山區(qū)高速公路路線方案設(shè)計探討

■吳 姍

（福建省交通規(guī)劃設(shè)計院有限公司，福州 350004）

隨著中國改革開放的不斷深入，我國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，人們往來出行日益頻繁，由此對我國公路建設(shè)提出了更高的要求，高速公路也在經(jīng)濟(jì)騰飛的大背景下開始了大規(guī)模的建設(shè)。 截至2020 年底，全國高速公路的通車總里程已經(jīng)達(dá)到16.10 萬km，處于世界領(lǐng)先水平， 對20 萬以上人口的城市覆蓋率已超過98%，并且仍在快速發(fā)展。

隨著全國高速公路路網(wǎng)的不斷完善，地勢平坦地區(qū)的高速公路路網(wǎng)已十分密集。 同時，伴隨著“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”和“21 世紀(jì)海上絲綢之路”的大力推進(jìn)，我國西部地區(qū)正開始新一輪的大開發(fā)。 多重因素影響下，高速公路的建設(shè)將逐步從地勢平坦區(qū)域向地勢陡峭的山區(qū)進(jìn)行轉(zhuǎn)移。

由于山區(qū)高速公路普遍存在地勢高差大、地質(zhì)條件復(fù)雜、施工難度大、造價昂貴等難以避免又對項目推進(jìn)影響很大的因素，因此，對山區(qū)高速公路路線方案設(shè)計的普適性要點進(jìn)行探究是十分必要的。

1 山區(qū)公路的常見特點

1.1 地形條件

從定義上， 山區(qū)高速公路是指山嶺區(qū)和山嶺重丘區(qū)地形條件下建造的高速公路， 不同于平原區(qū)和微丘區(qū)，山區(qū)地形地勢高差大、坡度陡。 以廣西壯族自治區(qū)百色市的高速項目為例， 該地區(qū)山區(qū)高速公路的地形高差均超過500 m，最大坡度均超過20°（表1）。

表1 廣西壯族自治區(qū)百色市高速公路地形狀況

地形地貌作為道路載體的外在形態(tài)控制著高速公路走廊帶的大致走向。 面對山區(qū)高速復(fù)雜的地形條件， 對高速路線方案比選提出了更高的要求，這也是山區(qū)高速公路路線方案設(shè)計首先要面對的問題。

1.2 地質(zhì)條件

地質(zhì)條件是地殼的內(nèi)在表現(xiàn)，不同地區(qū)存在不同的地質(zhì)條件，主要體現(xiàn)在不良地質(zhì)災(zāi)害上，如平原地區(qū)的不良地質(zhì)現(xiàn)象主要以軟基、采空區(qū)和液化土等為主，由于平原地區(qū)地質(zhì)勘察工作是在平面上進(jìn)行，并且勘察范圍較小，只要投入充足的地勘工作量和適當(dāng)?shù)奶幚矸桨福话愣寄艿玫浇鉀Q。 與平原地區(qū)相比，山區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，常見的地質(zhì)災(zāi)害除了平原區(qū)的主要類型外，還有崩塌、滑坡和泥石流等，在部分西南地區(qū)還廣泛分布巖溶地質(zhì)。 以廣西壯族自治區(qū)百色市為例，對百色市境內(nèi)若干條山區(qū)高速公路地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)查分析，其不良地質(zhì)分布情況見表2。

表2 百色市山區(qū)高速公路不良地質(zhì)分布情況

地質(zhì)勘察作為公路設(shè)計的重要前提和基礎(chǔ)，對道路路線走向有重要的影響，特別是在山區(qū)高速公路設(shè)計時，常遇到不良地質(zhì)現(xiàn)象，這無疑增大了道路選線的難度。 有些不良地質(zhì)甚至對路線方案起著控制作用，并且在地質(zhì)勘察初期階段無法被完全探知，但在后期的施工和運營階段逐步暴露，給高速公路的施工和養(yǎng)護(hù)帶來巨大的損失。 因此，如何以較小的地質(zhì)勘探代價找到最有價值的方案，是山區(qū)高速路線設(shè)計的要點。

1.3 環(huán)境因素

我國高速公路歷經(jīng)幾十年的發(fā)展，已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗，但是在以往的山區(qū)高速公路路線方案設(shè)計中更側(cè)重于公路的線形，忽略了公路與環(huán)境的和諧發(fā)展。 建設(shè)過程中對環(huán)境產(chǎn)生的破壞，往往在項目后期通過對自然環(huán)境采取補救措施進(jìn)行修復(fù)，但后期修復(fù)難度大，并且很難達(dá)到預(yù)期效果。

為解決公路建設(shè)與環(huán)境之間的矛盾，實現(xiàn)高速公路綠色發(fā)展，2016 年，交通運輸部正式出臺了《關(guān)于實施綠色公路建設(shè)的指導(dǎo)意見》[1]，提出了生態(tài)保護(hù)等一系列設(shè)計理念。 隨后，交通運輸部在2018 年又正式出臺了《關(guān)于加快推進(jìn)綠色公路典型示范工程建設(shè)的通知》[2]，再次強調(diào)建設(shè)以資源節(jié)約、生態(tài)環(huán)保、節(jié)能高效、服務(wù)提升為主要特征的綠色公路，實現(xiàn)公路建設(shè)健康可持續(xù)發(fā)展。 這也要求設(shè)計人員要更加注重將綠色環(huán)保的設(shè)計理念貫穿于公路路線設(shè)計中。

1.4 國土空間規(guī)劃因素

國土空間規(guī)劃是國家空間發(fā)展的指南、可持續(xù)發(fā)展的空間藍(lán)圖，是各類開發(fā)保護(hù)建設(shè)活動的基本依據(jù)，同時也是有效防止在開發(fā)自然資源的道路上“走彎路”的重大舉措。

在改革開放經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時，我國也面臨著自然資源消耗加劇、生態(tài)環(huán)境持續(xù)破壞、國土空間開發(fā)質(zhì)量有待提升等問題。 隨著國土空間規(guī)劃體系的建立，各地區(qū)“三區(qū)三線”[3]（城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)、生態(tài)空間及城鎮(zhèn)開發(fā)邊界、 永久基本農(nóng)田和生態(tài)保護(hù)紅線）也在劃定并不斷完善中。 在這個歷史大背景下，高速公路， 尤其是山區(qū)高速公路沿線土地資源稀缺，在選線時必然會面臨新的挑戰(zhàn)。

2 山區(qū)高速公路路線方案設(shè)計要點分析

2.1 針對山區(qū)高速陡峭地形的路線設(shè)計方案

針對山區(qū)地形高差大、坡度陡的特點，在山區(qū)高速公路路線方案設(shè)計時，尤其在經(jīng)過地形起伏大的路段，應(yīng)進(jìn)行全方位的走廊帶比選，合理布設(shè)構(gòu)造物。 以廣西壯族自治區(qū)百色市岳圩口岸高速公路項目為例，項目區(qū)域以喀斯特溶蝕洼地及巖溶山原地貌為主，石灰石峰林、峰叢發(fā)育（圖1），區(qū)域內(nèi)地層及構(gòu)造情況見圖2。 項目在經(jīng)過地形陡峭的峰林區(qū)域時，首先進(jìn)行明線（西線方案）與暗線（東線方案）的對比（圖3）。考慮到暗線方案需設(shè)置隧道穿過沿線山包，造價高，不經(jīng)濟(jì)，因此采用西線明線方案（表3）。

表3 岳圩口岸高速公路漢邦至岜排段方案對比

圖1 岳圩鎮(zhèn)石灰石峰林圖

圖2 場區(qū)構(gòu)造帶分布圖

圖3 岳圩口岸高速公路漢邦至岜排段方案對比

在明確采用明線方案后， 根據(jù)地勘調(diào)查顯示，明線方案存在膨脹土， 并且明線方案路線標(biāo)高較高，高差較大（圖4），故對明線方案穿越膨脹土路段進(jìn)行橋梁和路基方案的比選，考慮到路基方案處理膨脹土的費用較高，并且存在運營期間路基開裂的風(fēng)險，最終推薦橋梁方案。

圖4 岳圩口岸高速公路漢邦至岜排段東線方案縱斷面圖

從以上實例可知，山區(qū)地形復(fù)雜區(qū)域，在整體上應(yīng)對高速公路的平縱橫設(shè)計進(jìn)行全局把控。 對局部段落，特別是地形陡峭段落，根據(jù)已探明的地質(zhì)情況、經(jīng)濟(jì)等因素進(jìn)行構(gòu)造物設(shè)置對比分析。 只有遵循先整體后局部的設(shè)計思路，才能從山區(qū)復(fù)雜的地形條件中，比選出經(jīng)濟(jì)合理的方案。

2.2 針對山區(qū)不良地質(zhì)的路線設(shè)計方案

山區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜， 如果未進(jìn)行地質(zhì)選線，按照平原及微丘區(qū)的設(shè)計理念進(jìn)行高速公路路線方案設(shè)計，在公路建設(shè)過程中可能誘發(fā)大量工程地質(zhì)病害，致使工程造價大幅增加，同時也給通車后的運營安全留下隱患。

針對山區(qū)不良地質(zhì)問題時， 在路線設(shè)計階段，應(yīng)貫徹執(zhí)行地質(zhì)優(yōu)先的理念，進(jìn)行地質(zhì)選線。 在山區(qū)高速公路勘察設(shè)計過程中，地質(zhì)選線的重要性得到了廣泛認(rèn)可。 如何做好地質(zhì)選線工作，成為山區(qū)高速公路路線方案成敗的關(guān)鍵。

做好地質(zhì)選線，應(yīng)遵循“八宜八不宜”設(shè)計原則[4]，即“宜避不宜擾、宜硬不宜軟、宜逆不宜順、宜穩(wěn)不宜亂、宜高不宜低、宜陡不宜緩、宜邊不宜埡、宜陽不宜陰”。 在路線方案設(shè)計過程中，首先應(yīng)在初擬地調(diào)路線方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行大比例尺工程地質(zhì)調(diào)繪，結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害報告，排除途徑地災(zāi)區(qū)域的走廊帶。 根據(jù)篩選后的路線走廊帶進(jìn)行適當(dāng)深度外業(yè)勘察，結(jié)合調(diào)查發(fā)現(xiàn)的不良地質(zhì)再對路線方案進(jìn)行對比。

以廣西壯族自治區(qū)百色市那坡至平孟口岸高速公路為例，根據(jù)地災(zāi)點進(jìn)行篩選后得到K、A 兩個比選方案（圖5）。K 線里程較長但靠近縣城，有利于帶動沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展。 A 線經(jīng)濟(jì)帶動作用小，但里程短，并且與高速路網(wǎng)規(guī)劃更吻合。 從功能上分析，兩個方案非常有比較性。

圖5 那坡至平孟口岸高速公路起點段方案對比

經(jīng)外業(yè)勘察，兩個方案的沿線不良地質(zhì)情況見表4。通過地質(zhì)情況比較分析，K 線地質(zhì)巖性主要為薄層泥質(zhì)粉砂巖及頁巖， 線路位于那坡大斷裂中，沿斷裂帶展布，且?guī)r性較差，以薄層泥質(zhì)粉砂巖及頁巖為主，受其影響沿線可見較大型滑坡、崩塌等不良地質(zhì)發(fā)育。 A 線以軟巖及較硬巖為主，間夾軟弱夾層， 對公路建設(shè)不利，A 線前13 km 設(shè)有4 座隧道，共7 520 m，該區(qū)域灰?guī)r發(fā)育，易形成巖溶及地下暗河等不良地質(zhì)，對隧道建設(shè)極為不利。 考慮到巖溶地貌作為廣西地區(qū)廣泛分布的地質(zhì)現(xiàn)象，對高速公路建設(shè)造成的影響較大，且設(shè)計階段通常難以完全揭示其詳細(xì)的分布情況，因此將巖溶作為本項目地質(zhì)選線重點考慮因素。 A 線前13 km 都位于巖溶發(fā)育區(qū)， 對方案的設(shè)計造成極大不確定性，經(jīng)綜合分析，為規(guī)避可能存在的地質(zhì)風(fēng)險，該項目最終推薦K 線方案。

表4 那坡至平孟口岸高速K、A 線不良地質(zhì)情況對比

以廣西壯族自治區(qū)百色市那坡至平孟口岸高速公路為例，在該項目終點路段，根據(jù)現(xiàn)狀地形條件布設(shè)了K、E 兩個路線方案（圖6），兩個方案的建設(shè)規(guī)模見表5，E 線的橋梁、 隧道規(guī)模均比K 線小，在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比選上E 線較K 線有優(yōu)勢。但經(jīng)外業(yè)勘察后發(fā)現(xiàn)，E 線地層為P1q 及P1m， 主要為灰?guī)r（圖7），根據(jù)調(diào)繪，隧道洞身標(biāo)高與已探明的暗河接近（圖8），雨季涌水量大，隧道洞身處已形成流水通道， 對隧道施工極為不利。 K 線沿線隧道地層為T2bf2+3，主要為粉砂巖，建設(shè)隧道較為有利。 考慮到在連通暗河灰?guī)r巖溶區(qū)建設(shè)隧道的風(fēng)險較高，經(jīng)綜合比選，該項目最終推薦K 線方案。

表5 K、E 線主要工程規(guī)模比較

圖7 灰?guī)r巖溶區(qū)

圖8 暗河出口現(xiàn)狀圖

由以上實例可以看出，在設(shè)計前期，詳實的地質(zhì)調(diào)查對公路選線意義重大。 即便在地質(zhì)選線過程中要投入大量的地質(zhì)勘察工作，但相比于在施工和運營期間產(chǎn)生的安全風(fēng)險和建設(shè)成本增加，前期的地勘投入是十分必要的。

2.3 針對環(huán)境保護(hù)的路線設(shè)計方案

山區(qū)高速公路建設(shè)的環(huán)境問題，需要從路線設(shè)計著手，同時考慮施工、營運期間的環(huán)境保護(hù)措施，才能確保山區(qū)高速公路與環(huán)境和諧相處。

進(jìn)行總體路線設(shè)計時，應(yīng)認(rèn)真貫徹交通運輸部《關(guān)于實施綠色公路建設(shè)的指導(dǎo)意見》[1]的指導(dǎo)思想，全面貫徹以“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的設(shè)計理念，最大限度地保護(hù)農(nóng)田，避免大填大挖，最大限度地保護(hù)周邊環(huán)境，追求高速公路建設(shè)與自然景觀的完美結(jié)合。 注重貫徹生態(tài)選線、人文選線、節(jié)能選線以及“不破壞就是最大保護(hù)”理念，并結(jié)合沿線的自然風(fēng)光，與景觀設(shè)計配合，讓公路隱于自然，回歸自然。 統(tǒng)籌資源利用，實現(xiàn)集約節(jié)約，充分利用項目隧道洞渣作為石料來源，統(tǒng)籌規(guī)劃，大力推行廢舊材料再生循環(huán)利用，注重公路設(shè)計與建設(shè)的前瞻性，統(tǒng)籌考慮后期養(yǎng)護(hù)管理的功能性需要，合理設(shè)置檢修通道，著力實現(xiàn)綠色、生態(tài)、環(huán)保設(shè)計目標(biāo)。

2.4 針對國土空間規(guī)劃體系下的路線設(shè)計方案

為滿足國土空間規(guī)劃體系的要求，針對不可避讓“三區(qū)三線”路段，在山區(qū)高速路線方案設(shè)計時，應(yīng)從路基、橋梁、隧道等方面對路線方案的典型段落設(shè)計進(jìn)行比選，綜合分析路線方案對國土空間規(guī)劃體系內(nèi)“三區(qū)三線”的影響。

以廣西壯族自治區(qū)百色市那坡至平孟口岸高速公路為例，在項目終點路段，受到走廊帶的制約，路線不可避免地穿越者郎水源保護(hù)區(qū)并占用沿線永久基本農(nóng)田，根據(jù)現(xiàn)場踏勘及紙上定線，擬定從一級水源區(qū)外東側(cè)穿過的G 線方案和從一級水源區(qū)外西側(cè)穿過的K 線方案進(jìn)行比選（圖9）。

圖9 那坡至平孟口岸高速公路終點段方案對比

從技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析，G 線方案路線里程短，隧道規(guī)模小，造價低，均優(yōu)于K 線方案；從對生態(tài)環(huán)境的影響進(jìn)行分析，K 線方案以特長隧道形式穿越者郎二級水源保護(hù)區(qū)， 對水源保護(hù)區(qū)的影響較小，優(yōu)于G 線方案； 從永久基本農(nóng)田占用情況分析，K線方案由于采用特長隧道，幾乎不占用沿線永久基本農(nóng)田并且總占地面積也較小， 優(yōu)于G 線方案，如表6 所示。 雖然G 線方案較經(jīng)濟(jì)，但考慮到K 線方案對“三區(qū)三線”干擾和占用較小，更符合國土空間規(guī)劃，最終推薦采用K 線方案。

表6 那坡至平孟口岸高速公路終點段方案對比

3 結(jié)語

我國的山區(qū)高速公路的建設(shè)受到多種因素的影響和限制，除了設(shè)計因素外，施工方式、后期運營模式都會影響到整個項目的質(zhì)量和運營周期，但設(shè)計尤其是路線設(shè)計仍然是山區(qū)高速公路建設(shè)中最為重要的環(huán)節(jié)。 因此在路線設(shè)計過程中，應(yīng)注重統(tǒng)籌兼顧，充分權(quán)衡利弊，不斷調(diào)整和優(yōu)化路線方案，進(jìn)行方案對比，進(jìn)一步分析不同地質(zhì)與地形條件對方案的影響，從設(shè)計初期就要考慮盡可能減少工程建設(shè)對環(huán)境的破壞，并在符合國土空間規(guī)劃體系的框架下，選出最終經(jīng)濟(jì)合理的路線方案。