山区高速公路路线方案设计探讨

■吴 姗

（福建省交通规划设计院有限公司，福州 350004）

随着中国改革开放的不断深入，我国经济迅速发展，人们往来出行日益频繁，由此对我国公路建设提出了更高的要求，高速公路也在经济腾飞的大背景下开始了大规模的建设。 截至2020 年底，全国高速公路的通车总里程已经达到16.10 万km，处于世界领先水平， 对20 万以上人口的城市覆盖率已超过98%，并且仍在快速发展。

随着全国高速公路路网的不断完善，地势平坦地区的高速公路路网已十分密集。 同时，伴随着“丝绸之路经济带”和“21 世纪海上丝绸之路”的大力推进，我国西部地区正开始新一轮的大开发。 多重因素影响下，高速公路的建设将逐步从地势平坦区域向地势陡峭的山区进行转移。

由于山区高速公路普遍存在地势高差大、地质条件复杂、施工难度大、造价昂贵等难以避免又对项目推进影响很大的因素，因此，对山区高速公路路线方案设计的普适性要点进行探究是十分必要的。

1 山区公路的常见特点

1.1 地形条件

从定义上， 山区高速公路是指山岭区和山岭重丘区地形条件下建造的高速公路， 不同于平原区和微丘区，山区地形地势高差大、坡度陡。 以广西壮族自治区百色市的高速项目为例， 该地区山区高速公路的地形高差均超过500 m，最大坡度均超过20°（表1）。

表1 广西壮族自治区百色市高速公路地形状况

地形地貌作为道路载体的外在形态控制着高速公路走廊带的大致走向。 面对山区高速复杂的地形条件， 对高速路线方案比选提出了更高的要求，这也是山区高速公路路线方案设计首先要面对的问题。

1.2 地质条件

地质条件是地壳的内在表现，不同地区存在不同的地质条件，主要体现在不良地质灾害上，如平原地区的不良地质现象主要以软基、采空区和液化土等为主，由于平原地区地质勘察工作是在平面上进行，并且勘察范围较小，只要投入充足的地勘工作量和适当的处理方案，一般都能得到解决。 与平原地区相比，山区地质条件复杂，常见的地质灾害除了平原区的主要类型外，还有崩塌、滑坡和泥石流等，在部分西南地区还广泛分布岩溶地质。 以广西壮族自治区百色市为例，对百色市境内若干条山区高速公路地质情况进行调查分析，其不良地质分布情况见表2。

表2 百色市山区高速公路不良地质分布情况

地质勘察作为公路设计的重要前提和基础，对道路路线走向有重要的影响，特别是在山区高速公路设计时，常遇到不良地质现象，这无疑增大了道路选线的难度。 有些不良地质甚至对路线方案起着控制作用，并且在地质勘察初期阶段无法被完全探知，但在后期的施工和运营阶段逐步暴露，给高速公路的施工和养护带来巨大的损失。 因此，如何以较小的地质勘探代价找到最有价值的方案，是山区高速路线设计的要点。

1.3 环境因素

我国高速公路历经几十年的发展，已经积累了丰富的经验，但是在以往的山区高速公路路线方案设计中更侧重于公路的线形，忽略了公路与环境的和谐发展。 建设过程中对环境产生的破坏，往往在项目后期通过对自然环境采取补救措施进行修复，但后期修复难度大，并且很难达到预期效果。

为解决公路建设与环境之间的矛盾，实现高速公路绿色发展，2016 年，交通运输部正式出台了《关于实施绿色公路建设的指导意见》[1]，提出了生态保护等一系列设计理念。 随后，交通运输部在2018 年又正式出台了《关于加快推进绿色公路典型示范工程建设的通知》[2]，再次强调建设以资源节约、生态环保、节能高效、服务提升为主要特征的绿色公路，实现公路建设健康可持续发展。 这也要求设计人员要更加注重将绿色环保的设计理念贯穿于公路路线设计中。

1.4 国土空间规划因素

国土空间规划是国家空间发展的指南、可持续发展的空间蓝图，是各类开发保护建设活动的基本依据，同时也是有效防止在开发自然资源的道路上“走弯路”的重大举措。

在改革开放经济快速发展的同时，我国也面临着自然资源消耗加剧、生态环境持续破坏、国土空间开发质量有待提升等问题。 随着国土空间规划体系的建立，各地区“三区三线”[3]（城镇、农业、生态空间及城镇开发边界、 永久基本农田和生态保护红线）也在划定并不断完善中。 在这个历史大背景下，高速公路， 尤其是山区高速公路沿线土地资源稀缺，在选线时必然会面临新的挑战。

2 山区高速公路路线方案设计要点分析

2.1 针对山区高速陡峭地形的路线设计方案

针对山区地形高差大、坡度陡的特点，在山区高速公路路线方案设计时，尤其在经过地形起伏大的路段，应进行全方位的走廊带比选，合理布设构造物。 以广西壮族自治区百色市岳圩口岸高速公路项目为例，项目区域以喀斯特溶蚀洼地及岩溶山原地貌为主，石灰石峰林、峰丛发育（图1），区域内地层及构造情况见图2。 项目在经过地形陡峭的峰林区域时，首先进行明线（西线方案）与暗线（东线方案）的对比（图3）。考虑到暗线方案需设置隧道穿过沿线山包，造价高，不经济，因此采用西线明线方案（表3）。

表3 岳圩口岸高速公路汉邦至岜排段方案对比

图1 岳圩镇石灰石峰林图

图2 场区构造带分布图

图3 岳圩口岸高速公路汉邦至岜排段方案对比

在明确采用明线方案后， 根据地勘调查显示，明线方案存在膨胀土， 并且明线方案路线标高较高，高差较大（图4），故对明线方案穿越膨胀土路段进行桥梁和路基方案的比选，考虑到路基方案处理膨胀土的费用较高，并且存在运营期间路基开裂的风险，最终推荐桥梁方案。

图4 岳圩口岸高速公路汉邦至岜排段东线方案纵断面图

从以上实例可知，山区地形复杂区域，在整体上应对高速公路的平纵横设计进行全局把控。 对局部段落，特别是地形陡峭段落，根据已探明的地质情况、经济等因素进行构造物设置对比分析。 只有遵循先整体后局部的设计思路，才能从山区复杂的地形条件中，比选出经济合理的方案。

2.2 针对山区不良地质的路线设计方案

山区地质条件复杂， 如果未进行地质选线，按照平原及微丘区的设计理念进行高速公路路线方案设计，在公路建设过程中可能诱发大量工程地质病害，致使工程造价大幅增加，同时也给通车后的运营安全留下隐患。

针对山区不良地质问题时， 在路线设计阶段，应贯彻执行地质优先的理念，进行地质选线。 在山区高速公路勘察设计过程中，地质选线的重要性得到了广泛认可。 如何做好地质选线工作，成为山区高速公路路线方案成败的关键。

做好地质选线，应遵循“八宜八不宜”设计原则[4]，即“宜避不宜扰、宜硬不宜软、宜逆不宜顺、宜稳不宜乱、宜高不宜低、宜陡不宜缓、宜边不宜垭、宜阳不宜阴”。 在路线方案设计过程中，首先应在初拟地调路线方案的基础上进行大比例尺工程地质调绘，结合地质灾害报告，排除途径地灾区域的走廊带。 根据筛选后的路线走廊带进行适当深度外业勘察，结合调查发现的不良地质再对路线方案进行对比。

以广西壮族自治区百色市那坡至平孟口岸高速公路为例，根据地灾点进行筛选后得到K、A 两个比选方案（图5）。K 线里程较长但靠近县城，有利于带动沿线经济发展。 A 线经济带动作用小，但里程短，并且与高速路网规划更吻合。 从功能上分析，两个方案非常有比较性。

图5 那坡至平孟口岸高速公路起点段方案对比

经外业勘察，两个方案的沿线不良地质情况见表4。通过地质情况比较分析，K 线地质岩性主要为薄层泥质粉砂岩及页岩， 线路位于那坡大断裂中，沿断裂带展布，且岩性较差，以薄层泥质粉砂岩及页岩为主，受其影响沿线可见较大型滑坡、崩塌等不良地质发育。 A 线以软岩及较硬岩为主，间夹软弱夹层， 对公路建设不利，A 线前13 km 设有4 座隧道，共7 520 m，该区域灰岩发育，易形成岩溶及地下暗河等不良地质，对隧道建设极为不利。 考虑到岩溶地貌作为广西地区广泛分布的地质现象，对高速公路建设造成的影响较大，且设计阶段通常难以完全揭示其详细的分布情况，因此将岩溶作为本项目地质选线重点考虑因素。 A 线前13 km 都位于岩溶发育区， 对方案的设计造成极大不确定性，经综合分析，为规避可能存在的地质风险，该项目最终推荐K 线方案。

表4 那坡至平孟口岸高速K、A 线不良地质情况对比

以广西壮族自治区百色市那坡至平孟口岸高速公路为例，在该项目终点路段，根据现状地形条件布设了K、E 两个路线方案（图6），两个方案的建设规模见表5，E 线的桥梁、 隧道规模均比K 线小，在经济指标比选上E 线较K 线有优势。但经外业勘察后发现，E 线地层为P1q 及P1m， 主要为灰岩（图7），根据调绘，隧道洞身标高与已探明的暗河接近（图8），雨季涌水量大，隧道洞身处已形成流水通道， 对隧道施工极为不利。 K 线沿线隧道地层为T2bf2+3，主要为粉砂岩，建设隧道较为有利。 考虑到在连通暗河灰岩岩溶区建设隧道的风险较高，经综合比选，该项目最终推荐K 线方案。

表5 K、E 线主要工程规模比较

图7 灰岩岩溶区

图8 暗河出口现状图

由以上实例可以看出，在设计前期，详实的地质调查对公路选线意义重大。 即便在地质选线过程中要投入大量的地质勘察工作，但相比于在施工和运营期间产生的安全风险和建设成本增加，前期的地勘投入是十分必要的。

2.3 针对环境保护的路线设计方案

山区高速公路建设的环境问题，需要从路线设计着手，同时考虑施工、营运期间的环境保护措施，才能确保山区高速公路与环境和谐相处。

进行总体路线设计时，应认真贯彻交通运输部《关于实施绿色公路建设的指导意见》[1]的指导思想，全面贯彻以“创新、协调、绿色、开放、共享”的设计理念，最大限度地保护农田，避免大填大挖，最大限度地保护周边环境，追求高速公路建设与自然景观的完美结合。 注重贯彻生态选线、人文选线、节能选线以及“不破坏就是最大保护”理念，并结合沿线的自然风光，与景观设计配合，让公路隐于自然，回归自然。 统筹资源利用，实现集约节约，充分利用项目隧道洞渣作为石料来源，统筹规划，大力推行废旧材料再生循环利用，注重公路设计与建设的前瞻性，统筹考虑后期养护管理的功能性需要，合理设置检修通道，着力实现绿色、生态、环保设计目标。

2.4 针对国土空间规划体系下的路线设计方案

为满足国土空间规划体系的要求，针对不可避让“三区三线”路段，在山区高速路线方案设计时，应从路基、桥梁、隧道等方面对路线方案的典型段落设计进行比选，综合分析路线方案对国土空间规划体系内“三区三线”的影响。

以广西壮族自治区百色市那坡至平孟口岸高速公路为例，在项目终点路段，受到走廊带的制约，路线不可避免地穿越者郎水源保护区并占用沿线永久基本农田，根据现场踏勘及纸上定线，拟定从一级水源区外东侧穿过的G 线方案和从一级水源区外西侧穿过的K 线方案进行比选（图9）。

图9 那坡至平孟口岸高速公路终点段方案对比

从技术经济指标分析，G 线方案路线里程短，隧道规模小，造价低，均优于K 线方案；从对生态环境的影响进行分析，K 线方案以特长隧道形式穿越者郎二级水源保护区， 对水源保护区的影响较小，优于G 线方案； 从永久基本农田占用情况分析，K线方案由于采用特长隧道，几乎不占用沿线永久基本农田并且总占地面积也较小， 优于G 线方案，如表6 所示。 虽然G 线方案较经济，但考虑到K 线方案对“三区三线”干扰和占用较小，更符合国土空间规划，最终推荐采用K 线方案。

表6 那坡至平孟口岸高速公路终点段方案对比

3 结语

我国的山区高速公路的建设受到多种因素的影响和限制，除了设计因素外，施工方式、后期运营模式都会影响到整个项目的质量和运营周期，但设计尤其是路线设计仍然是山区高速公路建设中最为重要的环节。 因此在路线设计过程中，应注重统筹兼顾，充分权衡利弊，不断调整和优化路线方案，进行方案对比，进一步分析不同地质与地形条件对方案的影响，从设计初期就要考虑尽可能减少工程建设对环境的破坏，并在符合国土空间规划体系的框架下，选出最终经济合理的路线方案。