论路线总体设计思路与应用

2013-11-20王科

交通运输研究 2013年8期

王科

（中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西西安 710075）

0 引言

总体设计贯穿于设计各个阶段。预可行性研究阶段侧重于大范围的路网结构研究，确定大的路线走廊带；工程可行性研究阶段在预可基础上逐段落实走廊范围，通过OD调查确定项目的建设标准，推荐路线走廊，控制工程造价；初步设计结合建设条件，在核准工可推荐走廊基础上，对走廊带内重点路段进行多方案研究比选，协调路线与外部建设环境的关系，最终推荐一条合理的方案；施工图阶段重点在于线位优化以及公路内部各工程间的协调上。

综合四阶段的主要研究内容，路线总体设计主要体现在建设标准的确定、路线走廊的选取、路线方案的布设及比选、路线方案与内外部环境的协调四个方面。

1 建设标准

建设标准在预可、工可两个阶段研究确定。表征建设标准的关键参数包括公路等级、路基宽度以及设计速度。《公路工程技术标准》（JTG B01—2003）及《公路路线设计规范》（JTG D20—2006）根据公路功能、适应交通量以及服务水平对建设标准各参数选取均做了详尽规定。在具体实践中，应结合具体的建设环境以及公路作为实体工程一旦实施，再次升级难度大、影响大的特点，灵活并适度超前地选择建设标准。

2 路线走廊

路线走廊在预可阶段提出，在工可阶段研究、确定，在初步设计阶段进一步核实、确认。确定路线走廊的关键参数包括路线起点、终点以及中间控制点。

2.1 起、终点

起、终点取决于项目区的路网结构。新建项目起终点应与规划（地块、路网）相结合，定于交通流生成区的外围环线上，避免公路建设限制区域发展；公路某设计标段起终点，应结合建设条件向前、向后各顺延3～4km，甚至更长范围进行研究，确保衔接的合理性。

2.2 控制点

控制点是指项目影响区内，由于交通需求、社会因素、地形条件、技术水平及建设环境影响路线必须通过或者不能通过的点（或者区域），对路线走向具有控制性作用。

在预可、工可研究阶段，从路网结构及交通需求的角度，控制点包括起点、终点以及中间必须通过的交通量生成节点，比如城市、集镇、村庄、厂矿和旅游区等；从地形条件的角度，控制点包括山、江、河和谷等；从建设环境的角度，控制点包括军事区域、自然保护区域等。此类控制点统称为“Ⅰ类控制点”。

随着两阶段设计的开展，路线方案研究逐步深入，对方案布设具有控制性作用的点逐渐增加，不仅包括铁路交叉点，军事、自然保护区边界角点，特长隧道隧址、特殊结构桥址等较大的点位，还包括学校、寺庙、古墓、古树和高压铁塔等相对较小的点位。此类控制点统称为“Ⅱ类控制点”。

“Ⅰ类控制点”确定路线走廊，“Ⅱ类控制点”确定路线方案。

2.3 路线走廊布设方法

将“Ⅰ类控制点”按上行线方向以多段线依次串连，再以多段线为中心，横向向两侧搜索，用公路线形要素替代多段线，寻求“可行”的方案。

确定路线走廊应从路网结构开始，从小比例尺地形图着手，遵循“由大到小，由粗到细”循序渐进的研究过程。公路工程具有永久性特点，路线走廊一旦确定，工程方案一旦实施，因工程实施而改变的走廊内地形、地貌、生态和环境等一切原有的自然条件便不可再生，因此预可与工可阶段方案的研究重点在于找全“可行”的路线走廊，进行多层次、多角度综合比选，最终确定出合理的走廊。所谓“可行”就是既满足路网功能，又使平纵面方案均可实现，还不违背控制点要求。

平原微丘区当Ⅰ类控制点确定后，走廊一般比较明确，重点是处理公路与Ⅰ类、Ⅱ类控制点的关系，以平面为主进行方案布设。

山岭重丘区受地形、地质、生态和城镇分布等因素影响，在Ⅰ类控制点确定的情况下，可能存在多条路线走廊。即使在同一走廊带内，由于布设线位高度的不同也可能存在多种走廊方案（比如同河谷通道内的沿溪线、山腰线和山脊线），重点在于正确处理公路与地形、与生态的关系，平、纵结合进行方案布设。

3 路线方案的布设

主要在初步设计阶段进行。路线方案布设的关键因素是选择合理的几何技术指标，正确处理路线与Ⅱ类控制点的关系。

3.1 技术指标的选取

研究表明，在各种设计速度路段范围内，小客车的运行速度始终比设计速度高出10～20km／h。因此在设计过程中，建议以小客车运行速度为依据，将设计速度提高10～20km／h，采用高一级别的指标值，并限制采用“极限最小”值。

3.2 影响路线方案布设因素

路线走廊确定后，影响路线方案布设的因素是客观存在的，设计中应关注以下几点：

a）城镇规划及土地类型分布；

b）不良地质的分布；

c）环境敏感点分布；

d）尽早与文物主管部门沟通，了解走廊内是否存在的文物分布点并采取相应处置措施；

e）重点构造物的总体分布，包括互通式立交、特殊结构桥梁和特长隧道的分布区段；

f）水系、河流的分布及规模，对于跨越河流及沿溪线项目应考虑防洪设计；

g）走廊内的交织情况，特别是与铁路的交叉相对关系；

h）电网分布，尽可能减少对10kV以上高压线路的干扰，对110kV以上铁塔应采取避绕措施。

3.3 方案布设要点

方案布设是在路线走廊内，综合考虑建设条件的前提下，采用与项目建设标准相适应的技术指标，利用线形要素组合转化成为具有指示性、可量化、比较和实施的路线方案的过程。方案布设主要方法有交点定线法和曲线定线法，采用的线形一般有“基本型、S型和卵形”。设计过程中应注意以下几点：

a）缓和曲线根据规范规定，当R大于3 000m时，A宜小于R／3，也就是说缓和曲线的长度最大不宜超过333m。

b）平曲线在地形路段相同的情况下，圆曲线半径应界定于一个区间内，避免采用过大或过小的曲线半径；圆曲线长度应不小于最小缓和曲线长度，避免类“凸形”曲线组合出现，确保线形协调；

c）S型曲线曲线定线方法中，连续频繁使用S型曲线，易使驾车人感觉疲劳，对方向判断产生误差，存在一定的安全隐患，建议连续S型曲线不宜超过10km；

d）不设超高最小半径规范根据路拱横坡及设计时速给出了临界值，条文说明中建议在有条件时宜选用较高的标准，提法较为模糊，设计过程中，建议将设计时速提高一个等级考虑，同时均设置回旋线；

e）停车视距当受地形条件限制，曲线内侧行车道不满足停车视距要求时，应予以说明，并采取一定的安全预防措施，如将中央分割带内移设置带防眩板的独柱波形护栏，以植草代替植灌绿化或外移行车道标线，强制限速等，确保规定对停车视距的要求；

f）隧道段线型组合隧道区段的线形应尽量简洁，特长、长隧道轴线宜采用直线，应避免在隧道内部设置弯道；进出口宜采用较大半径（3%超高）的曲线，且在不小于3s设计速度行程长度内不应有急骤的方向改变；

g）平、纵、横综合设计将纵面高程设计及横断面设计用于到平面定线过程，通过多次往复优化、检验，达到平纵面协调，横断面布置合理的效果。

4 路线方案比选

4.1 比选种类

路线方案比选种类是多方面的，其中典型的有：平面方案比选，纵面方案比选，整体式路基与分离式路基比选；桥与高路堤比选，隧道与深路堑比选。

4.2 比选方法

4.2.1 多指标综合分析法

根据前期调查踏勘，明确路线方案各项控制影响因素指标，根据各指标与路线方案的关系择重排序，并逐项分析各指标对各方案的影响程度，最后综合评定方案优劣，拟定方案推荐顺序，确定最优方案。评价指标因建设环境的不同应予以具体分析，一般应包含以下内容：

a）线形指标比较各方案的路线长度、与地形的契合度，最小平曲线半径、最大纵坡、平纵组合情况以及线形连续均衡性等内容；

b）建设条件比较各方案的地形地貌、工程地质、水文地质、气候条件和施工条件等内容；

c）社会环境分析路线与区域规划的关系，就路线方案征询地方政府意见；综合考虑方案建设，比如房屋拆迁、土地征用和电力线改移等对沿线村庄、单位的影响；

d）环境因素综合分析各方案在建设过程及建成后对沿线地形、植被和水系等自然环境的影响力，以及对沿线居民生产生活产生的影响，比如噪音、大气污染等；

e）建设规模包括路线长度、路基土和石方数量，排水防护规模，桥梁、隧道规模，控制性工程数量等；

f）交叉工程综合分析互通式立交的布设位置及与路网的衔接效果；分析方案沿途与其他地方道路、铁路、特殊电力线和光缆的交叉干扰情况；

g）其他因素分析路线与项目区内其他影响因素的关系，比如与铁路、自然保护区、大型水库、文物保护区、矿产资源、采空区、军用设施、人文景观和重点单位等环境敏感点的关系；

h）工程投资对比各方案的工程造价和每公里的平均造价。

以上评定指标列表如下（见表1），在方案比选过程中，可根据具体情况列取。

表1 路线方案综合评价指标表

4.2.2 优劣判断法

表1 路线方案综合评价指标表（续）

对应于评价指标，根据方案布设理由及比选侧重点，按序排列出各方案优、缺点，如表2所示，认真比较方案间的优劣关系后确定方案推荐顺序。

表2 路线方案优缺点对照表

4.2.3 适用条件

优劣判断法适用于方案布设初期、工可阶段或初步设计前期，对于“定性、定性＋定量”比选方案具有较高的工作效率。评价指标综合分析法适用于初步设计阶段，当方案研究进入一定深度、不能轻易判断方案优劣的时候，可使“同深度”比选方案的比选思路清晰、层次明确、角度全面，有助于科学、准确、合理的下定推荐结论。

4.3 典型方案比选

4.3.1 平面方案比选

在服从路线走向的前提下，平面方案的比选主要围绕方案布设的原因、方案特点、方案与地形、地物等建设条件的关系，线形指标以及工程规模等方面。

4.3.2 纵面方案比选

纵面方案的比选主要是由同样高差条件下不同的纵坡组合引起的，比选体现在纵面线形指标、平均填挖高度以及特殊工点的工程方案、工程规模上。

4.3.3 整体式路基与分离式路基比选

整体式路基优势在于工程集中，有利于施工组织管理，节省占地，便于沿线设施布置和道路的养护运营；分离式路基的优势在于上、下行线可独立设计，形式灵活、适应性强。设计中应根据具体的地形条件分析采用。

4.3.4 高路堤（16m以上）与桥梁比选

高路堤设计方案优点在于能充分利用前后路段挖余，减小弃方、施工方便；缺点是占地多等特点、景观效果差，路基沉降问题无法避免，工程可靠度低，防洪能力弱。采用桥梁方案替代，可避免填筑高路基带来的各种负面影响，但有可能造成工程费用的增加。设计中应结合地形条件，从经济、环保、施工、工期和质量可靠度等多方面综合分析比较后，因地制宜地选定。

4.3.5 深路堑（坡口高度大于30m）与隧道比选

深路堑优点在于施工工艺简单、周期短；缺点是废方多、防护量大、景观差、占地多等特点，另外高边坡易诱发新的地质病害。隧道方案可大大改善纵面指标、避免大填大挖，利于环保，但施工工艺复杂，进出口条件要求高、工程造价和后期运营成本高。设计中应结合地形、地质条件及前后路段总体设计情况具体分析选用。

5 路线方案与内外部环境的协调

5.1 与外部环境的协调

公路外部环境主要是指项目区地形地貌、地质、地物、自然生态、社会和人文等建设条件。正确处理公路建设与外部环境的关系应关注以下几个方面。

5.1.1 同一项目中可能存在多种地形地貌特征，路线布设前应划分地形地貌单元，分段采用与地形条件相适应的布线方法及线形指标。例如河谷平原、冲洪积平原和河谷漫滩路段地形平坦，路线布设可按交点法采用较高的技术指标；中低山岭区地形起伏较大，路线布设可按曲线定线方法，采用相对中等、中等偏低的技术指标。

5.1.2 地质选线与环保选线。通过前期踏勘、地调等基础性工作，了解沿线工程地质病害和环境敏感点分布等信息，为路线布设提供准确的地质依据及环保依据，在有限的走廊宽度内“趋利避害、消除或降低干扰”。

5.1.3 公路建设不可避免对原地形地表植被、水系结构、生物活动规律、环境景观造成影响和破坏，因此在设计过程中应综合考虑，因地制宜、灵活设计，通过景观再造与生态设计尽量保持路与自然环境的和谐，保证交通环境的安全协调。

5.1.4 公路建设对沿线社会人群的生产生活影响巨大，主要表现在占用土地、拆迁房屋和影响生产生活习惯等方面，因此在设计过程中应认真吸纳落实群众意见，在设计细节上体现人文关怀与可持续发展的思路。

5.2 与内部环境的协调

公路内部环境是指路线与路基防护、排水、桥梁、隧道、互通、服务区、停车区、通道、天桥等具体工程之间以及各工程相互之间的关系。具体工程应服从路线方案总体设计要求，不宜过分强调工点工程难度而轻易改变设计初衷；同样总体设计过程中也应兼顾具体工程的设置需要，特别是具有控制意义的特殊结构桥梁、特长隧道等，确保方案的可行性。