，精神會比較緊張，進而導致操作出現(xiàn)失誤，誘發(fā)交通事故。從這一情況出發(fā)，在平曲線設計中，應用最小曲率半徑限制平曲線，并采取緩和曲線的方法和平曲線連接。在該項目中，平曲線選擇的連接長度為90m，可以保證車輛行駛的安全性[4]。

4.4 豎向與平面線形組合設計

由于不良地質條件、設計標準不達標等因素，設計人員應根據(jù)需要選擇豎向線形與平面線形聯(lián)合的方法。這些線形的方法會給交通運行舒適度、安全性產(chǎn)生影響。另外，地勢變化明顯的地帶，線形也會發(fā)生較大的起伏變化，為了保證交通運行安全性合格，應該設置必要的交通標志線，提醒駕駛員注意路段特殊性；恰當采取必要的誘導措施，設置防護設施，防止發(fā)生交通事故。為了保證高速公路投入運營后的安全性，線路設計要充分考慮當?shù)氐牡貏葑兓闆r，綜合分析直線、圓曲線、緩和曲線。比如，地勢相對平緩的地帶，高速公路設計中最好采取直線的設計方案；但是如果直線過長，則會使駕駛員產(chǎn)生疲勞感，所以應適當增加圓曲線、緩和曲線的線形。另外，高速公路線路設計中，還要盡量防止過多使用直線而忽視曲線，最好是平曲線和豎曲線組合起來，保證駕駛人員駕駛車輛可以連續(xù)性過渡，避免發(fā)生嚴重的安全事故[5]。

4.5 線路交叉設計

線路交叉是高速公路建設中不可避免產(chǎn)生的情況，特別是互通立交的項目中，線路交叉會導致高速公路設計的難度升高，具體從下述幾點分析：

4.5.1 對于小范圍交叉再加上山區(qū)地形的影響可以適當減小交叉面積。

4.5.2 坡度如果較大，車輛的穩(wěn)定性會有一定的問題，還會導致舒適性不足，所以交叉口設置應該保證安全性達標。

4.5.3 行車視距如果較小，也會導致車輛安全性不足。從這個方面分析，該工程中應進行立交平縱線形的優(yōu)化設計，使匝道的分河流部分的線形可以平穩(wěn)過渡，加強平交VI 渠化設計，保證高速公路的運行質量合格，促進車輛行駛安全性提升。設計環(huán)節(jié)需要注意，有蝙蝠洞立交的存在，可以選擇應用半互通的方法。這與初步設計是相同的，根據(jù)標準優(yōu)化匝道，有效增加該位置上高速的匝道半徑，提高安全性。施工圖設計中進行立交方案的優(yōu)化和詳細設計，可以使整個高速公路的運行達到安全、通暢的要求，滿足交通運行標準。

5 質量控制措施

5.1 在路線設計階段，相關人員需要對各種影響因素進行綜合考慮。例如，對地勢、居民區(qū)、環(huán)境保護區(qū)以及礦山資源區(qū)等。同時，在路線設計的過程中還需要將社會環(huán)境與自然環(huán)境納入考慮范圍內，盡量使這兩方面的因素能夠有效結合。另外，在具體的項目實踐中，還需要進入實地進行考察，在了解相關地理信息以及工程特征的基礎上開展相關設計工作，從而減少設計變更情況。

5.2 在高速公路項目建設環(huán)節(jié)給環(huán)境造成破壞是難以避免的，因此在具體設計時我們需要將環(huán)境破壞問題降低到最低。在選線路時，需要綜合考慮施工給環(huán)境破壞造成的面積大小，盡可能在不大量破壞環(huán)境的基礎上確定路線；此外，在設計過程中，還需要按照就近原則對設計內容進行優(yōu)化，使路線設計不會給環(huán)境造成影響。另外，在實踐的過程中還可以采用BIM 技術對路線設計的質量進行控制，通過BIM 技術構建的軟件模型，能夠直觀地在模型中優(yōu)化路線設計，從而保證設計時出現(xiàn)的問題得到有效控制。

6 結語

綜上所述，高速公路線形設計非常重要，因此要滿足經(jīng)濟性、環(huán)保性、安全性、舒適性的要求，符合綠色標準，盡量減少農(nóng)田占用、降低對于自然環(huán)境的不利影響，選擇最佳的線路設計方式，進而延長使用壽命，達到安全性的標準，確保高速公路運行更加順利，帶動周邊區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展，為我國的經(jīng)濟與社會全面發(fā)展起到一定的促進作用。