山区高速公路复杂路段路线方案比选优化

王京力

（河北省交通规划设计院，河北石家庄 050000）

0 引言

山区高速公路沿线具有山高、坡陡、沟深、地质情况复杂等特点，导致公路建设过程中面临诸多难题与挑战。为有效解决山区高速公路造价高、地质灾害多、环保压力大等一系列问题，在项目前期工作中应重点做好路线方案比选工作，从而保证高速公路总体方案的合理性和经济性。因此，为实现山区高速公路“安全、便捷、高效、绿色、经济”的建设目标，应加强对山区高速公路复杂路段路线方案的比选与优化工作。

1 项目概况

太行山高速公路位于河北省西部山区，为《京津冀协同发展交通一体化规划》重点项目，是穿越太行山集中连片特困地区的高速公路，项目定位为“扶贫路、致富路、旅游路、发展路”。太行山高速邯郸段北起武安市矿山镇，与太行山高速邢台段相接，向南经武安市、涉县，止于涉县合漳乡邰家口村东冀豫界，终点以桥梁跨越漳河，与河南省林桐高速相接。项目建设对便捷山区群众交通出行、带动太行山区脱贫致富具有重要意义。项目采用双向四车道高速公路标准，设计速度80km/h，路基宽度24.5m，路线全长68.7km，共设置特大、大桥38 座，特长隧道1 座、中短隧道5 座，桥隧占比35%，另设置互通式立交6座，服务区2处，停车区1处。该项目于2016年开工建设，2019年底建成通车。由于项目沿线均为山区，为有效提升方案质量，降低工程投资，对该项目复杂路段路线方案的比选优化进行分析。

2 路线布设原则

（1）路线布设遵循“安全、便捷、高效、绿色、经济”理念，坚持高质量发展，坚持全寿命周期成本。路线方案是否合理不单纯是路线专业本身的事情，而是总体方案的一部分。因此在路线布设时要紧紧把握总体设计要求，注重路线与路基、桥梁、隧道、互通立交等专业的协调。

（2）路线布设应灵活运用技术指标，做到“顺势而为”，与地形地貌相适应，避免对生态环境造成破坏。在路线方案选定时，应将桥梁、隧道、互通立交等作为路线方案的主要控制点，把握好“路服从桥（隧）”和“桥（隧）服从路”的辩证关系；针对桥梁段，应充分考虑桥梁结构选型的经济性和跨越沟谷的墩台位置，使桥梁方案更趋合理；针对隧道段，重点考虑隧道洞口位置的选择，避免浅埋、偏压及不良地质对隧道的影响；针对互通立交段，应考虑主线线形要求，合理确定互通形式。

（3）路线布设应坚持“少占耕地、少拆迁”原则。山区耕地资源宝贵，村庄分布相对分散，高速公路压占耕地、房屋后往往难以另行选址安置。因此，路线布设要尽量避让耕地和房屋拆迁，在满足总体走向以及地方政府要求的前提下，开展精细化设计，拟定的方案应考虑降低施工难度，减少对沿线居民生产、生活的影响，实现公路建设与自然环境、人文环境的和谐统一[3]。

3 路线选线理念

3.1 标准选线

山区高速公路路线选线，应根据上一阶段确定的技术标准，灵活运用线形指标。应针对规范要求的平、纵面指标深入研究，区分主次，具体设计中灵活运用，在保证安全和使用功能的前提下，尽量减小工程规模，降低工程造价。路线线形指标可按照主要、次要指标划分，主要指标涉及安全的应严格执行或从严掌握，次要指标一般是在满足安全的基础上，从美学等角度提出的，在一般情况下也应尽量遵守，但在受限路段增大指标付出较大代价时，则可采用极限值。

3.2 地形选线

山区地形复杂，沟壑纵横，气候环境多变，为更好地适应地形变化的特点，在路线选线中应遵循地形选线的理念，以减少对自然环境的影响。对于地形选线理念，主要是充分结合地形条件进行路线设计，如针对复杂路段可采用“半路+”设计方案，如“半路+半桥”、“半路+半隧”、“半路+棚洞”等，从而实现公路的傍山穿行，同时有效保护区域环境。在选择桥位时，应尽量利用地形、地质条件较好的河岸，尽量避开不良地质；此外，在路线设计中还要根据地形、工程地质和水文地质等因素，综合选取隧道洞门位置，在确保隧道建设条件的同时降低工程造价[4]。

3.3 地质选线

山区除地形复杂外，地质条件往往也比较复杂。常见的不良地质有滑坡、崩塌、顺层边坡、不稳定斜坡、泥石流、岩溶、采空区等，特殊性岩土主要有湿陷性黄土、软土、膨胀岩等。地质构造方面，活动断裂对于路线方案制约较大，而针对隧道路段，构造向斜也会对隧道施工及运营产生不利影响。山区高速公路路线的选择，往往受到不良地质的影响，这就要求在路线选线过程中，及时查明不良地质分布，有条件时首选避让，若难以避让必须穿越时，应做好相应的处理措施。

3.4 安全选线

山区气候变化无常，本项目位于河北省西南部山区，该区域夏季常见集中性暴雨，冬季易积雪结冰，这些不利环境因素对高速公路的建设和运营安全影响较大。除气象条件影响外，沿线地势高差也会对高速公路的运营产生影响。因此，在开展前期设计时应遵循安全选线的理念，如遇特殊地形高差较大时，应进行多方案比选，通过迂回展线增加路线里程，降低路段平均纵坡。此外，在设计中还应采用运行速度理论检查全线的平纵面线形，针对运行速度差较大、平纵配合不利、隧道洞门条件差等路段进行有针对性的优化。

3.5 造价选线

结合以往项目经济指标及本项目单价、运距等情况，在路线选线之初计算出路堤与桥梁、路堑与隧道、桥梁与隧道的造价指标临界值，从造价角度指导路线方案的选定。深入研究桥梁与路基、隧道与桥梁、隧道与路基等工程方案的比选，在保证安全的前提下，优选经济合理的工程方案；力求“土石方区间平衡”，以此核查路线平纵设计，将路基借、弃方工程造价降至最低。

4 方案比选实例

本文以项目关防沟路段位置，对路线方案比选优化情况进行介绍。涉县关防沟路段山体植被茂密，沟底水量充沛，自然环境较好，此路段选线应重点考虑减少对环境的影响。另外，由于纵面存在连续下坡，路线方案的选择应考虑连续下坡路段的纵面指标。

结合地形、地质情况，对该路段制约因素进行分析。东坡隧道出口至K52段，路线在关防沟西侧山坡或沟内布线，其山坡自然地面坡度较陡，适合路基填方的路段不多，宜采用或桥梁或隧道的形式，且K44—K52 段桥隧比达80%，路基段挖方难以利用，挖方量基本等于弃方量[8]，其次K45—K48 路段是传统民居文化片区，根据地方政府要求，要尽量不拆迁民房、少占地、不开挖山体、对景区少干扰，K41—K45 虽不是核心景区，但该路段与传统民居文化片区相互连接，根据地方政府要求也应减少该路段的拆迁。

根据上述特点分析，设计阶段在完成多个路线方案基础上，经筛选后形成两个方案进行比选。其中，K 线方案长约9km，路线起自西坡村，在西坡至江家村段沿关防沟西侧山上布线，江家村之后受地形制约，路线沿关防沟底布设；D 线方案整体高程高于K线，其路线基本沿关防沟西侧布线，西坡至江家村段路线平面与K 线基本一致，但纵断面高程较高，在江家村之后路线转向西侧，为再次减少对关防沟的交叉，路线于大洼村西南设置顺河桥和隧道。两方案具体对比见图1～3：

图1 路线方案平面图

图2 K线方案纵断面示意图

图3 D线方案纵断面示意图

纵面指标方面，两方案均存在连续长陡下坡，K 线K44+750—K48+300 段存在连续长陡下坡，连续3.55km平均纵坡为2.95%；D 线路线高程整体较高，K44+750—K47+800 段存在连续长陡下坡，连续3.05km 平均纵坡为3.0%，两方案纵面指标基本相当。

建设条件方面，K49+650—K49+750右侧为泥石流、崩塌沟谷，K 线在沟口采用桥梁跨越，以隧道避让崩塌段落，D 线在泥石流沟内采用桥梁跨越，隧道洞口位于崩塌段落，且有两段临崖，高差达90m，施工便道设置规模大，对山体破坏大。相比之下，K线优于D线。

弃方数量方面，D 线深挖边坡高达84m，为全线最高；弃方数量较K线多52万方。

关防沟影响方面，K 线较D 线多交叉2 次，但在关防沟河道内的桥梁长度分别为310m 和270m，对关防沟的影响基本相当；同时该交叉位置在涉县拟打造的景区范围之外。

规模及造价方面，K 线建安费10.11 亿元，拆迁房屋7 550m2，总造价11.07 亿元；D 线建安费11.11 亿元，拆迁房屋9670m2，总造价12.25 亿元。两方案相对，K线拆迁少，造价低。表1为路线方案比较。

表1 路线方案比较

经综合比选论证，设计中推荐采用K线方案，整体工程造价降低1.18亿元。

5 结语

在高速公路前期工作中，做好路线方案的比选优化工作，对于降低工程造价、减少施工难度、提高运营效益等至关重要。高速公路路线主要是由平面、纵断面、横断面等线形立体空间组成，除了线形设计之外，路线方案还与路基、桥梁、隧道等总体方案休戚相关。对于山区复杂路段路线方案的选择，设计人员应提高对项目的整体把控，充分了解项目背景，梳理出项目特点、重点、难点，有针对性地提出对策措施。在路线方案研究时，贯彻标准选线、地形选线、地质选线、安全选线、造价选线等理念，对周边制约因素作深入调查，不放弃任何可行方案，不遗漏有价值的方案，确保路线方案研究和比选深度满足相关要求，最终选择综合占优的路线方案，以提升设计质量，降低工程投资。