山區(qū)公路路線選線原則及設計要點分析

馬艷莉

(長治市通明公路勘察設計有限公司，山西 長治 046000)

1 引 言

公路作為連接城市經濟、人員、文化的基礎設施工程，極大地促進了城市與城市、人與人之間的經濟和文化交流。近年來中國為西部大開發(fā)戰(zhàn)略投入了大量資金[1]。西部與其他地區(qū)的交通網絡是這一戰(zhàn)略的重要組成部分，為此我國交通基礎設施發(fā)展愈加迅速，截止至十三五規(guī)劃，我國已建成大量的公路、鐵路等基礎設施。如青藏鐵路，鄭西高速等。隨著西部大開發(fā)和一帶一路戰(zhàn)略的實施，鐵路、公路等線性延伸的基礎設施工程必然要經過山區(qū)。由于大陸板塊的擠壓、碰撞，這些地區(qū)的工程建設直接或間接地遇到一系列與構造活動有關的問題[2]。例如，連續(xù)的故障活動會導致工程設施的故障。地震誘發(fā)的滑坡、土壤液化和凍土也可能威脅工程結構的安全。這也是活動構造區(qū)被認為是高風險的原因。山區(qū)的景觀地質條件復雜多變，橋梁和隧道相互貫通是常有的事[3]，在橋隧交接處也易發(fā)生交通事故。2008年汶川地震引發(fā)的滑坡導致了公路交通中斷(如圖1所示)，引發(fā)了人們對山區(qū)公路安全的重視。因此，如何正確評價公路走廊沿線工程地質條件，最大限度地降低風險，提供合理的公路選址方案和設計方案，是公路建設的關鍵問題。

圖1 滑坡災害

在公路施工過程中不可避免的會對沿線的生態(tài)環(huán)境和自然風景造成破壞，更為嚴重的將會導致水土流失進而導致嚴重的地質災害(如圖2所示)。因此山區(qū)公路選線需要額外注重環(huán)境保護。對于這些問題，不僅需要相關政府部門加大監(jiān)管力度，建立相關責任制度，晚上行業(yè)規(guī)范，相關從業(yè)人員更應當以身作則，在設計規(guī)劃時做到未雨綢繆。

圖2 改擴建誘發(fā)地基沉降

公路選線作為公路設計規(guī)劃中先行和總領的環(huán)節(jié)。確立的規(guī)劃路線方案是否合理，不僅影響線路的順利建成，也影響道路運營后所產生的經濟和社會效益，這就決定了公路建設的總體目標能否順利實現。隨著中國經濟的高速發(fā)展，中國的公路工程得到了快速的發(fā)展，積累了大量的經驗。本文在傳統(tǒng)技術經濟路線選擇的基礎上，先后提出了規(guī)劃路線選擇、綠色路線選擇、環(huán)保路線選擇、資源路線選擇等新的路線選擇概念。這些新路線選擇思想和概念有一個共同點，那就是，他們都強調公路建設不僅要考慮自己的技術經濟特征，而且從大局，關注高速公路之間的協調和自然環(huán)境、經濟布局，以及沿途的社會發(fā)展。

本文研究的山區(qū)公路路線選線原則不僅符合傳統(tǒng)國家規(guī)范要求，而且強調公路路線與沿線地區(qū)的和諧共存。即公路路線與沿線地區(qū)的文化經濟生態(tài)產業(yè)形成生態(tài)友好、互利互助、相互協調發(fā)展的發(fā)展路徑。

2 山區(qū)公路選線原則

就選線這一角度而言，山區(qū)公路與普通道路相比，其主要原則如表1所示。

表1 選線原則

2.1 安全性原則

中國的地理條件復雜多變，具有諸如：飽和軟黏土地質、濕陷性黃土地質、喀斯特地形等復雜的:地質環(huán)境，這些地質環(huán)境往往會在外因作用下發(fā)生塌陷、沉降等災害現象。此外，山區(qū)公路由于落差較大，往往在山體內部會存在暗河、地下水等復雜的水文條件。這些潛在的水文變化會導致護坡、路基受到侵蝕，進而發(fā)生滑塌對人民的經濟和生命安全造成嚴重影響，因此在進行山區(qū)公路選線時，設計人員應當秉持著安全性的基本原則，對于特殊地質本著“能避則避”的基本原理，當無法避免時，應當盡量使設計值偏保守，預留足夠的設計安全冗余值，以提高公路整體安全性。

2.2 經濟性原則

山區(qū)公路建設往往伴隨著大量的土石方填挖，而在山區(qū)，由于海拔和交通限制，土石方的開挖明顯會導致施工成本提高，設計人員在進行選線時，應當充分考慮運距問題，做到“移山填溝”，合理的降低土石方運距。

此外,山區(qū)的河谷地段往往是重要的經濟作物種植區(qū)，同時也是主要的人口聚集地，在進行山區(qū)道路選線時，不能“因噎廢食”，切不可為了避免較大落差而直接穿過河谷的居民區(qū)，這不僅會提高施工的經濟成本，還可能導致居民沖突，另一方面也會對生態(tài)環(huán)境造成嚴重的破壞。

2.3 環(huán)保性原則

社會的發(fā)展和進步應該增強人們的獲得感和幸福感，而不應該因為道路建設而破壞人們的生活環(huán)境。道路的建設和運營會產生噪聲和振動，影響人們的生活和工作。因此，在路線選擇上要盡量避免居民區(qū)和大村落。很多拆遷會引起社會問題，引起人們對道路建設的思考。當需要通過居民聚集地時，應減少公路運營施工過程中引發(fā)的噪聲和振動，使影響降到最低。

2.4 分批修建原則

山區(qū)道路往往交通量較低，應當在規(guī)劃設計初期，對山區(qū)道路的交通量進行實地的勘察和詳細的論證，避免一次性、大批量的公路施工，這不僅會提高施工的經濟成本，還會對山區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成不可挽回的破壞，應當做到有的放矢，合理的分批次修建。

2.5 保護文物原則

山區(qū)往往存在一些古廟、古寺等保護性文物，設計人員在進行山區(qū)道路設計時，應當做好充分調研工作，避免路線穿越保護區(qū)。

2.6 最優(yōu)性原則

山區(qū)道路選線的原則就是根據工程布局的基本走向和技術標準，輔以生態(tài)環(huán)保的設計思想與理念，結合工程所處的實際地理位置、地質情況、水文情況以及周圍的各種建筑、施工條件等影響因素，綜合考慮，最終確定一條經濟合理、技術上可行且生態(tài)環(huán)保的最優(yōu)路線。最優(yōu)路線的確定往往是一個復雜的過程，其影響因素眾多，諸如上述的安全性原則、經濟性原則、環(huán)保型原則和保護文化原則等，這需要設計人員能夠將設計任務進行分解，將復雜的問題簡單化，在實際的設計過程中，再逐漸的將問題復雜化，選出多條可行性的路線方案，再從經濟角度、環(huán)保角度、施工難度、工程造價等多方面進行深入對比，最后得到最佳路線。最終形成如圖3所示的山區(qū)公路選線原則。

圖3 山區(qū)公路選線原則

3 山區(qū)公路的設計要點

3.1 平面線型設計要點

平面線型設計由直線、圓曲線、回旋線等合理組合構成，平面線型設計要滿足相關設計規(guī)范要求。具體而言：直線路段的最大長度不宜過長，避免造成視覺疲勞；圓曲線應當盡量取規(guī)范要求的最大半徑，在山區(qū)公路由于高差限制，可以首取一般最小半徑，盡量避免極限半徑。

3.2 縱斷面線型設計要點

縱斷面的線型設計主要關注以下幾個要求：

(1)最大縱坡，山區(qū)道路由于海拔變化較大，往往縱坡坡度較大，對汽車的性能由較大要求，設計人員應當合理設置縱坡，避免較大坡腳造成汽車無法爬坡，甚至發(fā)生溜坡的現象。

(2)最小縱坡，山區(qū)降雨事故多發(fā)，為了滿足排水要求，對最小縱坡要求與常規(guī)公路亦不相同，設計人員應當預留好最小縱坡。

(3)最小坡長，為提高行車舒適度，減少車輛顛簸，設計人員需要重點關注最小縱坡坡長。

(4)最大縱坡，發(fā)動機在較大的坡度下，為了滿足汽車最小上升牽引力，往往會過熱工作；而在下坡時，頻繁使用剎車片會降低汽車使用壽命，嚴重時則會導致交通事故。

3.3 平縱線型組合要點

山區(qū)公路地形變復雜，平面轉彎與縱向爬坡往往并存，為了提高駕駛員的駕車體驗，應當嚴格遵守“平包豎”的原則。

3.4 其他要點

(1)視覺要點

在山區(qū)公路中，駕駛員往往會突然降低行車速度，隨著行車車速的降低，駕駛員的動態(tài)視力上升的越多，駕駛員的視角越近，駕駛員的視野越寬，駕駛員接收到的道路信息越多。但這往往并不是都有利的，道路信息的快速變化往往會給人腦帶來錯誤的認知，進而造成疲勞駕駛。

(2)氣候要點

氣候問題(如雨、雪、霧、沙塵暴等因素)是影響駕駛體驗的主要因素之一，如雨雪天氣下，在輪胎與路面之間水膜的作用下，汽車的制動距離會大大增加，沙塵暴天下由于能見度低往往會影響駕駛員的正確判斷和操作。上述氣候問題都將給交通安全帶來極大的危害。

目前對雨雪路面的防滑措施主要是撒沙、木屑和鹽。而山地公路在不同路段的高程、溫度、光照等方面存在差異；實施起來很困難。此外，道路的平整性、整體強度和抗滑性也影響著交通安全。在山區(qū)公路中行駛時，一個小石子或一點點損壞都可能導致重大交通事故。因此，良好的公路防水排水設計，穩(wěn)定的路面性能是減少公路事故發(fā)生的有效途徑。

4 山區(qū)生態(tài)路線選擇的方法和步驟

路線選擇方案的評價指標很多，在判斷路線方案時應充分考慮各種影響因素。但實際上，指標過多會相互影響和干擾，增加判斷的難度。這就要求選擇能夠反映客觀現實的具有普遍代表性的指標。常見的指標選擇方法有理論對比法、頻率分布法、專家調查法、最大不相關法等。相關從業(yè)人員在進行指標選擇時，可以選擇上述方法中的一種或者多種對其進行自由組合。山區(qū)公路生態(tài)路線選線是以行業(yè)規(guī)范為前提，以環(huán)境保護為基本條件，結合考慮眾多因素，由點到面，由局部到整體的綜合選線方法

綜上所述，公路生態(tài)選線就是要堅持環(huán)保理念，運用地理信息系統(tǒng)等選線新技術，結合環(huán)境影響評價方法，綜合考慮各因素，從整體到局部，從表面到帶，從引線到線條，逐漸確定線條的空間位置。參考公路選線的一般思路，華南山區(qū)生態(tài)選線的步驟總結如下。

4.1 確定路線選擇研究區(qū)域

山區(qū)公路選線需要根據路線的起點、終點和路線的主要城市確定路線的基本方向，在小規(guī)模的地形圖上規(guī)劃路線可能通過的走廊，確定研究區(qū)域的范圍。建議的研究區(qū)域應符合規(guī)劃比較和環(huán)境影響評估的要求。

4.2 環(huán)境調查與分析

首先，需要對區(qū)域土地規(guī)劃利用進行調查研究，對土地性質和土地職能展開充分調研。結合當地生態(tài)景觀敏感點合理布置規(guī)劃公路路線廊道帶，減少或避免公路建設對生態(tài)環(huán)境的影響。

4.3 公路線路規(guī)劃設計

在確立對環(huán)境影響較小的公路路線廊道帶后，結合谷歌地球等信息數據庫獲取路線相關參數，將環(huán)境信息參數轉換為公路路線設計參數，最后輔助緯地、鴻業(yè)等公路路線制圖軟件進行山區(qū)公路路線規(guī)劃設計。

4.4 路線方案的評估與優(yōu)化

公路生態(tài)路線選擇的最后一步是對不同的路線方案進行比較和選擇。要綜合考慮公路建設對沿線自然環(huán)境的破壞和對沿線經濟社會的影響，提出不利影響的預防措施，并選擇最優(yōu)方案。

5 結 論

總結了山區(qū)公路選線的主要原則，回顧了山區(qū)公路設計中平、縱曲線及其組合的設計要點，分析了視覺和氣候等重要設計因素，最后總結了山區(qū)公路生態(tài)路線選擇的方法和步驟。為了減少山區(qū)公路交通事故，提高道路安全，設計人員首先應當充分考慮當地的氣候和環(huán)境條件，做到因地制宜，就地取材，其次應當以人為本，更好的從人文角度出發(fā)，設計出人路交互友好的山區(qū)公路。