考慮能耗指標(biāo)的山區(qū)高等級(jí)公路路線方案綜合優(yōu)選研究

韓菲潔

中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710075

近年來(lái)，隨著我國(guó)高等級(jí)公路建設(shè)工作的大力推進(jìn)，山區(qū)高等級(jí)公路建設(shè)規(guī)模明顯擴(kuò)大。選線作為公路建設(shè)工作的重要內(nèi)容，在山區(qū)公路建設(shè)中是不容忽視的，需要結(jié)合地質(zhì)情況，綜合考慮項(xiàng)目投資、環(huán)境保護(hù)等因素來(lái)進(jìn)行路線方案的比選，最終確定最為合理的路線方案[1]。當(dāng)前工程建設(shè)領(lǐng)域大力推進(jìn)綠色節(jié)能，因此在進(jìn)行路線方案比選時(shí)，能耗也要作為一項(xiàng)重要的指標(biāo)納入其中。

1 山區(qū)高等級(jí)公路選線原則及方法

1.1 選線原則

（1）適應(yīng)環(huán)境。在山區(qū)公路路線選定的過程中，需要結(jié)合項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境，實(shí)現(xiàn)縱斷面與地形地貌之間的有機(jī)結(jié)合。常用的布線方法為曲線定位法，能夠?qū)β肪€進(jìn)行準(zhǔn)確的把控，尤其是在地形地貌較為復(fù)雜的區(qū)域效果更佳，同時(shí)可以有效避免高填深挖路段的出現(xiàn)，降低對(duì)線路周邊環(huán)境的影響。

（2）經(jīng)濟(jì)節(jié)約。在進(jìn)行公路建設(shè)時(shí)，經(jīng)濟(jì)成本是需要重點(diǎn)考慮的因素。因?yàn)楣こ塘恐苯尤Q于線形設(shè)計(jì)，所以在進(jìn)行選線工作時(shí)需要樹立起經(jīng)濟(jì)節(jié)約的理念，應(yīng)盡可能地以降低工程成本為最終目標(biāo)，在確保使用性的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（3）節(jié)能環(huán)保。節(jié)能環(huán)保原則體現(xiàn)在兩方面，即降低建設(shè)期間與運(yùn)營(yíng)期間對(duì)周邊環(huán)境的影響和能源消耗。首先，要盡量避免高填深挖路基，降低對(duì)周邊環(huán)境的破壞，這樣能在降低施工難度的同時(shí)，有效減少施工期間對(duì)能源的消耗；其次，要合理進(jìn)行縱斷面設(shè)計(jì)，避免車輛在行駛過程中需要頻繁地急加速而導(dǎo)致油耗增加，同時(shí)減少尾氣中有害氣體的排放，避免對(duì)周邊環(huán)境造成污染。相關(guān)研究表明，在車輛急加速過程中，尾氣中的有害物質(zhì)會(huì)明顯增多[2]，如表1所示。

表1 不同行駛狀態(tài)下汽車尾氣中有害物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù) 單位：%

1.2 選線方法

（1）走向位置選擇。①沿溪線的選擇。由于山區(qū)地形復(fù)雜、高程變化大，因此在進(jìn)行山區(qū)公路選線時(shí)，如何克服高程障礙是一項(xiàng)難點(diǎn)工作。利用山間較為寬闊的河谷進(jìn)行布線可有效克服這一障礙。需要注意的是，將路線布設(shè)于河谷中時(shí)，要避免平行布置在活動(dòng)斷裂帶內(nèi)。由于河谷兩岸自然條件通常存在較大的差異，需要進(jìn)一步針對(duì)實(shí)際情況研究路線應(yīng)置于河谷的哪側(cè)。對(duì)布線有利的岸側(cè)可能會(huì)沿著河流方向發(fā)生變化，因此在進(jìn)行布線時(shí)需要考慮這種現(xiàn)象，合理進(jìn)行岸側(cè)展線。②山脊線的選擇。山脊線俗稱鯉魚背地形，具有平緩順直、地形起伏小的優(yōu)點(diǎn)。若在山脊線上布線，需要注意不要使其偏離路線的總方向過遠(yuǎn)。③局部線位選擇。局部線位選擇是否合理會(huì)對(duì)公路施工的難易程度造成影響，同時(shí)決定了工程量的多少與造價(jià)的高低。應(yīng)當(dāng)在地形圖中將縱斷面設(shè)計(jì)與橫斷面設(shè)計(jì)相結(jié)合，尤其是針對(duì)地形陡峭且路基較寬的路段。

（2）越嶺埡口位置選擇。必須穿越山嶺地形的路線即越嶺線，在越嶺線布設(shè)中，埡口位置的選擇及展線方案的確定具有重要意義，需要重點(diǎn)進(jìn)行考慮。作為越嶺線方案的重要控制點(diǎn)，埡口的最佳位置是順著路線總走向且高程較低的位置，從而方便進(jìn)行展線，且可有效縮短公路里程。對(duì)于特殊的情況，可選擇以隧道形式穿越埡口，這樣能夠明顯增加運(yùn)營(yíng)期間的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。標(biāo)準(zhǔn)要求較低時(shí)，在薄埡口處可深挖路基，這樣能夠有效地縮短總里程；而對(duì)于深厚的埡口，則需要進(jìn)行淺挖，避免工程量明顯增多。伴隨著近年來(lái)節(jié)能環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，加之隧道設(shè)計(jì)及施工技術(shù)水平的不斷完善提高，山區(qū)高等級(jí)公路在穿越埡口布線時(shí)多采用長(zhǎng)隧道或者隧道群形式，這樣在縮短路線長(zhǎng)度的同時(shí)有利于環(huán)保。

（3）路線指標(biāo)選擇。①線形指標(biāo)。在山區(qū)高等級(jí)公路開展線形選擇工作時(shí)，在滿足規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，還需要結(jié)合公路沿線的地形地貌，使平面、縱斷面及橫斷面設(shè)計(jì)相互協(xié)調(diào)，確保路線的通暢，同時(shí)需要考慮有效降低能耗并與周邊自然環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一。尤其是在進(jìn)行曲線設(shè)計(jì)時(shí)，需要合理地選用曲線半徑，避免因曲線半徑過小導(dǎo)致路線線性變差，從而使行車能耗增加。同時(shí)，要注意控制復(fù)合曲線，路線中存在過多的復(fù)合曲線會(huì)導(dǎo)致行車速度出現(xiàn)頻繁的變化，在提高行車能耗的同時(shí)還會(huì)帶來(lái)安全問題。②平面設(shè)計(jì)。在平原地區(qū)，由于地形起伏小，指標(biāo)的選用有很大的空間，可選用交點(diǎn)直線法來(lái)提高路線設(shè)計(jì)效率。但對(duì)于山區(qū)，這種方法由于受到地形變化的影響，不僅工作效率低，還會(huì)導(dǎo)致選定的路線方案無(wú)法與地形地貌有效地貼合。因此，在進(jìn)行山區(qū)高等級(jí)公路路線平面設(shè)計(jì)時(shí)，需要采用曲線選線法，使路線方案與地形地貌更加貼合，滿足路線平縱橫的組合要求。③縱斷面設(shè)計(jì)。山區(qū)高等級(jí)公路由于受到地形地貌的限制，為確保路線平面設(shè)計(jì)與縱斷面設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，常會(huì)采用將連續(xù)小半徑短平曲線與連續(xù)大縱坡小半徑豎曲線進(jìn)行組合的方式，這種縱斷面設(shè)計(jì)不僅會(huì)導(dǎo)致行車視距受限而存在安全隱患，還會(huì)導(dǎo)致車輛需要頻繁地變化車速而增加能耗。因此，需要多采用大半徑的豎曲線，且要合理控制縱坡，確保行車視距，提高安全性，并有效地降低行車能耗。

2 山區(qū)高等級(jí)公路節(jié)能選線研究

2.1 節(jié)能對(duì)選線方案的影響

（1）對(duì)路線走廊帶方案的影響。由于路線走廊帶不同，路線方案所面對(duì)的地形地質(zhì)條件也不同[3]，會(huì)對(duì)走廊帶線形及展線長(zhǎng)度帶來(lái)影響，直接影響施工期及運(yùn)營(yíng)期的能耗。而且，走廊帶沿線若存在特殊路基，不僅會(huì)增加施工期間的能耗，還會(huì)導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)期間因進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)而產(chǎn)生能耗。

（2）對(duì)路線技術(shù)指標(biāo)的影響。運(yùn)營(yíng)期的能耗很大程度上取決于路線技術(shù)指標(biāo)的選擇，如為減少路基開挖工程量而設(shè)計(jì)長(zhǎng)大縱坡路段，在導(dǎo)致能耗增大的同時(shí)，還伴隨著安全問題。因此，在進(jìn)行路線方案設(shè)計(jì)時(shí)需要結(jié)合節(jié)能需求合理選擇各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

（3）對(duì)路線重點(diǎn)工程的影響。橋梁及隧道作為公路建設(shè)中的重點(diǎn)工程，具有成本高、施工技術(shù)難度大的特點(diǎn)，導(dǎo)致在施工期間需要耗費(fèi)大量的能源。然而，在運(yùn)營(yíng)期間，由于隧道需要運(yùn)行照明系統(tǒng)與通風(fēng)系統(tǒng)，仍然需要消耗大量的能源，因此在進(jìn)行路線方案設(shè)計(jì)時(shí)，需要合理布設(shè)隧道與橋梁。

2.2 路線方案節(jié)能分析

（1）建設(shè)期節(jié)能分析。公路建設(shè)期間的能源消耗是一次性的投入，主要是指施工期間的人力、機(jī)械及材料的投入，具體表現(xiàn)為對(duì)電能及燃料的消耗，根據(jù)分部工程的不同，有路基節(jié)能分析、路面節(jié)能分析、橋涵節(jié)能分析以及隧道節(jié)能分析。由于建設(shè)期的能源消耗相比于運(yùn)營(yíng)期比重小，因此文章對(duì)建設(shè)期間的節(jié)能分析不做深入的研究。

（2）運(yùn)營(yíng)期節(jié)能分析。運(yùn)營(yíng)期的能源消耗主要分為車輛運(yùn)行消耗與運(yùn)營(yíng)期管理消耗兩方面，即對(duì)燃油與電能的消耗。其中，車輛運(yùn)行消耗取決于車輛本身的能耗水平與行駛狀態(tài)；管理能源消耗主要指通風(fēng)照明、建筑物與附屬設(shè)施耗能。文章主要以路線技術(shù)參數(shù)為指標(biāo)對(duì)能耗水平的影響作用進(jìn)行分析研究。①平曲線數(shù)量。在車輛行駛過程中，從直線段進(jìn)入曲線段時(shí)由于需要進(jìn)行減速過彎，會(huì)導(dǎo)致油耗明顯升高。因此，平曲線數(shù)量可作為評(píng)判一條公路節(jié)能功能的重要指標(biāo)，其數(shù)量與車輛行駛的能耗成正比。②平曲線半徑。平曲線半徑是影響車速的重要因素，隨著半徑的減小，為確保行車安全，車輛行駛速度需要降低，而油耗則會(huì)增加。因此，平曲線半徑可以有效直觀地對(duì)公路的節(jié)能能力進(jìn)行反映。③平均縱坡。在上坡路段，如果縱坡過大，會(huì)導(dǎo)致車輛的油耗明顯增加，對(duì)于大型車輛而言這種現(xiàn)象更加明顯；而在下坡路段，若縱坡過大，為控制車速需要頻繁地剎車，不僅會(huì)帶來(lái)油耗問題，還會(huì)帶來(lái)安全問題。

3 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)地域遼闊，因而公路運(yùn)輸在交通運(yùn)輸領(lǐng)域占有很大的比重。伴隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)公路運(yùn)輸能力的要求也相應(yīng)地大幅度提高，同時(shí)帶來(lái)了能源消耗及環(huán)境污染問題。我國(guó)的交通運(yùn)輸行業(yè)能耗在全國(guó)所有行業(yè)的總能耗中占有較大的比重，而其中過半均為公路運(yùn)輸所消耗。因此，在公路建設(shè)發(fā)展過程中需重視其節(jié)能問題。