探讨某山区二级公路工可阶段路线方案设计比选

汪明松

（贵州省公路勘察设计院有限公司,贵州 贵阳 550081）

0 引言

公路工程可行性研究主要是对工程建设必要性、技术标准、线形规划、项目投资、经济及社会价值等实施系统性论证，科学选择最佳规划方案，并为工程决策提供依据[1]。而工可阶段推荐方案的选择是项目可行性研究的关键，应全面结合地形特征、地质环境、建设规划、资源保护等诸多因素进行选择，更加科学有效地为区域经济建设提供支持和帮助，在满足人们生产生活需要的前提下，有效降低工程规模、减少投资，最大限度获得经济和社会效益。

1 山区二级公路路线方案设计原则

山区二级公路对加强市县及乡镇经济、文化交流具有重要作用，是带动区域经济发展、文化融合的最基本交通运输形式[2]。近年来，针对贫困山区，我国相继实施了一系列帮扶政策，山区地带交通基础设施逐步完善，形成了二级公路为主的交通运输网络。但由于公路建设需占用大量的土地资源，且会对生态环境造成一定影响，因此，为保证山区公路建设的科学性、合理性、经济性，在进行具体设计时应遵循如下原则：

（1）满足交通网及土地资源使用规划：为保证经济、社会的协调发展，统筹规划今后经济发展形势，政府部门应结合当地经济发展具体状况，并全面考虑当地人们生活需要，建立科学有效的交通网及土地使用规划。项目初步设计在工可阶段，总体上应满足以上规划标准。

（2）符合公路设计规范：山区公路通常地势高、坡度大、地势险峻、地质条件复杂多变，经常出现坍塌、滑坡等自然灾害，公路设计时不可避免会出现连续陡坡、迂回盘旋等施工难题。为最大限度确保公路通行的安全性、稳定性、舒适性，保证公路设计的科学性、合理性，必须严格按照设计规范的相关标准合理布设线路[3]。

（3）符合生态环保要求：山区公路建设，势必要进行土石方开挖、填筑和废弃，对山区生态环境造成毁灭性破坏。因此，公路路线设计时，应始终秉持生态环保理念，尽可能远离自然生态环境保护区。结合山区地形特征科学设计公路路线，最大限度避免大规模土方作业，减少水土破坏对生态环境造成的不利影响，保持人与自然和谐相处的平衡局面。

（4）科学绕避房屋、矿区、农地资源：山区对人类文明的生存繁衍具有十分重要的作用，蕴藏着充足的森林、矿产、林地、水源等宝贵资源，大量的乡村依山而建，并逐步扩展[4]。但因山区环境复杂，农耕土地资源匮乏。因此山区公路在工可阶段线路方案设计前，必须对附近区域乡村建设规划、居民区、矿产资源开发区、农地资源保护区等实施现场勘查。详细了解其分布状况，应尽可能避开这部分区域，最大限度减少对山区稀缺资源的占用，确保公路路线规划设计的科学性。

2 山区二级公路路线方案设计要点

2.1 平面线形设计要点

通过实地调查，全面了解现场周边地形、地貌、水文、地质环境、自然及矿产资源分布情况，以确定道路基本线形走向。平面区域以时速不超过60 km实施控制，具体设计时平曲线采用超高值位于2%~4%的半径，针对偏角小、不受限部位应选择大于不设超高的最小半径值。而缓和曲线长则根据超高变化率（1/175~1/330）结合半径实际情况确定，回旋曲线指标A和半径R之比应符合标准要求。此外，还要全面考虑相邻平曲线之间半径的协调性，确保路线连续、均衡。

2.2 纵断面线形设计要点

山区二级公路沿线地势起伏较大，存在大量的桥涵等基础设施。纵断面线形设计时，必须科学控制桥梁高度和挖填方高度，全面考虑周边地形特征，最大限度保证公路线路坡度均匀、平缓，降低填挖高度，平稳过渡，确保填挖互补，尽量减少对耕地的占用和对环境的破坏。公路全线平缓坡度控制在2.5%，由于山区公路非机动通行较多，因此针对自由设计路段，其最大纵向坡度应按照4%竖曲线设计，尽量采取满足视觉效果的最小竖曲线半径，桥梁尽量采取缓坡设计。

2.3 平纵面组合设计要点

平纵面组合设计时，应统筹布局、仔细分析，防止将凸型、凹形竖曲线顶部和底部位置设计成反向圆拐点。在直线与圆曲线拐点位置，均不设竖曲线。各圆曲线仅设计一个变坡点，直形坡度区域、S形、卵形等曲线组合地段，通过驾驶员透视图，根据线路走向，绘制透视图，对驾驶员实施视觉检验，以实现安全、舒适的行车目标[5]。

2.4 确定路线关键控制节点

结合现场实际踏勘了解到的相关信息，确定山区公路线路设计重点所在，以便实施综合性控制。如自然保护区、乡村中心区、重要基础设施、地质灾害高发区等，公路路线规划时应合理绕避重要控制点。如重要交通设施下设桥涵，前期规划拟建公路连接区、耕地保护区预留区域等，在路线设计时应充分考虑连接控制。公路路线设计时，必须将重点控制项目标注在地图上，以便设计时参考。

2.5 筛选可能跨越的垭口

垭口主要位于山脊部位，是山区公路穿越山岭的重要地段，是克服公路高差最低的位置，因此该位置是山区公路线路设计的关键控制点。结合高程线总体分布状况，选择出不同的符合路线布局的垭口，按照各垭口具体位置，测量出各垭口克服高差具备的平面选线位置，计算出平均纵向坡度，并选择合理的线路。通过纵坡计算值与规范值的比较，确定布线合理性。若计算值低于规范值，表明路线设计较为保守，应根据初步设计方案进行完善；若计算值超过规范值，则需结合具体情况开辟新的展线位置，减小坡度[6]。如布线位置地质状况达不到要求，应重新选择垭口。

2.6 利用旧路优化路线

山区二级公路因建设环境复杂、交通量小，通常投资有限。设计时应尽可能选择建设难度小、工程量相对较少的布线位置，可通过利用原始旧路对路线进行优化。山区已有原始道路等级较低，大多数属于三、四级公路，且路线总体沿山势布设，垭口选用较为合理，其工程已初具规模，在此基础上进行科学合理的扩建，能有效减少工作量，降低施工难度[7]。局部位置由于路况较差，弯道半径不足，缺少必要的缓和曲线，道路弯道较多，因此必须统筹安全、经济等各方面进行调整，必要时应重新进行路线选择。

2.7 避绕其他影响资源

山区公路路线设计时，应统筹各方面要求，尽可能避开沿线其他非关键性控制点，如林地、小型坟场、备用水源地、低压电厂等，减少对自然环境的破坏[8]。

3 实例分析

3.1 项目概况

某省道山区二级公路工程全线长度约23 km，其关键控制点为龙头乡和庙神乡。该工程为省级路网规划的一部分，为加强区域经济、文化交流和实现道路互通而建。

3.2 项目技术指标

该公路工程地处山区、盆地过渡地段，是最具代表性的岩溶地貌发育区。工程区域内山高林密，沟壑纵横。工程起点庙神乡海拔170 m，终点龙头乡海拔200 m，全线穿越山岭路段海拔495 m，高差达295~325 m，地面坡度超过20°，是典型的山岭重丘地段(Ⅲ类)。根据工程区域地势复杂，路线布设难度较大的实际情况，为有效降低对原始地貌的大规模破坏，应减少对土地资源的占用，并最大限度实现服务乡镇建设、加强区域经济合作交流的目的。该山区公路工程交通等级为二级公路，设计车速40 km/h，路基宽8.5 m。

3.3 旧路情况

该山区公路工程建设区域内，运营中的原始道路等级为四级公路，路基宽6.5 m，全线包括县道X909、县道X910、乡道Y019公路，道路整体线形一般，少数原始道路局部位置存在连续回头弯，为纵向陡坡。通过现场实际勘察，建设区域内能够满足该工程下穿的分离式桥梁建设位置处于龙盘村和黄难村。因该工程无法避开高速公路，故两处下穿是路线控制的关键点，将路线分为南、北走廊带。

3.4 山区垭口情况

通过分析地形图发现，工程建设区域内垭口有三处：垭口1、垭口2、垭口3海拔高度依次为406 m、415 m、255 m，其中垭口1、垭口2位于北走廊带，垭口3位于南走廊带。垭口及关键点海拔高度如表1所示。

表1 垭口及关键点海拔高度一览表

3.5 路线方案设计

3.5.1 结合北走廊旧路及垭口状况，设计C线与E线方案

C线方案公路全线为越岭线，前半段为庙神至垭口1段，沿原始县道X909布设，应克服高差236 m，坡长10.4 km，纵向平均坡度2.27%，满足技术标准二级公路纵向平均坡度不超过5.5%的规定。后半段路线因垭口2至山脚平地位置需克服高差215 m，而坡长仅2.3 km，纵向平均坡度为9.35%超出标准规定，且垭口1至垭口2区域原始道路无法降低海拔高度。因此需进行重新布线，在垭口1位置展线下坡，顺山势及附近低垭口逐步降低海拔高度。通过自然展线，C线方案到达垭口2位置时，其海拔高度降低至320 m，此时路线布设至山脚平地位置只需克服高差120 m，纵向平均坡度为5.22%，符合标准要求。

E线方案公路全线同样为越岭线，前半段路线布设形式和C线方案相同，后半段则沿原始道路一直延续至垭口2。因垭口2至山脚平地位置高差较大，采取直接降坡难度较大，因此路线布设由对向山坡环绕展线，逐步降低海拔高度。通过展线设计，纵向平均坡度为5.03%，符合标准要求。

3.5.2 根据南走廊旧路及垭口情况，设计K线方案

K线方案前半段主要为沿河线，沿原始县道X910布设，原始道路线形良好，横穿永乐村、黄难村后直接跨越刁江；后半段则为越岭线，总体沿乡村道路布设，垭口3海拔高度为255 m，克服高差相对较小，纵向坡度布线相对富余，可以更加科学地利用原始路面高程，纵向平均坡度为3.67%，符合标准要求。

3.6 路线方案比选

通过三种路线方案比较，北走廊带C线方案通过海拔高度较低的垭口1直接降坡。和E线方案相比，其路线相对较短，各方面指标较为优良，工程量及土地占用少，且建设成本较低，因此，北走廊带推荐C线方案。而南走廊带K线方案大规模利用原始道路，经过垭口3区域海拔较低，路线最短，相比C线方案各方面优势更为突出，且工程量及土地占用少，且建设成本较低。经综合比较，最终决定路线整体布设推荐K线方案。三种方案技术经济指标对比情况如表2所示。

表2 C线、E线、K线方案的技术经济指标对比

4 结论

山区二级公路工可路线方案设计是逐步深入和完善的过程，要求设计人员全面结合地形、交通、人文、自然、环保等诸多因素，对路线方案实施综合性比选。初步设计时，应综合分析工程地质、周边环境、安全性指标，并对后期使用安全实施科学论证[9]。该文结合某山区二级公路工可路线方案设计案例，对各路线方案进行综合比选，确定了最佳的推荐方案，并分析了垭口选择、旧路利用在山区二级公路路线方案设计的作用，对山区二级公路路线选择具有重要意义。