南方高海拔地區(qū)氣象選線研究

摘 要：湖南省城步至龍勝（湘桂界）高速公路位于我國地勢第二階梯向第三階梯的過渡地帶，區(qū)域內(nèi)山地逆溫效應(yīng)明顯，沿線冰、雪、雨和霧等惡劣氣候天氣明顯，氣象災(zāi)害對路線方案影響大。在城龍高速選線中堅持安全設(shè)計原則，根據(jù)現(xiàn)場氣象調(diào)查結(jié)果，提出氣象選線。經(jīng)優(yōu)化調(diào)整后的線位可消除惡劣天氣對橋隧相連路段行車安全的影響，確保項目平安百年品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：高速公路；氣候調(diào)查；氣象選線；氣象災(zāi)害；行車安全

中圖分類號：U41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）27-0127-05

Abstract： The highway from Chengbu to Longsheng （Hunan-Guangxi border） in Hunan Province is located in the transitional zone from the second ladder to the third ladder in China. The mountain inversion effect in the region is obvious， and the bad weather such as ice， snow， rain and fog along the line is obvious. Meteorological disasters have a great impact on the route plan. Adhering to the safety design principle in the route selection of Chengbu-Longsheng Highway， this paper puts forward the meteorological route selection according to the results of on-site meteorological investigation. The optimized and adjusted line position can eliminate the impact of bad weather on the traffic safety of the connecting sections of bridges and tunnels and can ensure the safety and quality of the project for a century.

Keywords： highway; climate survey; meteorological route selection; meteorological disaster; traffic safety

湖南省城步至龍勝（湘桂界）高速公路湖南段（以下簡稱“城龍高速”）為雙向四車道高速公路，路線設(shè)計速度100 km/h。城龍高速全線位于城步苗族自治縣內(nèi)，隸屬于湖南省邵陽市，位于湖南省西南部。受地形及互通位置約束，城龍高速最大設(shè)計標(biāo)高達(dá)916 m，為湖南省海拔最高的高速公路，沿線冰、雪、雨和霧等惡劣氣候天氣明顯，對高速公路的安全運(yùn)營和運(yùn)輸能力產(chǎn)生了重大影響。根據(jù)孫廣林[1]的統(tǒng)計，全國范圍內(nèi)高速公路運(yùn)行中斷受惡劣天氣影響占比接近40%，惡劣天氣成為影響高速公路行車安全的重要因素，是公安交管部門事故防范的重點(diǎn)。全國各地都對惡劣天氣對高速公路的影響進(jìn)行了分析。宋建洋等[2]研究了惡劣天氣對高速公路交通阻斷的影響特征；李云峰等[3]研究了吉林省高速公路交通事故與氣象要素的關(guān)系；朱保林等[4]研究了云南省高速公路氣象災(zāi)害風(fēng)險特征與應(yīng)對；張振東等[5]對寧滬高速137例霧事故進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)霧事故與霧發(fā)生關(guān)系密切。同時也有學(xué)者對高速公路在各種惡劣天氣下進(jìn)行了監(jiān)測預(yù)警或臨界限速研究，如盧振禮等[6]研究了高速公路團(tuán)霧視頻監(jiān)測預(yù)警；鄒蘭軍等[7]基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的路面溫度模型研究道路結(jié)冰潛勢為道路交通結(jié)冰預(yù)測提供相關(guān)決策服務(wù)支持；王露等[8]研究了大風(fēng)雨雪氣象條件下高速公路車輛穩(wěn)定行駛的臨界車速；楊心壤等[9]提出了“交通+氣象”的最新融合；陳靜怡等[10]開展了貴州公路交通氣象服務(wù)效益評估。而湖南因其特殊地理位置，冰、雪、雨和霧氣候一直困擾道路交通安全保暢工作，各類重大交通事故背后大多有冰雪雨霧的身影，如2008年覆蓋該省的特大冰災(zāi)及2023年2月4日許廣高速重大交通事故。城龍高速地處雪峰山脈，局部路段存在冰、雪、雨和霧等惡劣天氣的影響。故城龍高速不僅要進(jìn)行地形選線、地質(zhì)選線，更要進(jìn)行氣象選線，從公路本身就盡量消除惡劣天氣對行車的影響，確保高速公路運(yùn)營安全。

1 城龍高速地形地貌和氣候

城龍高速位于我國地勢第二階梯向第三階梯的過渡地帶，位于雪峰山脈與南嶺之首越城嶺山脈交匯之處，跨越長江與珠江水系分水嶺。區(qū)域內(nèi)崇山峻嶺，溪河縱橫，地勢南高北低，南嶺山脈綿亙南境，雪峰山脈聳峙東西，形成東、南、西三面層巒疊嶂，北面丘崗疏落，北部與中部連成狹長平緩地帶。

城龍高速全線地勢陡峭，溝谷深切，山坡坡角一般達(dá)30～60°，相對高差一般為200～600 m，交通條件極差，植被發(fā)育，通行極為困難。

城龍高速地處湖南省西南邊陲，位于中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，屬中亞熱帶山地氣候，四季分明，雨量充沛，冬少嚴(yán)寒，夏無酷暑，年平均氣溫為16.1 ℃，年平均降水量1 218.5 mm，年平均降雪日數(shù)9.8 d，相對濕度年平均在75%～83%之間，年平均有霜日數(shù)為17.1 d，全年冰凍平均天數(shù)為8.7 d。但城龍高速受路線走向的影響，除起終點(diǎn)段外，中間段海拔較高，區(qū)域內(nèi)山地逆溫效應(yīng)明顯，如圖1所示。根據(jù)城步氣象站及南山牧場氣象觀測資料，海拔超過700 m時沿線冰、雪、雨和霧等惡劣氣候明顯，氣象災(zāi)害對路線方案影響大。

2 城龍高速概況

城龍高速公路受起終點(diǎn)位置、地形及泮水互通、南山互通位置制約，路線沿巫水及芙蓉河河谷西側(cè)山坡布線。路線在丹口鎮(zhèn)花龍村設(shè)泮水互通（標(biāo)高627 m）后采用花龍村隧道群方案進(jìn)入南山國家公園（試點(diǎn)）一般控制區(qū)，在K32+500～K38+600設(shè)置南山一、二號隧道穿越蘇家沖頂及通家山，在五團(tuán)鎮(zhèn)金童山村設(shè)置南山互通（標(biāo)高872 m）及南山互通連接線通往南山牧場，在跨越初水及芙蓉河后路線沿芙蓉河河谷西側(cè)山坡布線，在五團(tuán)鎮(zhèn)雙田順接城龍高速廣西段。整個高速公路縱面呈人字形布設(shè)，最大標(biāo)高位于K32+400處（標(biāo)高916 m）。全線標(biāo)高位于700 m以上的路段達(dá)23 km，如圖2所示。

城龍高速所處的地形及互通的設(shè)置位置使得城龍高速成為湖南省海拔最高的高速公路，沿線的控制因素復(fù)雜且受地形影響山地逆溫效應(yīng)明顯，局部路段存在冰、雪、雨和霧天氣的影響。故在城龍高速路線方案設(shè)計時不僅要進(jìn)行地形選線、地質(zhì)選線、環(huán)保選線，更加注重了氣象選線及安全選線。

3 城龍高速氣象選線研究

李杰等[11]結(jié)合區(qū)域歷史冰雪災(zāi)害以及沿線氣象站及觀冰站（點(diǎn)）的結(jié)冰、積雪資料和相關(guān)氣象要素數(shù)據(jù)的搜集、整編和分析，總結(jié)出了路線區(qū)域道路沿線微地形微氣候特性對結(jié)冰和積雪成因的影響，為高速公路選線提供依據(jù)。而城龍高速項目組在尋求城龍高速最優(yōu)路線方案的過程中，始終將氣象選線及安全選線作為重要的控制因素。在城龍高速初步設(shè)計和施工圖設(shè)計外業(yè)期間特設(shè)計了公路氣象災(zāi)害調(diào)查記錄簿，根據(jù)地形地勢和橋隧的分布，每2公里通過走訪當(dāng)?shù)厝罕?，對沿線的冰雪雨霧天氣進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，對路線所處位置、氣象災(zāi)害類型、出現(xiàn)頻率、發(fā)生時間、持續(xù)時間及調(diào)查對象進(jìn)行詳細(xì)的記錄。根據(jù)氣象調(diào)查，探明城龍高速在標(biāo)高700 m以上受山間小氣候影響大，會出現(xiàn)大霧、降雪及暗冰等影響行車安全的天氣。項目組在內(nèi)業(yè)設(shè)計過程中根據(jù)調(diào)查的氣象資料進(jìn)行安全分析，并在設(shè)計每個階段都落實(shí)氣象選線，讓安全體現(xiàn)到具體的路線選線中。

3.1 初設(shè)對工可路線方案的優(yōu)化

城龍高速工可線位在GK24～GK27段采用連續(xù)的6座橋梁、4座隧道設(shè)計方案沿丹口鎮(zhèn)花龍村汀坪溪河谷西側(cè)山坡布線穿越山嶺。此段線位均位于海拔700 m以上，受冰、雪、雨和霧天氣影響大。工可線位在GK24+100和GK25+800處平面采用R-800 m半徑，通過核查下坡路段貨車停車視距，GK25+800處平面不滿足規(guī)范停車視距要求，需要加寬隧道和橋面。同時此段縱面采用4%的陡坡加2.5%的緩坡組合，小半徑加陡下坡的線型組合在冰、雪、雨和霧天氣影響下會造成車輛行駛困難。特別是，此段位于龍勝往城步方向長下坡段終點(diǎn)位置，長距離的剎車再加上小半徑陡下坡的線形組合容易造成車輛失控，存在行車安全隱患。

同時工可方案中連續(xù)短隧道中間夾橋梁的路線方案，會造成行車視覺明暗交替，形成視覺障礙，影響行車安全。另連續(xù)短隧道中間夾橋梁的路線方案，在冰、雪、雨和霧等惡劣天氣影響下，隧道內(nèi)外摩阻系數(shù)的不一致，易造成車輛在橋上滑移，也存在行車安全隱患。

在設(shè)計外業(yè)期間走訪了當(dāng)?shù)厝罕姡M(jìn)行了現(xiàn)場氣象調(diào)查，如圖3所示。根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)此段路線在農(nóng)歷九月至次年農(nóng)歷四月會出現(xiàn)起霧天氣，天數(shù)一般30 d左右，能見度為70 m左右，農(nóng)歷十二月至次年二月可能出現(xiàn)降雪天氣，路面最大積雪厚度約2 cm，可能會伴隨有路面結(jié)冰。

圖3 公路氣象災(zāi)害調(diào)查記錄薄

在城龍高速路線方案研究中根據(jù)氣象調(diào)查結(jié)果，從行車安全行駛的角度出發(fā)，將路線平縱面進(jìn)行了優(yōu)化。平面將線位向西側(cè)高山偏移，半徑調(diào)整至2 000 m以上，滿足下坡路段貨車停車視距要求，同時取消橋梁加長隧道，采用4個中短隧道組成隧道群方案，隧道之間路基采用遮光棚，使隧道群之間光線一致，減少視覺障礙。縱面通過加長隧道，將縱坡減少至2.3%，消除工可路線方案中小半徑加陡下坡線型組合帶來行車安全隱患，如圖4所示。施工圖設(shè)計階段繼續(xù)沿用初設(shè)方案，以保證運(yùn)營期間行車安全。

3.2 施設(shè)對初設(shè)路線方案的優(yōu)化

在施工圖設(shè)計階段對初步設(shè)計路線方案進(jìn)行進(jìn)一步的氣象選線研究，致力于消除惡劣天氣對行車的影響。

K32～K39段主要設(shè)置有南山1號隧道、南山2號隧道，位于本項目地勢最高點(diǎn)（1 200 m），也是本項目設(shè)計標(biāo)高最高點(diǎn)。初設(shè)階段在此段采用南山1號隧道接獨(dú)宿溪大橋接南山2號隧道的路線方案（全線最高標(biāo)高941 m位于南山2號隧道內(nèi)，獨(dú)宿溪大橋最大橋墩高度63 m，最高橋面標(biāo)高937 m）。此段山高坡陡，氣候復(fù)雜。根據(jù)現(xiàn)場氣象調(diào)查，在農(nóng)歷十一月至次年農(nóng)歷四月會出現(xiàn)起霧天氣，天數(shù)一般20 d左右，能見度為60 m左右，在獨(dú)宿溪位置起霧標(biāo)高為930 m附近；農(nóng)歷十一月至次年二月可能出現(xiàn)降雪天氣，路面最大積雪厚度約5 cm，可能會伴隨有路面結(jié)冰。

施工圖設(shè)計時，為進(jìn)一步消除冰、雪、雨、霧天氣對此段線位的影響，特別是車輛在獨(dú)宿溪大橋上行駛的影響，將平面往西微調(diào)，南山1號隧道入口往西偏移90 m，加長南山1號隧道、取消獨(dú)宿溪大橋，在山谷最窄處設(shè)獨(dú)宿溪中橋跨越S576和獨(dú)宿溪后接南山2號隧道，在K35+500接回原設(shè)計線，如圖5所示。

同時對縱面也進(jìn)行了優(yōu)化。在K32+275（921.15 m）處設(shè)-1.9%縱坡接K34+250（887.57 m），在最低點(diǎn)處設(shè)獨(dú)宿溪中橋跨越S576和獨(dú)宿溪，橋上設(shè)遮光棚洞。在K34+250設(shè)0.8%縱坡接K36+660（906.70 m），后設(shè)-0.5%縱坡接K38+740（896.30 m）。最大標(biāo)高由原來的南山2號隧道內(nèi)CK35+700最高標(biāo)高941 m調(diào)整至K32+500最高標(biāo)高916 m，如圖6所示。

調(diào)整后路線最大設(shè)計標(biāo)高降低25 m，隧道長度增加876 m，橋梁長度減短900 m，工程造價會相應(yīng)增加。但南山1號隧道與南山2號隧道之間只有60 m橋梁，通過在橋梁上設(shè)置的棚洞可消除冰雪雨霧等惡劣天氣以及光線明暗交替對行車的影響，確保了車輛在全線最高點(diǎn)的安全運(yùn)行。

另外，由于最大設(shè)計標(biāo)高減低25 m，降低了汽車爬坡高度，通過節(jié)能減排計算，從投入運(yùn)營到2043年，調(diào)整后線位累計可節(jié)省燃油361.2萬L，節(jié)約的燃油約相當(dāng)于0.43萬t標(biāo)準(zhǔn)煤。路線的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排和安全運(yùn)營的雙贏。

4 結(jié)束語

我國近年來對安全生產(chǎn)作出重要指示，強(qiáng)調(diào)樹牢安全發(fā)展理念，加強(qiáng)安全生產(chǎn)監(jiān)管，切實(shí)維護(hù)人民群眾生命財產(chǎn)安全。在公路的選線中也應(yīng)樹立安全理念，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際切實(shí)做好安全選線，保障車輛運(yùn)營安全。城龍高速在路線選線方面從現(xiàn)場實(shí)際出發(fā)，堅持安全理念，無論是在初步設(shè)計階段還是在施工圖設(shè)計階段都在氣象選線方面精益求精，不放過每一段能提高安全的可能，保障人民群眾生命財產(chǎn)安全，確保項目平安百年品質(zhì)，并對山區(qū)高速公路選線具有參考價值。

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