高速公路路線設(shè)計的基本思路及選線方法分析

張揚、熊雄

（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司，貴州貴陽 550000）

0 引言

高速公路路線設(shè)計是高速公路項目實施的一項重要工作，對之后的工程設(shè)計與施工都有重要的指導(dǎo)作用，但高速公路路線設(shè)計也是一項復(fù)雜度和專業(yè)度都很高的工作，因此必須明確其基本思路，并采用適宜的選線方法，以保證高速公路路線設(shè)計的質(zhì)量和效果。

1 明確高速公路選線的主要影響因素

高速公路選線不僅涉及內(nèi)容廣泛，而且存在很多影響因素，除了自然因素，還包括高速公路自身的使用性質(zhì)、交通量方面的要求，以及需達到的行車速度和沿線未來城鎮(zhèn)的發(fā)展規(guī)劃。這些都需要在高速公路選線及其優(yōu)化過程中充分考慮。

對于高速公路自身的使用性質(zhì)來說，主要是為不同類型的運輸提供服務(wù)，在很多方面都具有重要意義，如經(jīng)濟、文化等。高速公路自身的使用性質(zhì)能直觀反映出它在整個交通運輸網(wǎng)中占據(jù)的地位與發(fā)揮的作用，還能體現(xiàn)出工程技術(shù)完善度和公路可滿足哪種類型車輛、車速以及運量的要求。因此，高速公路自身的使用性質(zhì)對公路路線走向確定、關(guān)鍵控制節(jié)點確定與相關(guān)設(shè)計技術(shù)標準的明確都有十分重要的作用和意義[1]。

對一條高速公路的評價主要通過運輸是否方便與經(jīng)濟實現(xiàn)的，這些都與運行速度息息相關(guān)。對駕駛員而言，他駕駛的速度不僅與其自身操作技能水平和所駕駛車輛性能有直接關(guān)系，還與高速公路本身狀況及其兩側(cè)各項外部特性、自然氣候條件、交通量及設(shè)計速度要求有關(guān)。當天氣正常、交通量一般時，駕駛員的駕駛速度主要由高速公路各項外部特性決定。因此，高速公路的設(shè)計速度是運行速度的基礎(chǔ)[2]。

山區(qū)高速公路主要特點為相對較短的距離之內(nèi)標高相差懸殊，這種地形條件大多彎多坡陡，反復(fù)起伏，無論是土石方工程量還是防護工程量都很大。此外，山區(qū)的地質(zhì)條件與氣候條件也相對復(fù)雜，這都對路基的穩(wěn)定性與行車安全造成很大影響。

對于地質(zhì)因素來說，在高速公路選線的過程中，當?shù)匦屋^為復(fù)雜時，很有可能遇到各類不良地質(zhì)，這在很大程度上影響路線的安全、穩(wěn)定與經(jīng)濟，尤其是在不良地質(zhì)地區(qū)進行路線方案確定時，地質(zhì)因素具有決定性作用。

對于社會環(huán)境來說，選線會對其造成很大影響，這主要體現(xiàn)在經(jīng)濟發(fā)展方面。基于此，在選線過程中，需要對沿線城鎮(zhèn)的社會環(huán)境現(xiàn)狀與未來發(fā)展規(guī)劃進行深入調(diào)查，在廣泛收集相關(guān)資料的同時，通過綜合分析與論證，找出最佳路線線位[3]。

對于生態(tài)環(huán)境來說，選線可能對生態(tài)環(huán)境造成的影響主要包括所選路線在后續(xù)施工及營運過程中，對既有野生動植物與其棲息地造成的影響，以及由水土流失或汽車尾氣排放對沿線范圍內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水系等造成的影響。

對于設(shè)計車輛來說，在設(shè)計確定公路路幅的具體組成、彎道加寬及縱坡的過程中，都要充分考慮車輛外部輪廓尺寸與性能，所以這也是對高速公路進行幾何線形設(shè)計時必須充分考慮的因素。所謂設(shè)計車輛，實際上就是選定一種車輛類型，為確定選線過程中的設(shè)計指標提供參考依據(jù)，從而保證車輛可以順利且安全地從路段中通過。

對于沿線范圍內(nèi)的建設(shè)規(guī)劃來說，高速公路選線必須充分考慮沿線范圍內(nèi)的建設(shè)規(guī)劃，包括城市建設(shè)、工業(yè)建設(shè)、交通聯(lián)絡(luò)、農(nóng)田水利等，確保設(shè)計出來的路線能夠充分發(fā)揮出應(yīng)有的作用和效果。

2 嚴格遵循各項選線技術(shù)標準

現(xiàn)代高速公路建設(shè)主要是供車輛高速安全行駛，故在選線過程中要充分考慮行車效率、行車安全性、行車經(jīng)濟性與舒適性，在滿足運輸要求的同時，最大限度地發(fā)揮出運輸?shù)淖饔?。在過去的相關(guān)技術(shù)標準中，主要是根據(jù)幾何構(gòu)造標準進行高速公路選線，其目的是使車輛運動學(xué)及力學(xué)都能達到安全性與舒適性的要求，同時兼顧一定的經(jīng)濟性。而如今，隨著交通運輸業(yè)的快速發(fā)展，對路線設(shè)計無疑提出更高要求。近幾年，很多國家逐漸在高速公路線形設(shè)計過程中充分考慮駕駛員自身視覺及心理特征、在行駛中的舒適感受和道路與周圍自然景觀之間的協(xié)調(diào)性，綜合考慮以上各項因素，選線設(shè)計除了要滿足一定的科學(xué)性，還要有一定的藝術(shù)性[4]?；谶@一觀點，在實際的選線設(shè)計過程中要充分考慮以下幾點：

第一，所選路線應(yīng)能滿足高速公路基本使用性質(zhì)的要求；第二，所選路線應(yīng)與汽車行駛安全性與舒適性要求相符；第三，所選路線應(yīng)適應(yīng)駕駛者自身視覺及心理上的特征；第四，所選路線應(yīng)能良好適應(yīng)地形條件，減少工程費用投入，提高運輸經(jīng)濟性；第五，選線過程中要充分考慮工程地質(zhì)因素，使路基保持穩(wěn)定；第六，盡量使公路和周圍自然景觀達到協(xié)調(diào)。

以上各項要求并非所有都必須滿足，在實際工作中應(yīng)從路線在整個路網(wǎng)中所處的地位角度出發(fā)，充分考慮遠景發(fā)展要求，并結(jié)合高速公路自身使用任務(wù)及基本性質(zhì)進行綜合分析和決定。

高速公路選線實際上就是在規(guī)劃確定的起終點范圍內(nèi)選擇一條最佳的中心線，過程中需要面對很多復(fù)雜的環(huán)境條件與社會經(jīng)濟條件，要對各種因素進行綜合考慮。因此，選線應(yīng)做到由淺至深，從輪廓到具體，持續(xù)深入，分階段和步驟進行分析對比，以此選擇合理的路線。在實際的高速公路選線過程中要嚴格遵循下列各項基本原則：

第一，在實際的路線設(shè)計工作中，應(yīng)引入不同的先進方法來深入且細致地分析路線方案，通過多方論證與比選，選出最佳路線方案[5]。

第二，路線設(shè)計要在滿足安全、舒適和快速等各項基本要求的同時，盡可能讓工程量達到最小，造價達到最低，以減少營運費用，創(chuàng)造更高的效益，并為后續(xù)施工養(yǎng)護提供良好的條件。在不增加過多工程量的情況下，優(yōu)先使用高標準，謹慎使用極限指標，當然也不能在不考慮工程規(guī)模的情況下片面地使用高指標。

第三，進行選線時還要注意和農(nóng)田建設(shè)之間的配合，盡可能減少占用農(nóng)田，若必須占用，則應(yīng)盡量避免占用高產(chǎn)田。

第四，對于需要從名勝古跡區(qū)域中通過的高速公路，要注意保護現(xiàn)有的自然狀態(tài)，確保既有人工構(gòu)造物和周圍自然環(huán)境及景觀協(xié)調(diào)一致，并做好重要歷史文物遺跡的保護。

第五，在選線過程中應(yīng)做好工程地質(zhì)與水文地質(zhì)的全面勘測、調(diào)查，減少可能對工程造成的不利影響。對分布有不良地質(zhì)的段落，包括滑坡、崩塌與巖溶等，必須謹慎對待，建議繞開，若必須穿越，則要選擇適當?shù)奈恢?，盡量縮小穿越范圍，并采取有效的工程措施。

第六，在選線過程中還應(yīng)重視并加強環(huán)境保護，考慮高速公路的修建和汽車行駛可能帶來的問題，包括對自然經(jīng)濟及資源的影響、由于占地或房屋拆遷造成的影響、對城鎮(zhèn)總體布局和行政區(qū)劃的影響等[6]。

通過以上分析可知，選線原則十分復(fù)雜，應(yīng)充分考慮高速公路的建設(shè)要求與地理環(huán)境現(xiàn)狀，做到因地制宜、經(jīng)濟合理、快速安全和美觀協(xié)調(diào)。

3 高速公路路線布局

以可研報告與設(shè)計任務(wù)書提出的路線基本走向為依據(jù)，結(jié)合各項建設(shè)條件，通過深入調(diào)查、分析與比選，在所有方案中選擇最佳方案，最終設(shè)計全線總體布局。這項工作的過程和需要注意的要點為：

第一，對于路線的起終點，不僅要與路網(wǎng)規(guī)劃要求相符，還要針對起終點前后一段范圍內(nèi)的公路線形研究接線方案。

第二，確定設(shè)計路段長度，正確選擇與各設(shè)計路段相對應(yīng)的銜接地點，妥善處理銜接部位前后一段范圍內(nèi)的線形設(shè)計。

第三，對沿線范圍內(nèi)的城鎮(zhèn)規(guī)劃進行全面調(diào)查，確定具體的連接方式與地點。

第四，對沿線范圍內(nèi)的交通條件、社會條件和自然條件進行全面調(diào)查，以此明確互通式立體交叉的具體位置以及與連接道之間的連接方式[7]。

第五，依據(jù)高速公路的主要使用功能做好其他輔助設(shè)施的布局，包括交通安全設(shè)施、管理設(shè)施與服務(wù)設(shè)施等。

第六，通過綜合考慮確定互通式立交、服務(wù)區(qū)及橋隧的實際位置，并結(jié)合間距進行交通運行分析，確保在符合安全標準的基礎(chǔ)上距離最短。

第七，應(yīng)用分期改造的方法，進行工程建設(shè)，能夠合理應(yīng)用技術(shù)手段與標準，并提出合理的改造方案進行施工設(shè)計。

4 高速公路路線設(shè)計方案選擇

路線方案需要通過對不同方案進行綜合對比才能確定，規(guī)劃起終點之間的距離越長、自然狀況越復(fù)雜，路線方案數(shù)量越多，則需通過對比淘汰的路線方案也越多。在路線方案的對比過程中，不可能對每個路線都進行實地勘查，因此要盡量收集相關(guān)資料，先完成研究篩選，再對難以分辨優(yōu)劣的路線方案開展現(xiàn)場視察及踏勘。

第一，廣泛收集所有和路線方案息息相關(guān)的資料，包括規(guī)劃、計劃、統(tǒng)計、地形圖、地質(zhì)圖、水文、地質(zhì)與氣象等。

第二，根據(jù)已確定高速公路等級與路線總方向，并結(jié)合收集而來的各方面資料，預(yù)先在地形圖上初步分析所有具有一定可行性的路線走向。此時要將研究的重點放在以下幾個方面：地形和地質(zhì)條件、既有物及外界可能造成的干擾，以及牽扯面相對較大的段落[8]。

第三，按照初步研究制定的路線方案開展實地視察，同時充分考慮通過野外視察形成的新路線方案，避免遺漏。

第四，對視察的成果進行整理匯總，編制相應(yīng)的報告，為計劃任務(wù)書的補充和修改等后續(xù)工作提供可靠的參考依據(jù)。

5 高速公路路線具體定線

定線是指按照已經(jīng)確定的公路技術(shù)標準以及在進行選線布局時結(jié)合細部地形條件和地質(zhì)條件，合理安排路線的平面與橫縱面，確定實地道路中線的具體位置。定線會受到很多因素影響，如地形條件、地質(zhì)條件、地物、國家相關(guān)政策、社會影響與美學(xué)等，因此，除了要有效解決工程和經(jīng)濟等方面的實際問題之外，還要注意高速公路和環(huán)境之間的相互配合，并使高速公路線形達到美觀。

5.1 紙上定線

利用大比例尺地形圖，對選線布局過程中選出的各主要控制點之間的地形和地質(zhì)情況進行深入分析，盡量選擇有利地形，確定所有具有可行性的路線走法，最終定出導(dǎo)向線。根據(jù)導(dǎo)向線進行平面試線定線，在標注平曲線半徑的同時，確定地形變化點對應(yīng)的樁號和地面標高，進而繪制相應(yīng)的縱斷面圖，結(jié)合地面線確定理想縱坡，測量各樁號對應(yīng)的設(shè)計標高，沿各樁位橫斷面方向進行連接，由此得出修正導(dǎo)向線。根據(jù)修正導(dǎo)向線，確定經(jīng)濟性最好或能起到良好控制作用的路線中線位置與其具體活動范圍，通過對最佳位置點的連接，得到二次修正導(dǎo)向線。對二次修正導(dǎo)向線所有特征點的基本性質(zhì)及可活動范圍進行分析研究，以此反復(fù)進行試線。確定路線從每個等高線部位穿過的具體樁號和高程，據(jù)此繪制路線的縱斷面線。由此可見，紙上定線實際上是一個需要反復(fù)試驗的過程，在具體限度之內(nèi)，試線次數(shù)越多，最終的定線成果就越好，當無論采取何種措施都不能明顯減少工程量或改善美觀時，方可完成紙上定線[9]。

5.2 實地放線

以測量控制點及紙上定線的相關(guān)計算成果為依據(jù)，結(jié)合實際的地形條件，采取適當方式在地面上放出定好的線路，為之后的詳細測量及施工提供參考依據(jù)，常采用的方法包括極坐標法、撥角法、支距法與直接定交點法。

5.3 直接定線

按照紙上定線相關(guān)原則進入現(xiàn)場，以縱坡為切入點選出適宜的路線。在通過選線布局確定的所有控制點之間，在擬定方向上通過試坡初步確定沿線范圍內(nèi)需要穿避的所有中間控制點，得出路線輪廓方案；根據(jù)相關(guān)技術(shù)標準提出的要求，在充分考慮地形條件的基礎(chǔ)上選擇適宜的坡度，確定坡度點，并對其進行連接，得出導(dǎo)向線；根據(jù)路基設(shè)計的相關(guān)要求，在所有坡度點對應(yīng)的橫斷面方向上選擇適宜的中線位置，并進行標記，對這些位置點進行連接后得出修正導(dǎo)向線；根據(jù)平面線形方面的要求，盡量靠近或從導(dǎo)向線上存在的特征點上穿過，適當裁彎取直，確保平面、縱面與橫面達到充分結(jié)合，穿出和地形條件良好適應(yīng)的直線，并通過對這些直線的適當延伸，定出交點，得出路線導(dǎo)線。對于處在山區(qū)地帶的路線，其地形條件比較復(fù)雜，建議在地形較為復(fù)雜的部位進行曲線插設(shè)，常用方法包括單交點法、虛交點法、曲線起終點法。

6 結(jié)語

綜上所述，路線設(shè)計具有決定高速公路具體走向的意義，進而影響到高速公路建設(shè)的復(fù)雜程度和運營的安全性，以及對周邊環(huán)境的破壞程度，以上對高速公路路線設(shè)計進行了分析與總結(jié)，提出具體的思路和選線方法，旨在為實際的高速公路路線設(shè)計工作提供可靠的參考依據(jù)。