复杂地形条件下山区高速公路路线设计

黄 睿

（山西省交通规划勘察设计院，山西 太原 030012）

山岭区高速公路所经路段山高谷深，地形复杂，自然坡度陡，同时受到路线标准的制约，需要克服复杂的地形和较高的路线标准之间的矛盾。因此如何在深入理解相关标准和规范的前提下，合理制定路线设计原则并灵活运用平、纵技术指标，最终确定合理的设计方案至关重要。以下将已竣工的灵山高速公路和正在施工的临离高速公路方案比选作为实例分析探讨。

1 工程实例

1.1 灵山高速公路概况及选线原则

荣成至乌海公路山西境灵丘至山阴段高速公路，是国家高速公路网规划方案的第4横，是《山西省高速公路网调整规划》“三纵十一横十一环”的重要组成部分。全线按双向四车道高速公路标准建设，设计速度采用100 km/h，路基宽度为26.0 m。特大桥设计洪水频率为1/300，路基、大、中、小桥、涵洞设计洪水频率为1/100，桥涵设计汽车荷载采用公路-I级，目前项目已竣工。作为典型示范工程灵山线在设计过程中充分体现“安全、环保、舒适、和谐”的设计理念和总体设计原则。路线方案的选择与布设除做到地形选线、地质选线外，还要做到安全选线、环保选线、景观选线。

1.1.1 安全选线

安全是公路设计和建设需考虑的首要因素，制定和采取相应的安全设计策略尤为重要。从设计的角度，应尽可能采取“主动”的预防和纠错。研究显示，大量的公路交通事故是由相邻路段较大的运行车速差导致。尤其在山区，对于同样纵坡，不同的荷载，不同车型都将产生不同的运行效果，因此，基于运行车速的理论，根据测算的运行速度、梯度数据以运行速度V85为纵坐标，路线长度为横坐标，绘制了灵丘至山阴高速公路沿线运行速度变化曲线，即沿线的“运行速度图”、“运行速度梯度图”，输出运行速度数据表格，并根据评价意见为货车设置了爬坡车道（图1）；对于运行速度检验中最不利段落采用三维联动设计（图2），构建三角网数字地面模型（图3），实现基于运行速度的路线三维漫游，让设计、决策人员直观的对线型进行检验，将安全评价融入到路线设计中。

图1 爬坡车道组成示意图

图2 运行速度三维漫游图

图3 数模三角网地面模型

1.1.2 环保选线

公路建设不可避免征地、拆迁，必然对沿线社会生活环境带来影响。树立“不破坏是最大的保护”的理念，以“不扰为上、少扰为本”为原则，降低公路建设对原始地形、地貌的自然性和稳定性的影响。以下举两处灵山高速公路选线设计的实例说明。

实例一：如图4所示，C线方案布设于王庄堡北面的半山坡上，高填深挖段落所占比例较高，挖方边坡最大高度达39.2 m；填方边坡最高达31.7 m，大桥多分布在沟深崖陡处，且桥梁高度在30 m左右。征地较多且大部为耕地，在充分征求沿线群众意见的基础上，提出了布设于省道大灵线和唐河之间的A线方案，该方案减少了征地亩数，所占土地大部分为河滩地，采用桥梁和护岸防护结合通过唐河河道，有效整合了唐河，同时由于高速公路设计等级要高于省道，对省道的安全起到了保护的作用，赢得了社会的认可（图4）。

图4 王庄堡路段路线方案比较图

实例二：如图5所示，路线从抢风岭隧道出来后，工可方案将线位摆在郝家湾村后的半山坡上，该线位既对郝家湾村的安全带来很大影响，又拆迁较多的房屋，同时路线展布在陡崖下方，大开挖严重，孤石滚落也对行车安全造成极大的隐患，因此，初步设计将线位调整至郝家湾村前的唐峪河河谷中，通过架桥的方式达到既保护耕地、不拆房屋，又基本不占压河道的目的，从而与自然环境、沿线村落和谐共生（图 5）。

图5 抢风岭路段路线方案比较图

1.1.3 景观选线

灵山线穿越灵丘、浑源、应县。项目影响区中有闻名中外的平型关战役遗址、有始建于北魏的悬空寺、有现存世界上最古最高的木构塔式建筑等众多名胜古迹。为充分发挥高速公路的效应，统筹利用线位资源，方便旅游事业发展，及沿线群众的出行，结合地形、地质、水文等情况，本项目分别设互通式立交进行交通流转换。

路线穿越浑源县境内时，所经过的区域几乎全部进入风景区的外围保护地带，为了减少项目对环境的破坏，做到与风景区境相协调。在“景观节点”这个层次的设计中突出“自然式设计”、“保护性设计”及“恢复性设计”等先进的设计理念和手法。初步设计对路线方案进行了进一步的优化和完善，与恒山管理处等文物保护部门多次进行沟通，将恒山隧道进口位置适当南移，将进入景区的明线部分缩短为100 m左右，以路堤型式通过，其余大部分以隧道方式穿越（图6）。

图6 恒山景区路段路线方案

1.2 临离高速公路概况及实例

临县至离石高速公路是《山西省高速公路网调整规划》中“三纵十一横十一环”西纵高速公路的重要组成部分，也是山西省西部把第5横和第6横、第7横高速公路串联起来的重要路段。项目采用四车道高速公路技术标准，设计速度80 km/h，路基宽度24.5 m；特大桥设计洪水频率1/300；路基、大、中桥、小桥涵设计洪水频率1/100。目前，项目正在施工过程中。

和灵山高速不同的是临离高速走廊带地形更为复杂，山高沟深，沟壑发育，最高点位于马头山，海拔高程1 568 m，最低点位于湫水河谷底，海拔高程820 m，相对高差748 m，区域植被较差，耕地较少，生态自然条件脆弱，水土流失较为严重，同时路线走廊带内众多的不良地质、压覆煤炭资源、穿越采空区等都是选线应考虑的重点。在临离线设计过程中，加强“灵活性”原则，路线布设尽量避免高填深挖，减少隧道的数量；合理运用最大纵坡与最大坡长，同时对滑坡、崩塌等不良地质尽量绕避，尽量保持原有水利系统的完整性，减少对当地群众利益的侵扰为侧重点。

1.2.1 以人为本 安全至上

临离高速公路受地形限制，爬坡越岭难以避免，在越岭路段，为了降低工程造价，缩短越岭线长度，不得已采用长纵坡，但采用长纵坡无疑对行车的安全问题产生影响。尤其对于载货车，连续长下坡，会导致车速过高，汽车需要频繁制动，制动一旦失灵，往往酿成严重交通事故。因此，路线设计中实在无法避绕时必须采用综合治理。根据运行速度模拟检验结论，全线存在3处长连续下坡路段，分别为：K20+480—K29+840段，平均纵坡为 2.04%；K30+730—K40+758段，平均纵坡为2.02%；K55+560—K61+260段，平均纵坡为2.5%。为保证减轻失控车辆的损失或危及第三方安全，结合该段桥梁、隧道、互通、服务区、枢纽布置，在3处长下坡路段的右侧视距良好位置分别设置了避险车道（图7）。同时采用明确的交通标志，提醒驾驶人自己所处长坡的位置，采取合适的制动措施。

图7 避险车道总体图

1.2.2 尊重自然 保护环境

本项目位于吕梁山西翼，晋陕黄土高原的东部，区域地貌单元属于巨厚层黄土覆盖的基岩残丘低中山区，沿线地形复杂多变，沟壑纵横，不可避免深挖高填，而挖方会破坏原来的平衡，引起岩土体移动，变形与破坏，增加地质脆弱带的不稳定性，其结果是引发滑坡、塌方等地质灾害。因此，临离高速公路把“地质选线”的理念应贯穿布线的始终。在初勘中发现，工可方案（F比较线）横穿曹家峁滑坡。路线以大型桥梁、路基填方工程，自滑体中部通过，桥梁墩台置于滑体之上，滑体的复活滑动对工程影响很大，滑坡对路线工程的稳定性及后期营运影响严重。同时曹家峁滑坡自然稳定性较差，一旦施工，其稳定性较之自然条件下更差，工程处治的难度较大且费用昂贵，经济性不合理。于是提出了避绕滑坡体的A方案（图8）。A方案虽然增加了一处隧道但避绕了滑坡，同时减小了土石方数量，桥梁也减短275 m，工程总造价及后期运营养护费用远低于F方案。综合比较后，A方案更经济、合理。

图8 曹家峁滑坡段路线方案比较图

1.2.3 坚持可持续发展 节约资源

公路建设中要坚持可持续发展、建立节约型社会，就是要正确处理好节约资源和公路发展的关系。公路压覆矿产，不仅对日后资源的开发和开采造成困难，同时也对公路自身留下隐患。批复初步设计中孙家沟至南岭段，路线沿阳坡布设，在K35+780—K37+600段压占了焉头煤矿资源，K36+400—K37+500段通过了采空区。全部路线压覆煤矿资源量合计7 900万t，为避免压占煤矿资源及绕避采空区，补充初步设计采用了补充工可的绕避煤矿和采空区的E线方案作为推荐方案。E线与对应K线相比，桥梁短629 m（E线方案设桥梁1 410 m/4座；对应的K线方案设桥梁2 039 m/8座），基本避开煤矿和采空区，不需要进行采空区处治，不影响矿区的采煤生产计划，减少了高速公路运营中的隐患（图9）。

图9 焉头煤矿段路线方案比较图

2 结束语

总之，复杂的山区地形使每一个公路建设项目都有其自身的特殊性和侧重性，每条公路设计不仅是几何线更是生命线。设计者需要具体情况具体分析，在运输功能和安全、资源环境、社会环境之间寻求和谐和平衡。不仅要注重大决策、大方案，更要注重细节，树立全寿命周期成本的理念，通过提高技术含量，通过灵活设计，达到最佳的技术经济效益。