山区高速公路路线方案选择

王添荣

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032）

引言

高速公路的建设过程是公路融入环境系统的动态过程。路线方案的选择包括确定路线基本走向、路线走廊带、路线方案至选定线位［1］。在满足公路行业规范及功能要求前提下，使公路协调融入自然、人文环境，需要路线选线时综合考虑系统内部各种关系以及外部环境系统各种限制因素。

1 山区高速公路选线特点和选线原则

1.1 山区高速公路选线特点

（1）矛盾特殊性。山区高速公路线位受平面障碍影响，常以沿河沿沟线、跃岭线、山脊线为主。但路线选线更大的障碍由高程控制，其主要矛盾通常在纵断面设计方面。选线需要有意识的根据地形变化展线以克服预定高差。（2）环境复杂性。山区地形的形成需要复杂的地质构造运动，不仅造成剧烈的高差变化，还使得不同段落的路线面临不同的地形单元、地层岩性、构造体系、区域小气候等。这些因素沿着路线变化频繁，各路段路线方案论证的主要因素要区别对待。（3）反复优选性。高速公路选线前期工作分阶段推进，山区高速公路沿线环境条件复杂，设计人员对项目的认识是一个逐步深入的过程，决定了路线选线不可能一蹴而就，是一个反复修改和不断优化的过程。

1.2 山区高速公路选线原则

（1）服从国家、省级高速公路规划网，考虑地方发展规划和社会经济发展条件。（2）路线起终点、中间控制点，应根据规划和公路功能合理确定。主控制点决定路线基本走向，次要控制点服从路线走向。（3）严格控制纵断面设计，尽量避免连续长大纵坡，追求平纵面设计的均衡和连续。连续长大下坡路段，中上部线形指标可适当降低，控制车辆运行速度。（4）为了避免大量的高填深挖，减少对自然环境的冲击，应当灵活运用技术指标，结合地形地质，合理设置桥梁隧道等构造物。（5）沿线的地质调查、勘察要适度超前，及早避开严重的不良地质段落。（6）路线方案比选工作深度要足，减少方案遗漏，对可能的路线方案全方位优化、比选。

2 山区高速公路选线步骤

高速公路选线是项目前期工作非常关键的内容，渗透在公路前期工作的全过程，可以分为走廊带选择、段落方案比较和局部段落优化三个主要阶段。（1）走廊带选择主要在项目可行性研究阶段解决，选定走廊带并做工程建设规模研究。（2）方案比较是路线选线工作量最大，研究深度较深的阶段，是得出最优线位的关键，主要用于可行性研究和初步设计阶段。（3）局部段落优化，是施工图阶段路线设计的主要内容，优化线位具体技术指标，得出“安全、环保、舒适、和谐、经济”的路线方案。

路线方案选择随着工作深度和阶段的不断深入，其研究范围逐渐由大到小，研究深度由浅到深，工作重心由宏观到微观。前一阶段是后一阶段的基础，后一阶段是前一阶段的验证。高速公路前期工作的各阶段均不可或缺，每一阶段都必须达到其工作深度和研究质量，才能减少返工。不遵照常规研究步骤，前阶段研究深度不足，会使问题在后阶段集中爆发，总体上增加前期研究成本和工期，可谓欲速则不达。

3 山区高速公路选线方法

3.1 地形选线

山岭区地形复杂，山峰与沟谷高差大，区域水系清晰，为山区地形选线指明了方向，只能按需要顺水沿沟布线，或者横穿山岭。顺水沿沟线位根据山体位置的不同，可以选沟谷线，山腰线，山脊线。三种线位所面对的是不同的地形特征和地质条件，在路线方案研究时要解决的主要问题也不尽相同。

地形选线应注意关键因素：（1）纵面坡度要用足，争取高程，不可无谓的展长线路，增大里程。特别是当路线跨越分水岭等高程障碍时，若按直线方向定线，通常会不能达到预定高度，或者有过大的桥隧规模，这种情况尤其需要用足平均坡度沿地形展线。（2）要辩证处理纵面用足坡度的问题。在路线较长距离内，持续用足纵坡可能产生长大纵坡路段，对后期公路运营带来困难。这种情况下，条件允许时结合地形地质条件，在纵坡设计上要适当留有余地。（3）路线展线过程中，一般不宜采用反向坡度，不利于克服高程困难，造成路线里程的增长。（4）路线展线应该先控制困难路段，再向条件简单地段连接。通常山体的高位地形困难，展线空间不足，故可以从预定隧道洞口，或深挖方段起点开始，沿山体向下展线。

3.2 地质选线

长期以来，高速公路选线都是以地形选线为主，常常在选线初期没有充分考虑沿线的一些区域性地质问题，对地质灾害隐患，以及在工程影响下地灾发展规律缺少充分的认识，导致前期预判不足，后期被迫处理不良地质病害，增大投资规模。路线设计之前，要先对走廊带做地质调查及资料收集，结合初步地质资料选线后，再评价其地质方面优缺点。

地质选线应注意：（1）路线应避免平行于区域大型断层，远离发震断裂带。区域性的正断层和逆断层会使岩体张拉或挤压，造成岩体完整性差，风化程度高，并伴有丰富地下水活动，对边坡和桥隧稳定性带来不良影响。当必须平行断层设置线位时，应在断层带较窄部位通过，且线位宜布设在断裂的下盘［2］，利于公路工程抗震。（2）隧道在褶皱地层应尽量避免在褶皱核部通过。背斜与向斜是褶皱的两种基本形态。背斜核部呈拱形结构，具有一定承载能力，隧道洞顶不易掉落岩块，但围岩完整性很差；向斜核部为倒拱形，张裂隙切割的石块容易从拱顶垮落，且向斜核部常有承压水储存，发生涌水对隧道建设不利。若必须修建隧道，宜选择在褶皱的两翼。（3）大型滑坡、崩塌岩堆、采空区、泥石流等不良地质段落，处置难度大。故对大型不良地质区域要早识别早避让。对中型、小型的不良地质区域，可对治理方案和改线方案做技术经济比选。（4）对于大规模的特殊性岩土，如深厚的大范围软土、强烈发育湿陷性黄土、中及强膨胀土等区域，一般也是尽量避让更为经济。（5）隧道作为深埋于地层的条带状结构物，对地质情况变化最为敏感。需要查明高地应力区、岩溶区、富水地层、瓦斯地层、断层破碎带等地质情况的勘察费用大、周期长，所以选线时应尽早避让。

3.3 安全选线

在设计中对路线进行安全性评价，可以预防或减少运营期交通事故的发生。安全选线主要是线形设计过程中采用步骤：（1）以设计速度为依据，采用相应技术标准，确定平曲线各单元一般最小值，坡度和竖曲线最低技术指标，确定横向力系数取值。（2）利用路线设计软件，进行道路平纵面设计，注意平纵协调及环境配合，检查相邻单曲线参数间的关系，使其满足路线规范提出的安全条件。（3）计算路线的运行速度，即V85 值，并对运行速度的协调性进行评价［3］，如安全性不达要求则需修改设计。（4）基于运行速度，计算停车视距，超高值，计算典型车辆的行驶稳定性。核查出有长大下坡情况，应该优化线形并采取必要的安全措施。（5）总体检查或模型检查，核实路线三维空间，检查其安全性，进一步明确邻岸邻崖，积水积雪，团雾横风，易发生交通事故次生灾害路段的安全风险并采取应对措施。

3.4 生态选线

将保护生态环境作为一项控制指标，在高速公路选线时，就要主观上考虑环保问题。遵循生态保护红线由生态功能红线、环境质量红线和资源利用红线构成的基本思路，严格按照优化开发、重点开发、限制开发、禁止开发的主体功能定位，根据沿线不同的生态区域调整路线走向和线形。公路建设的环保工作变的更加复杂，从生态和环保方面研究路线方案成为必须进行的工作内容，生态选线可以按照四个步骤执行：（1）掌握公路所在区域的生态环境区划。作为路线环保设计的第一步，确定的研究区域要满足方案研究和环境评价的要求，仅仅研究路线走廊带范围是远远不够的，公路所在市县的所有生态红线管控区域都应该纳入研究范围。（2）路线的全局性地图应囊括生态红线各项专题，如自然保护区、风景名胜区、泉域等水资源保护区、矿产资源、森林湿地地质等各类公园。以此专题地图为依据，确定、描述和评价公路与环境的关系及对环境影响方式，对公路建设期和运营期的影响应当全过程评价。该项工作需要专业的环境科学知识，评价应由公路设计人员牵头，多学科的专家协作完成。（3）对可选方案沿线不同环境要素，按不同的影响权重给与不同颜色或阴影深度，将各种环境敏感区域在地形图上叠加，即可得到环境影响复合地图。据此可以避开生态最为敏感的区域，利于设计人员寻找到对环境影响最小的路线廊带。（4）在选择出的生态环境影响最小走廊带内，结合地形地质设计可行的路线方案，对各条可选方案的优缺点进行评估，统筹方案经济性、安全性、环境协调性，得出路线最佳方案。

4 山区高速公路智能选线

智能化的选线方法已经开始用于公路选线实践，旷达系统可以在用户设定的各种限制条件下，利用计算机系统快速产生优化路线方案，使用流程见图1。

图1 旷达系统智能选线流程

该系统采用数字地面模型，可以加入各种限制条件（地质、保护区、线形指标、环境敏感区、安全因素、交叉净空、经济指标等）。系统在选线过程中不会遗漏任何影响因素，还可通过旷达敏感性分析，较精确地比选各走廊带综合价值。系统经过迭代优化运算，可以为用户生成一系列的优化路线方案。每条路线都可以提供主要工程量及费用，供设计人员比选。同时，该系统还可输出各种报表、方案图、三位动态漫游等成果，方便对业主及咨询人员介绍和解释。

智能选线系统的优势：（1）不会遗漏重要的走廊带，有利于寻找最有价值路线方案，避免重复工作。（2）能够全面综合考虑地形、地质、工程、经济、环境和社会因素等选线限制条件，通过敏感性加权计算使决策更清晰。（3）效率大大高于人工优化。通过迭代计算，可以在短时间内逼近最优方案。（4）更加直观、科学地展示各方案的优缺点，使咨询专家、项目决策者清晰了解研究过程及推荐方案逻辑。

5 结语

山区高速公路选线工作，需要综合考虑地形、地质、安全、环保等各种因素，分阶段、逐步推进工作，从区域到走廊带，从走廊带到线位。选线工作内容也是从粗到细，从总体到局部，有步骤的从多条线位中比选出最优方案。传统的选线工作主要为人工决策，更多的依靠设计人员经验。随着智能化路线方案决策系统的发展，公路选线方案必然会更全面、比选依据更量化、推荐方案唯一性更明确，选线工作效率及准确性得到极大提高。