復(fù)雜地形山區(qū)公路選線的關(guān)鍵技術(shù)研究

張樹楠

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

1 引言

山區(qū)地形復(fù)雜，且生態(tài)環(huán)境異常脆弱，因此，在山區(qū)公路工程建設(shè)中，選線成為重點(diǎn)工作內(nèi)容。然而，在實(shí)際的山區(qū)高速公路選線過(guò)程中，仍有部分設(shè)計(jì)人員不注重選線與周邊地形的結(jié)合，隨意提高選線指標(biāo)，會(huì)出現(xiàn)大量的開挖路基，導(dǎo)致土方開挖量大、山體結(jié)構(gòu)破壞和水土流失。更為嚴(yán)重的是，極易引發(fā)滑坡、塌方等地質(zhì)災(zāi)害，由此給后期公路的安全運(yùn)營(yíng)帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn)及隱患[1]。由于線路指標(biāo)不合理，高填深鉆，橋梁、隧道等工程規(guī)模不斷擴(kuò)大，工程造價(jià)高，后期施工、維護(hù)、運(yùn)營(yíng)難度不斷增大、成本高。因此，科學(xué)合理地選擇路線非常重要，既要滿足公路工程設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范，又要盡量減少對(duì)地形的破壞，減少土地占用，防止不必要的次生地質(zhì)災(zāi)害，還要合理確定項(xiàng)目的規(guī)模和成本，為后期建設(shè)、維護(hù)和運(yùn)營(yíng)創(chuàng)造更便利的條件。

2 復(fù)雜地形下山區(qū)公路選線的原則

為切實(shí)保障山區(qū)公路選線的科學(xué)合理性，要求選線設(shè)計(jì)人員嚴(yán)格遵守相關(guān)設(shè)計(jì)原則來(lái)開展工作。具體的選線原則包括以下幾方面。

2.1 繞避不良地形

由于山區(qū)地形復(fù)雜，實(shí)際選線過(guò)程要慎重考慮，針對(duì)可能經(jīng)過(guò)的地區(qū)進(jìn)行水文地質(zhì)調(diào)查分析，盡量避免穿越不良地形，如存在障礙物、河流等。

2.2 進(jìn)行水文與地質(zhì)條件的勘察

由于山區(qū)的水文以及地質(zhì)條件差異較大，要求公路工程選線過(guò)程深入研究區(qū)域內(nèi)的水文與地質(zhì)勘察信息。如果在選線時(shí)不了解沿線的水文地質(zhì)情況，既難以設(shè)計(jì)施工，也難以保證通行后的安全。因此，工作人員應(yīng)重視水文與地質(zhì)條件的研究，并將其作為科學(xué)選線的依據(jù)[2]。

2.3 安全原則

山區(qū)海拔高、地形起伏較大，存在較多的危險(xiǎn)因素，因此，在選線設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行深入、細(xì)致的勘察，以此來(lái)全面規(guī)避安全隱患的產(chǎn)生。同時(shí)，參考地形地質(zhì)條件分析的最終結(jié)果科學(xué)選線，保證施工與通行安全。

2.4 環(huán)境保護(hù)原則

在選線過(guò)程中，要考慮道路建設(shè)不得破壞灌溉設(shè)施、農(nóng)田、村鎮(zhèn)等生態(tài)環(huán)境，最大限度地保護(hù)自然環(huán)境。此外，需要分析土地利用模式和土地利用之間的關(guān)系，以盡量減少公路污染。

3 復(fù)雜地形山區(qū)公路選線的關(guān)鍵指標(biāo)

3.1 技術(shù)指標(biāo)

山區(qū)公路選線設(shè)計(jì)必須符合JTG B01—2014《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和JTG D20—2017《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求。在此基礎(chǔ)上，要合理利用各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，結(jié)合山區(qū)實(shí)際情況進(jìn)行技術(shù)與經(jīng)濟(jì)論證，最終選擇合適的公路線形。在具體選線中，需要切實(shí)保證高速公路的平曲線具有連續(xù)性和平滑性，與周邊環(huán)境融為一體。此外，公路路線設(shè)計(jì)還要考慮車輛的行駛安全，保證山路的連續(xù)性，避免圓曲線半徑過(guò)小的問(wèn)題[3]。

在實(shí)際選線過(guò)程中，工作人員必須合理組合曲線、直線，形成連續(xù)的公路路線。需要注意的是，選線過(guò)程應(yīng)避免出現(xiàn)長(zhǎng)直線型。由于山區(qū)地形起伏特征明顯，出現(xiàn)長(zhǎng)直線的可能性較小。但是，如果長(zhǎng)直線型不可避免，則應(yīng)在公路設(shè)計(jì)中加入醒目的交通警示，做好對(duì)車輛駕駛員的交通預(yù)警工作。此外，可合理利用直線線型，結(jié)合超車視距以及地形相對(duì)較好的公路路段，合理確定路線線形的各項(xiàng)參數(shù)。

3.2 安全指標(biāo)

相比平原地區(qū)的公路路線選擇，山路的路線選擇具有更為顯著的特殊性。具體來(lái)說(shuō)，山區(qū)公路選線設(shè)計(jì)因其復(fù)雜的地形與地質(zhì)條件，存在一系列的危險(xiǎn)因素，若選線不合理，會(huì)給未來(lái)的交通帶來(lái)潛在的安全問(wèn)題。例如，長(zhǎng)直線路段會(huì)使駕駛員產(chǎn)生視覺疲倦，不利于行車安全。為保障山區(qū)公路選線安全性，工作人員可以采取平均縱坡的方式進(jìn)行選線設(shè)計(jì)，合理減小長(zhǎng)直線型所占比例，提高平曲線的利用率[4]。此外，在設(shè)計(jì)減速路段時(shí)，相關(guān)工作人員可以采用大半徑的豎曲線來(lái)滿足平包縱的要求?？傊?，安全是山路選線時(shí)需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題，由此才能切實(shí)全面提升公路交通的安全性。

4 復(fù)雜地形山區(qū)公路選線的案例分析

4.1 工程概況

某公路工程項(xiàng)目所在地區(qū)為典型的西部山區(qū)，地形條件復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，由此對(duì)公路選線設(shè)計(jì)工作提出了更高的要求。

4.2 工程特點(diǎn)

項(xiàng)目地處西部山區(qū)，位于斷裂地形分布廣泛區(qū)域，同時(shí)具備地震高發(fā)、巖溶發(fā)育等不利因素，整個(gè)公路工程項(xiàng)目勘察設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面。

4.2.1 不良地質(zhì)多，基巖土質(zhì)特殊

根據(jù)勘察結(jié)果和區(qū)域地質(zhì)資料，項(xiàng)目區(qū)不利地質(zhì)主要包括滑坡、巖溶、崩塌和沉積物。特殊性土質(zhì)主要包括紅黏土和膨脹土。不良地質(zhì)及特殊土質(zhì)是本項(xiàng)目的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容之一。在選線設(shè)計(jì)中，需要深化研究，優(yōu)化路線規(guī)劃，減少或避免不利地質(zhì)情況對(duì)工程建設(shè)的影響，并根據(jù)不同特點(diǎn)制定有效的工程處置措施。同時(shí)，在勘察設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)路基填料處理的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)工作[5]。

4.2.2 項(xiàng)目規(guī)模大，重點(diǎn)難點(diǎn)項(xiàng)目多

本公路工程項(xiàng)目地處山區(qū)，橋梁和隧道比例較高。全線平均橋隧比為68.5%。重大工程難度大，建設(shè)條件差。

4.2.3 土地資源規(guī)劃不足

當(dāng)?shù)赝恋刭Y源3 280 km2，不同程度開發(fā)利用的土地約占總面積的1/4。農(nóng)業(yè)和耕地資源尤為寶貴。本項(xiàng)目建設(shè)應(yīng)有效保護(hù)項(xiàng)目區(qū)的耕地資源，盡量減少對(duì)耕地的占用，在此基礎(chǔ)上最大限度地利用土地，嚴(yán)格控制土地利用規(guī)模。

4.2.4 對(duì)地方道路干擾大

公路工程項(xiàng)目與城市既有主干線交叉口較多，且交叉角度較小，與主干線邊坡相沖突，需進(jìn)行遷移設(shè)計(jì)。

5 復(fù)雜地形山區(qū)公路選線的關(guān)鍵技術(shù)及要點(diǎn)

5.1 完善可行性研究計(jì)劃

在地形地質(zhì)復(fù)雜的山區(qū)，選線工作要求高、任務(wù)重，可行性研究階段側(cè)重于走廊帶確定，選線方案的制訂常出現(xiàn)顧此失彼的情況，導(dǎo)致選線方案很有可能存在不合理路段。若項(xiàng)目存在邊坡不穩(wěn)定、塌方甚至滑坡等不利地質(zhì)條件區(qū)段，需要在勘察設(shè)計(jì)階段嚴(yán)格按照具體的地質(zhì)條件和工程規(guī)模來(lái)進(jìn)行方案比選，由此進(jìn)一步完善可行性研究計(jì)劃。

5.2 區(qū)域規(guī)劃與地質(zhì)優(yōu)化

公路工程項(xiàng)目起點(diǎn)為城市旅游規(guī)劃區(qū)，初期調(diào)整時(shí)采用繞避方案。但經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，繞避方案需下穿大塊塌陷泥沙層，土層厚度超過(guò)30 m，存在較大的安全隱患?？紤]到工程建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的安全性，最終將采用避開塌陷泥沙、盡可能少占用規(guī)劃面積的路線規(guī)劃。

5.3 明線與暗線方案比較

案例工程項(xiàng)目所經(jīng)山坡存在大量崩塌堆積體，堆積體下方為河流深切河谷，堆積體前緣形成陡峭的凌空面，存在較大的滑動(dòng)可能性，切堆積體上方是陡峭的裸露基巖，基巖經(jīng)風(fēng)化后形成危巖，對(duì)施工和線路運(yùn)營(yíng)都存在安全隱患。經(jīng)勘察，案例工程項(xiàng)目路線所經(jīng)區(qū)域堆積體前緣凌空，而后緣上方存在危巖，在高地震烈度區(qū)堆積體本身存在滑塌風(fēng)險(xiǎn)，危巖滾落的風(fēng)險(xiǎn)也極大。對(duì)這種地質(zhì)條件較差的段落，采用明線（橋梁和路基）方案對(duì)施工和運(yùn)營(yíng)都存在較大風(fēng)險(xiǎn)，最佳的方案就是采用暗線（隧道）方案完全避讓，將風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

在工程項(xiàng)目的村段山坡地形較陡，下方是一些常規(guī)老路，老路邊坡開挖后有巖石裸露。就本段地形來(lái)說(shuō)，采用隧道方案能避開陡坡路段，并減少對(duì)老路的干擾。但隧道出口是本段唯一可以設(shè)置互通的位置，為滿足互通對(duì)明線長(zhǎng)度的要求，考慮本段地質(zhì)條件較好，村段路線不得不采用陡坡橋的明線方案，并制訂出詳細(xì)的施工方案和老路保通措施，保證方案切實(shí)可行。

當(dāng)然，在地質(zhì)條件差且路線無(wú)法避讓，只能采用路基和橋梁的明線方案時(shí)，則采取樁板墻、抗滑樁等防護(hù)措施進(jìn)行治理。如項(xiàng)目K441+021 處滑坡，其小里程方向?yàn)榛ネǚ秶?，不能采取隧道避讓方案，還存在一處房屋密集區(qū)。路線布設(shè)綜合考慮以上3 個(gè)控制因素，在采用明線方案的條件下，從滑坡上緣通過(guò)，并盡量減少房屋拆遷。為保證工程安全，在房屋密集區(qū)的路塹邊坡范圍設(shè)置樁板墻進(jìn)行支擋，在滑坡段路基坡腳處設(shè)置抗滑樁進(jìn)行加固[6]。

5.4 互通位置及互通形式的選擇

1）項(xiàng)目互通除終點(diǎn)與高速公路相接處采用樞紐互通外，其余互通功能以聯(lián)絡(luò)地方道路交通為主，所以，采用單喇叭互通，不同互通形式的選擇，主要根據(jù)地形和交通量來(lái)選擇。

2）項(xiàng)目主線在沿河坡面上布線時(shí)，盡量利用地形平緩的位置布線，這為互通的布設(shè)創(chuàng)造了較好的條件。所以，互通形式均為較典型的單喇叭形式，互通規(guī)模較小。

3）在爬坡展線段，為了獲得較好的互通設(shè)置條件，互通位置往往成為路線方案的重要控制點(diǎn)。為設(shè)置良好的互通形式，路線在互通前后設(shè)置了長(zhǎng)大縱坡段和長(zhǎng)隧道方案，因?yàn)榛ネㄔO(shè)置條件要求較為苛刻，路線的布設(shè)必須遷就互通位置。在爬坡展線段，互通規(guī)模及連接線長(zhǎng)度往往也較大。為設(shè)置崇崗互通，設(shè)置了約2 km 的連接線，并且因?yàn)橹骶€位置山坡陡峭，互通匝道以橋梁為主，路基段則以高邊坡為主，互通工程規(guī)模較大。

5.5 定測(cè)對(duì)初測(cè)方案的優(yōu)化

根據(jù)初測(cè)確定的工程規(guī)模，定測(cè)路線方案以實(shí)測(cè)地形和斷面為主，以此進(jìn)一步控制填挖高度，確保實(shí)現(xiàn)路基擋土墻和防滑樁，以盡可能地消耗更多的棄方。此外，還需進(jìn)一步驗(yàn)證隧道進(jìn)口的可行性，并確定隧道的準(zhǔn)確起點(diǎn)和終點(diǎn)范圍。在項(xiàng)目決策階段，對(duì)初步研究路線的部分路段（如九街壩路段）的平面和豎曲線進(jìn)行了調(diào)整，挖方高度明顯降低，垂直平面更為平緩，棄方減少約1.5×105m3，優(yōu)化效果非常顯著。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上，復(fù)雜地形山區(qū)公路工程選線階段的關(guān)鍵技術(shù)，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

1）在可行性研究階段，可行性研究計(jì)劃與路線計(jì)劃往往存在較大偏差。要認(rèn)真考慮建設(shè)工作和可能的方案，更全面地考慮各種因素，組織比較路線方案，分階段制訂合理的方案。

2）對(duì)地質(zhì)條件的勘察非常重要，直接決定了方案的可行性。在比較多個(gè)方案時(shí)，往往更強(qiáng)調(diào)安全性和經(jīng)濟(jì)性。

3）明線與暗線方案的比較，需要重點(diǎn)考慮地形地質(zhì)條件、互通設(shè)置條件、工程規(guī)模、社會(huì)影響等方面的因素，并通過(guò)詳細(xì)的方案比較，逐步篩選最佳路線方案。

4）互通的設(shè)置主要是為連接沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)，帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展?；ネㄔO(shè)置需要考慮鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布及出行交通量，考慮互通設(shè)置間距合理，還要結(jié)合沿線地形地質(zhì)條件，降低互通設(shè)置難度及工程規(guī)模。

5）定測(cè)路線對(duì)建筑圖紙?jiān)O(shè)計(jì)質(zhì)量起決定性影響。優(yōu)化定測(cè)路徑是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程。完善各工地的工程處理措施，確保工程處理措施切實(shí)可行，同時(shí)兼顧實(shí)施后的實(shí)體效果。

總而言之，復(fù)雜地形山區(qū)公路選線工作是一項(xiàng)綜合性的工作，要求全面系統(tǒng)地把控包括地形、地質(zhì)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、成本等諸多指標(biāo)與內(nèi)容。因此，要求公路路線設(shè)計(jì)人員進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)、全面的勘察，長(zhǎng)期積累思考，充分結(jié)合各個(gè)階段、時(shí)期、地質(zhì)地形的情況等因素，逐步做好針對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的選線設(shè)計(jì)，由此才能切實(shí)保障山區(qū)公路工程的安全，最終實(shí)現(xiàn)山區(qū)公路工程的經(jīng)濟(jì)、舒適、安全及環(huán)保等的性能。