山區(qū)高速公路路線方案選擇

王添榮

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司，山西 太原 030032）

引言

高速公路的建設(shè)過程是公路融入環(huán)境系統(tǒng)的動態(tài)過程。路線方案的選擇包括確定路線基本走向、路線走廊帶、路線方案至選定線位［1］。在滿足公路行業(yè)規(guī)范及功能要求前提下，使公路協(xié)調(diào)融入自然、人文環(huán)境，需要路線選線時綜合考慮系統(tǒng)內(nèi)部各種關(guān)系以及外部環(huán)境系統(tǒng)各種限制因素。

1 山區(qū)高速公路選線特點和選線原則

1.1 山區(qū)高速公路選線特點

（1）矛盾特殊性。山區(qū)高速公路線位受平面障礙影響，常以沿河沿溝線、躍嶺線、山脊線為主。但路線選線更大的障礙由高程控制，其主要矛盾通常在縱斷面設(shè)計方面。選線需要有意識的根據(jù)地形變化展線以克服預(yù)定高差。（2）環(huán)境復(fù)雜性。山區(qū)地形的形成需要復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造運動，不僅造成劇烈的高差變化，還使得不同段落的路線面臨不同的地形單元、地層巖性、構(gòu)造體系、區(qū)域小氣候等。這些因素沿著路線變化頻繁，各路段路線方案論證的主要因素要區(qū)別對待。（3）反復(fù)優(yōu)選性。高速公路選線前期工作分階段推進(jìn)，山區(qū)高速公路沿線環(huán)境條件復(fù)雜，設(shè)計人員對項目的認(rèn)識是一個逐步深入的過程，決定了路線選線不可能一蹴而就，是一個反復(fù)修改和不斷優(yōu)化的過程。

1.2 山區(qū)高速公路選線原則

（1）服從國家、省級高速公路規(guī)劃網(wǎng)，考慮地方發(fā)展規(guī)劃和社會經(jīng)濟發(fā)展條件。（2）路線起終點、中間控制點，應(yīng)根據(jù)規(guī)劃和公路功能合理確定。主控制點決定路線基本走向，次要控制點服從路線走向。（3）嚴(yán)格控制縱斷面設(shè)計，盡量避免連續(xù)長大縱坡，追求平縱面設(shè)計的均衡和連續(xù)。連續(xù)長大下坡路段，中上部線形指標(biāo)可適當(dāng)降低，控制車輛運行速度。（4）為了避免大量的高填深挖，減少對自然環(huán)境的沖擊，應(yīng)當(dāng)靈活運用技術(shù)指標(biāo)，結(jié)合地形地質(zhì)，合理設(shè)置橋梁隧道等構(gòu)造物。（5）沿線的地質(zhì)調(diào)查、勘察要適度超前，及早避開嚴(yán)重的不良地質(zhì)段落。（6）路線方案比選工作深度要足，減少方案遺漏，對可能的路線方案全方位優(yōu)化、比選。

2 山區(qū)高速公路選線步驟

高速公路選線是項目前期工作非常關(guān)鍵的內(nèi)容，滲透在公路前期工作的全過程，可以分為走廊帶選擇、段落方案比較和局部段落優(yōu)化三個主要階段。（1）走廊帶選擇主要在項目可行性研究階段解決，選定走廊帶并做工程建設(shè)規(guī)模研究。（2）方案比較是路線選線工作量最大，研究深度較深的階段，是得出最優(yōu)線位的關(guān)鍵，主要用于可行性研究和初步設(shè)計階段。（3）局部段落優(yōu)化，是施工圖階段路線設(shè)計的主要內(nèi)容，優(yōu)化線位具體技術(shù)指標(biāo)，得出“安全、環(huán)保、舒適、和諧、經(jīng)濟”的路線方案。

路線方案選擇隨著工作深度和階段的不斷深入，其研究范圍逐漸由大到小，研究深度由淺到深，工作重心由宏觀到微觀。前一階段是后一階段的基礎(chǔ)，后一階段是前一階段的驗證。高速公路前期工作的各階段均不可或缺，每一階段都必須達(dá)到其工作深度和研究質(zhì)量，才能減少返工。不遵照常規(guī)研究步驟，前階段研究深度不足，會使問題在后階段集中爆發(fā)，總體上增加前期研究成本和工期，可謂欲速則不達(dá)。

3 山區(qū)高速公路選線方法

3.1 地形選線

山嶺區(qū)地形復(fù)雜，山峰與溝谷高差大，區(qū)域水系清晰，為山區(qū)地形選線指明了方向，只能按需要順?biāo)販喜季€，或者橫穿山嶺。順?biāo)販暇€位根據(jù)山體位置的不同，可以選溝谷線，山腰線，山脊線。三種線位所面對的是不同的地形特征和地質(zhì)條件，在路線方案研究時要解決的主要問題也不盡相同。

地形選線應(yīng)注意關(guān)鍵因素：（1）縱面坡度要用足，爭取高程，不可無謂的展長線路，增大里程。特別是當(dāng)路線跨越分水嶺等高程障礙時，若按直線方向定線，通常會不能達(dá)到預(yù)定高度，或者有過大的橋隧規(guī)模，這種情況尤其需要用足平均坡度沿地形展線。（2）要辯證處理縱面用足坡度的問題。在路線較長距離內(nèi)，持續(xù)用足縱坡可能產(chǎn)生長大縱坡路段，對后期公路運營帶來困難。這種情況下，條件允許時結(jié)合地形地質(zhì)條件，在縱坡設(shè)計上要適當(dāng)留有余地。（3）路線展線過程中，一般不宜采用反向坡度，不利于克服高程困難，造成路線里程的增長。（4）路線展線應(yīng)該先控制困難路段，再向條件簡單地段連接。通常山體的高位地形困難，展線空間不足，故可以從預(yù)定隧道洞口，或深挖方段起點開始，沿山體向下展線。

3.2 地質(zhì)選線

長期以來，高速公路選線都是以地形選線為主，常常在選線初期沒有充分考慮沿線的一些區(qū)域性地質(zhì)問題，對地質(zhì)災(zāi)害隱患，以及在工程影響下地災(zāi)發(fā)展規(guī)律缺少充分的認(rèn)識，導(dǎo)致前期預(yù)判不足，后期被迫處理不良地質(zhì)病害，增大投資規(guī)模。路線設(shè)計之前，要先對走廊帶做地質(zhì)調(diào)查及資料收集，結(jié)合初步地質(zhì)資料選線后，再評價其地質(zhì)方面優(yōu)缺點。

地質(zhì)選線應(yīng)注意：（1）路線應(yīng)避免平行于區(qū)域大型斷層，遠(yuǎn)離發(fā)震斷裂帶。區(qū)域性的正斷層和逆斷層會使巖體張拉或擠壓，造成巖體完整性差，風(fēng)化程度高，并伴有豐富地下水活動，對邊坡和橋隧穩(wěn)定性帶來不良影響。當(dāng)必須平行斷層設(shè)置線位時，應(yīng)在斷層帶較窄部位通過，且線位宜布設(shè)在斷裂的下盤［2］，利于公路工程抗震。（2）隧道在褶皺地層應(yīng)盡量避免在褶皺核部通過。背斜與向斜是褶皺的兩種基本形態(tài)。背斜核部呈拱形結(jié)構(gòu)，具有一定承載能力，隧道洞頂不易掉落巖塊，但圍巖完整性很差；向斜核部為倒拱形，張裂隙切割的石塊容易從拱頂垮落，且向斜核部常有承壓水儲存，發(fā)生涌水對隧道建設(shè)不利。若必須修建隧道，宜選擇在褶皺的兩翼。（3）大型滑坡、崩塌巖堆、采空區(qū)、泥石流等不良地質(zhì)段落，處置難度大。故對大型不良地質(zhì)區(qū)域要早識別早避讓。對中型、小型的不良地質(zhì)區(qū)域，可對治理方案和改線方案做技術(shù)經(jīng)濟比選。（4）對于大規(guī)模的特殊性巖土，如深厚的大范圍軟土、強烈發(fā)育濕陷性黃土、中及強膨脹土等區(qū)域，一般也是盡量避讓更為經(jīng)濟。（5）隧道作為深埋于地層的條帶狀結(jié)構(gòu)物，對地質(zhì)情況變化最為敏感。需要查明高地應(yīng)力區(qū)、巖溶區(qū)、富水地層、瓦斯地層、斷層破碎帶等地質(zhì)情況的勘察費用大、周期長，所以選線時應(yīng)盡早避讓。

3.3 安全選線

在設(shè)計中對路線進(jìn)行安全性評價，可以預(yù)防或減少運營期交通事故的發(fā)生。安全選線主要是線形設(shè)計過程中采用步驟：（1）以設(shè)計速度為依據(jù)，采用相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確定平曲線各單元一般最小值，坡度和豎曲線最低技術(shù)指標(biāo)，確定橫向力系數(shù)取值。（2）利用路線設(shè)計軟件，進(jìn)行道路平縱面設(shè)計，注意平縱協(xié)調(diào)及環(huán)境配合，檢查相鄰單曲線參數(shù)間的關(guān)系，使其滿足路線規(guī)范提出的安全條件。（3）計算路線的運行速度，即V85 值，并對運行速度的協(xié)調(diào)性進(jìn)行評價［3］，如安全性不達(dá)要求則需修改設(shè)計。（4）基于運行速度，計算停車視距，超高值，計算典型車輛的行駛穩(wěn)定性。核查出有長大下坡情況，應(yīng)該優(yōu)化線形并采取必要的安全措施。（5）總體檢查或模型檢查，核實路線三維空間，檢查其安全性，進(jìn)一步明確鄰岸鄰崖，積水積雪，團(tuán)霧橫風(fēng)，易發(fā)生交通事故次生災(zāi)害路段的安全風(fēng)險并采取應(yīng)對措施。

3.4 生態(tài)選線

將保護(hù)生態(tài)環(huán)境作為一項控制指標(biāo)，在高速公路選線時，就要主觀上考慮環(huán)保問題。遵循生態(tài)保護(hù)紅線由生態(tài)功能紅線、環(huán)境質(zhì)量紅線和資源利用紅線構(gòu)成的基本思路，嚴(yán)格按照優(yōu)化開發(fā)、重點開發(fā)、限制開發(fā)、禁止開發(fā)的主體功能定位，根據(jù)沿線不同的生態(tài)區(qū)域調(diào)整路線走向和線形。公路建設(shè)的環(huán)保工作變的更加復(fù)雜，從生態(tài)和環(huán)保方面研究路線方案成為必須進(jìn)行的工作內(nèi)容，生態(tài)選線可以按照四個步驟執(zhí)行：（1）掌握公路所在區(qū)域的生態(tài)環(huán)境區(qū)劃。作為路線環(huán)保設(shè)計的第一步，確定的研究區(qū)域要滿足方案研究和環(huán)境評價的要求，僅僅研究路線走廊帶范圍是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，公路所在市縣的所有生態(tài)紅線管控區(qū)域都應(yīng)該納入研究范圍。（2）路線的全局性地圖應(yīng)囊括生態(tài)紅線各項專題，如自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、泉域等水資源保護(hù)區(qū)、礦產(chǎn)資源、森林濕地地質(zhì)等各類公園。以此專題地圖為依據(jù)，確定、描述和評價公路與環(huán)境的關(guān)系及對環(huán)境影響方式，對公路建設(shè)期和運營期的影響應(yīng)當(dāng)全過程評價。該項工作需要專業(yè)的環(huán)境科學(xué)知識，評價應(yīng)由公路設(shè)計人員牽頭，多學(xué)科的專家協(xié)作完成。（3）對可選方案沿線不同環(huán)境要素，按不同的影響權(quán)重給與不同顏色或陰影深度，將各種環(huán)境敏感區(qū)域在地形圖上疊加，即可得到環(huán)境影響復(fù)合地圖。據(jù)此可以避開生態(tài)最為敏感的區(qū)域，利于設(shè)計人員尋找到對環(huán)境影響最小的路線廊帶。（4）在選擇出的生態(tài)環(huán)境影響最小走廊帶內(nèi)，結(jié)合地形地質(zhì)設(shè)計可行的路線方案，對各條可選方案的優(yōu)缺點進(jìn)行評估，統(tǒng)籌方案經(jīng)濟性、安全性、環(huán)境協(xié)調(diào)性，得出路線最佳方案。

4 山區(qū)高速公路智能選線

智能化的選線方法已經(jīng)開始用于公路選線實踐，曠達(dá)系統(tǒng)可以在用戶設(shè)定的各種限制條件下，利用計算機系統(tǒng)快速產(chǎn)生優(yōu)化路線方案，使用流程見圖1。

圖1 曠達(dá)系統(tǒng)智能選線流程

該系統(tǒng)采用數(shù)字地面模型，可以加入各種限制條件（地質(zhì)、保護(hù)區(qū)、線形指標(biāo)、環(huán)境敏感區(qū)、安全因素、交叉凈空、經(jīng)濟指標(biāo)等）。系統(tǒng)在選線過程中不會遺漏任何影響因素，還可通過曠達(dá)敏感性分析，較精確地比選各走廊帶綜合價值。系統(tǒng)經(jīng)過迭代優(yōu)化運算，可以為用戶生成一系列的優(yōu)化路線方案。每條路線都可以提供主要工程量及費用，供設(shè)計人員比選。同時，該系統(tǒng)還可輸出各種報表、方案圖、三位動態(tài)漫游等成果，方便對業(yè)主及咨詢?nèi)藛T介紹和解釋。

智能選線系統(tǒng)的優(yōu)勢：（1）不會遺漏重要的走廊帶，有利于尋找最有價值路線方案，避免重復(fù)工作。（2）能夠全面綜合考慮地形、地質(zhì)、工程、經(jīng)濟、環(huán)境和社會因素等選線限制條件，通過敏感性加權(quán)計算使決策更清晰。（3）效率大大高于人工優(yōu)化。通過迭代計算，可以在短時間內(nèi)逼近最優(yōu)方案。（4）更加直觀、科學(xué)地展示各方案的優(yōu)缺點，使咨詢專家、項目決策者清晰了解研究過程及推薦方案邏輯。

5 結(jié)語

山區(qū)高速公路選線工作，需要綜合考慮地形、地質(zhì)、安全、環(huán)保等各種因素，分階段、逐步推進(jìn)工作，從區(qū)域到走廊帶，從走廊帶到線位。選線工作內(nèi)容也是從粗到細(xì)，從總體到局部，有步驟的從多條線位中比選出最優(yōu)方案。傳統(tǒng)的選線工作主要為人工決策，更多的依靠設(shè)計人員經(jīng)驗。隨著智能化路線方案決策系統(tǒng)的發(fā)展，公路選線方案必然會更全面、比選依據(jù)更量化、推薦方案唯一性更明確，選線工作效率及準(zhǔn)確性得到極大提高。