山区高速公路优化选线探讨

温弦

（贵州高速公路开发总公司，贵州 贵阳550001）

前言：我国交通基础设施建设进入了一个飞速发展的阶段，公路特别是高速公路的发展尤为迅速。随着社会经济的发展,公路建设逐步向山区延伸,而山区地形、地质复杂,公路路线布设的限制条件和影响因素很多，这就使得山区公路的设计面临巨大的挑战，但与挑战并存的，还有机遇。山区公路的设计受平纵横断面的制约较多,与平原区及微丘区公路有很大区别。因此,有必要对山区公路的设计进行更深入的研究,探讨出新的设计理念以指导山区公路的设计。本文试图从以往山区各种等级公路路线设计过程中总结的一些经验和教训,提出几点粗浅的认识,供各位同仁参考。

1 设计标准的掌握

山区高速公路线形设计标准掌握的合理程度直接影响到工程安全、工程造价和环境破坏,也影响了行车安全和实际运营车速。线形设计中,平曲线指标是视距及行车安全的首要影响因素,而纵坡指标是行车速度的主要影响因素。规范规定了各级公路的设计车速和相应线形设计控制指标,同时也规定了各级公路的适应交通量,这就使线形指标的采用有了很大的选择范围。因此,道路性质、分段交通量、车型构成和沿线地形变化等因素是设计人员必须掌握和了解的,这样才能依据地形、地质条件合理选用线形指标。具体说来，有以下几个方面：

改变设计思路，不要一味追求大填大挖、高指标，应该最大限度地结合地形选用平纵指标。坚持“安全、耐久、节约、和谐”的设计理念，并且要灵活运用，同时始终以“六个安全、六个树立”的理念为指导。

如果一条高速公路沿线地形基本相同,为了在安全前提下保证形式速度的一致性,设计时在一定路段内应注意所采用线形指标的均衡性和一致性,避免平面指标的突变。

高速公路分段采用不同设计车速时,宜选择分离式隧道等路基分合流段、互通立交等交通转换段、视觉上比较明显的特大桥段等作为不同设计车速标准的分解点,以达到设计标准的自然过渡,并注意避免不同设计车速过渡段前后平面指标的突变。

2 优化选线的几点原则

公路线形是构成公路的骨架,它支配着整个公路规划、设计和施工。线形设计行车安全、舒适、经济、协调、美观等都具有决定性影响。线形选择涉及诸多因素,如线形指标、工程造价、地形条件、景观协调、运营效益等等。因此,路线设计要综合考虑平、纵、横3者的关系,恰当地掌握标准,做到平面顺适、纵坡均衡、横面合理。

2.1 山区公路选线的特点

山高谷深,高差大,地形、地质复杂,这些是山区的特点，因此山区公路选线就具有工程艰巨,可比选方案多的特点。在地形方面,路线平、纵、横3个方面均受到约束;在地质方面,山区覆盖层不均匀、岩层差异大,岩层产状和地质构造变化复杂,影响线位布设;在气候方面,山区暴雨多、山洪急,溪流水位变化幅度大,是公路定线中不可忽视的因素。因此,在山区选线必须深入调查,认真勘测,精心研究,综合考虑,解决好越岭的垭口、展线的方案等重大问题。

山区公路布线主要有沿河(溪)线、山腰线、越岭线和山脊线。选线应在充分理解路线标准的前提下,根据地形、地质、气候情况,准确地把握好路线的各项技术指标。使用最短的路线长度实现最大的综合效果为佳,比如路线标准高、构造物少、造价省等。

2.2 山区沿河(溪)线的选择

沿河(溪)线的选择,要处理好河岸的选择、线位高低和跨河换岸地点三者间的关系。利用有利地形,避开工程艰巨和不良地质路段,如泥石流、滑坡、崩塌、岩溶、岩堆、泥沼、冻土等等。跨河换岸时,一般情况下以选择横坡平缓的河岸为佳。有些河岸横坡虽然平缓,但地质不良,岩层倾向于路线,开挖后易产生顺层滑塌的病害,而对岸虽横坡稍陡,但岩层背向于路线,开挖后不易产生顺层滑坡,路线走向则应选择后者。深汕高速公路陆丰路段就出现过这种情况。所以跨河换岸时,要特别注意地质情况的好坏,不能单凭横坡陡缓来决定采用哪一岸的问题。

2.3 大高差、短直线距离路段展线的升降坡问题

在山岭区选线,经常遇到从山坡脚到山垭口的相对高差较大,而直线距离较短的地形,如何利用有利地形展线是选线成败的关键。在这些区域,一般要利用突出的山梁螺旋展线升降坡并借助修建桥梁、隧道等构造物才能解决问题,如果没有突出的有利山梁地形时,也可以利用山凹螺旋展线升降坡及修建桥梁等构造物来实现。

2.4 越岭线垭口的选择问题

越岭路线选线时,应结合水文地质情况处理好垭口选择、过岭标高和垭口两侧路线展线方案3者间的关系。垭口是越岭线方案的重要控制点。垭口最好选择与路线总走向一致且标高较低和两侧利于展线的垭口,可缩短公路里程。不需展线或少量展线而又靠近路线总走向的较低垭口为最理想。但有的垭口虽然在路线总走向的位置上,但从垭口到山脚间的距离较短,高差也较大,需要长距离展线时,反而不如展线条件好,离开路线总走向稍远的垭口。有的垭口虽然相对高差较大,但如垭口两侧有较开阔的山坡或山谷可用来展线,或可采用稍长的隧道以降低越岭的海拔标高时,可大大缩短公路运输里程,营运经济效益显著,亦应认真考虑,仔细比选。

2.5 关于坡长限制

我国规范对各级坡度坡长作出了限制,一般在山区高速公路纵面设计时,为了满足规范对坡长的限制,习惯上将纵坡设置成台阶坡。实际上,台阶坡的设置未必适宜。台阶坡有时很难与地形符合,往往使平纵组合不当,并造成工程量增加;变坡点增多,驾驶者需频繁换挡。而对于下坡车辆来说,设置过多的变坡使行车舒适性降低;两端长陡坡间夹短的缓坡,再配上竖曲线以后,变坡点之间的直线坡段实际上很短或几乎不存在,汽车在频繁换挡的情况下也未必能真正得到休息。对于混合交通,且交通量较大的道路,由于车辆性能相差较大,农用车、自行车等比例如果很大,可以考虑设置台阶坡。但对于高速公路来说,路上行驶的车辆性能较高,且分道行驶,有专用超车道和停车路肩。当交通量接近本级公路下限值时,载重车爬坡时对尾随车辆影响并不大,只要满足最大纵坡和对应坡长限制就可保证车辆爬坡时的行车安全。此时,如果对各路段都加以对应坡度的坡长限制,而强行将纵坡设计成台阶坡,纵面线形未必能得到有效改善,而且,可能与地形不符,反而会造成工程量增大。因此,建议交通量较小的公路,在地形特殊路段,对于4%以下的纵坡段坡长限制视具体情况适当放宽。

2.6 长大纵坡应做好安全评价

大长纵坡是交通事故频发的地点，但是可以通过优化的设计来有效避免这些事故，八达岭、107粤北段等多个国家级交通黑点都是此类设计不良造成的。针对不可避免的长大纵坡应对路段的通行能力和服务水平进行检验，避免由于通行能力不足导致交通事故增加。分析设置爬坡车道、紧急避险车道、紧急停车带的必要性。

2.7 平面线形与桥梁、隧道的协调问题

桥梁和隧道往往是影响和制约路线方案的关键,路线设计时对桥梁和隧道考虑不当会严重影响路线方案的合理性。过去,在一定的社会经济和技术条件下,公路选线时考虑大型桥梁和隧道设计、施工的困难和造价问题,习惯上要求路线布设服从于大桥和隧道布设,使路线布设的自由度受到很大限制。山区公路路线方案设计时,过多直线要求的制约,强求桥隧位于直线段,导致大量采用最小半径、极限半径与短直线的不良组合,线形标准大大降低,与环境的协调性差,生态环境遭受破坏严重。随着社会经济的发展,桥梁和隧道技术的不断进步,长大弯斜坡桥和长大弯隧道等的特殊设计、施工已有较成熟经验,工程造价也未必成为项目首要控制因素,这为山岭重丘区高速公路路线设计提供了更大的自由度。而且,山区高速公路建设对环保的要求越来越高,特殊地形地质条件下的防护工程不但造价很高,对生态环境的破坏相对严重,而且处理相对困难。近几年全国山区高速公路建设的经验表明,从安全和环境保护的角度出发,在确保高标准线形的前提下,为减少对环境的破坏,桥梁和隧道所占比例越来越高。因此,山区高速公路路线设计时,不应过多受桥隧限制,而应从地形、地质和环境等方面综合考虑。

2.8 环境保护工作目前越来越受到人们的重视,山区公路建设开挖土地和山坡面积较大,对沿线的环境影响也大。一般山区公路沿线的水土、生物等资源开发规模相对较小、程度低,沿线生态环境和人文景观保护相当完好,因此公路设计和建设过程中,要重视公路沿线的环境保护,减少对生态环境和人文景观的破坏。设计过程中应重点考虑水土保持、森林资源和野生动植物的保护、合理规划公路建设中废弃物的处理,净化公路2侧的环境,保护好河道和水库,防止水污染。在选线时既要注意充分利用地形坚持少占耕地、少占河道、少破坏植被,合理保护水源,避开可能妨碍重大科学文化价值的地质构造和人文遗迹,还要做好建筑环境和行车环境设计,特别是绿化美化设计,做到线形美观、路景协调。另外,在设计时应做到环境保护工作必须与公路建设同步进行。云南思小高速及川九路已在此方面树立了很好的榜样，,效果较为理想。

3 采用新型技术手段改进设计方法

3.1 平面选线方法的改进

平原区地形条件单一,相关控制条件较少,采用的交点直线法能提高定线速度。山岭重丘区地形条件复杂,路线布设时限制条件很多,如采用交点直线法,定线效率低,线形往往显得呆板,与地形的符合性差,平纵组合不佳,设计者的意图难以实现。

在曲线形设计方法中,直线、圆曲线、缓和曲线被视为同等重要的线形加以利用。尤其是缓和曲线,已不仅为缓和行车而设置,而是作为主要的线形要素加以灵活运用,使得线形的平顺程度大大提高,并且增加了结合地形布置路线的自由度,大大提高了平面线形视觉的协调性,特别是在山岭、重丘地区易于布设出技术经济合理的线形，使线位布设与沿线地形吻合,减少高填深挖,同时,也可保证一定路段内平面线形指标的均衡。

3.2 计算机软件的发展

现代道路勘测设计水平飞速发展,GPS、DTM等勘测手段大大提高了基础资料的利用率,CARD/1、等现代道路设计软件极大提高了道路线形设计的效率。在定线过程中,如能充分利用这些现代高科技手段快速调整路线,检验路线方案的合理性,设计者的意图就能够被充分体现，并且在DTM的支持下，动态可视优化线位，使得设计人员摆脱了烦琐的计算过程，更加专注于优化线位，方案对比更加充分，使得工程更趋合理。

4 结语

山区公路路线设计是公路设计中非常重要的关键环节,路线设计的好坏,影响到公路路网结构的合理、汽车运营的安全舒适、线形指标的合理、工程造价的控制、地形景观的协调等等。设计中应把握好最佳线形选择的科学指标,合理采用路线标准,较客观地选择出综合考虑各主要影响因素的公路最佳路线线形方案,使用最短的路线长度实现最大的综合效果。

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[2]梁勇.山区公路平面线形设计方法适宜性探讨.路基工程,2005(3).

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[4]交通部公路司.新理念公路设计指南.,2005.

[5]交通部公路司.新理念降低造价公路设计指南,2005.