生态选线理念在公路路线设计中应用分析

2023-06-05路璐

运输经理世界 2023年7期

路璐

（抚州赣东公路设计院有限公司，江西抚州 344000）

0 引言

公路的路线设计与自然环境有着紧密的联系，同时也会受到地质或地形条件的影响。公路建设在一定程度上会对环境造成破坏，基于生态理念的公路选线倡导建设绿色公路、创造绿色交通体系，以路线设计与自然环境相协调为主要设计原则，实现道路交通建设的良性发展。

1 生态选线理念下公路路线设计的原则

首先，遵循安全第一的原则。路线设计旨在为人们的出行提供便利，保障车辆行驶安全，所以生态选线理念下，安全是路线设计的关键要点，需保障驾驶人员人身安全，选线需以公路结构的安全与稳定为基础，实现公路施工的标准化，促进路线设计与自然生态环境的相互协调。其次，遵循可持续发展的原则。迎合生态发展理念进行路线设计，考虑道路沿线的自然条件与生态资源，根据城乡规划需要，调查区域内的耕地与林地资源现状，调整设计路线，避开生态保护区，避免公路建设对自然资源过多消耗。同时，还应减少征地拆迁，根据当地经济发展现状打造分离式或互通式的立交通道，避免公路建设给居民生活带来不便。最后，遵循环境保护的原则，这是生态选线设计的基本原则。路线设计应尽量避免对环境造成破坏，发挥自然环境的生态调节能力，顺应自然发展进行公路结构设计与线性设计，加强对沿线道路设施的合理规划，确保公路结构有效地融入生态环境[1]。

2 生态选线理念在公路路线设计中的应用

2.1 合理选用线形指标，确定公路等级

以实际工程为案例，某公路的设计速度是100km/h，道路路基宽度为26m，沿线范围内有高压线和建筑物等地物，沟道区域狭窄，道路两侧山体比较陡峭，路线的设计容易受到地形条件影响。对于道路的平面设计，在重视交通安全，兼顾工程投资的前提下，建议合理选用线形指标，尽可能地避免线形指标过高而大填大挖，因为大面积的道路基坑开挖与回填会破坏周围生态，影响环境的美观性。选择平曲线半径指标时，考虑曲线区域车辆行驶速度，保持相邻线形指标之间的均衡。科学安排标志线，合理布设避险车道，降低地形条件对路线设计的限制，防止路线范围内发生交通事故。圆曲线与直线相互连接时，道路的路拱横坡会产生变化，即超高变化，此时应在线路设计中合理设置超高过渡段。如果设计行车速度要求不小于60km/h，应在回旋线范围内设置过渡段，当回旋线长度较小时，超高渐变率将会增大，此时路拱横坡将会因变化过大而扭曲，给行车安全带来不利影响；回旋线如果过大，超高渐变率将会减小，路面排水有可能受到影响，所以建议将超高渐变段设置在缓和曲线范围内，相应计算公式如式（1）所示。

式（1）中：Ls为缓和曲线长度；B为超高旋转轴线到车道外侧的宽度，m；∆i为超高坡度和路拱横坡间的差异；p为超高渐变率，是旋转轴和车道外侧边缘线之间相对升降的比率。一般情况下，双车道行车速度为60km/h 时，超高渐变率为1/175，缓和曲线长度规范值为7m。

通常，公路等级的选择与确定是一项综合性工作，以保障路线设计效果为前提。公路等级提高的同时，行车速度和道路曲线半径指标也会作出相应调整，路基宽度扩大，土石方工程量增加，工程造价显著提升。如果山区公路等级为二级，路基与路面宽度分别为10m 和8.5m，土石方工程量为875.7 万m3，浆砌石防护工程量为41.4 万m3，则工程造价估算结果为16600 万元。当山区公路等级从二级变为三级时，路基与路面宽度分别为8.5m 和7.5m，土石方工程量为863.4 万m3，浆砌石防护工程量为30.2 万m3，工程造价估算结果为13900 万元。对比后发现二级与三级公路之间的造价价差达到了2700 万元。由此可见，公路等级降低，路基与路面宽度减小，相应技术指标也会下降，公路工程规模缩小，同时造价成本也会降低。对于公路等级的确定，应根据公路所需功能，兼顾自然环境与生态发展要求，按照规范完成路线的合理设计，保障在路线范围内的行车安全。

2.2 保护耕地资源

生态理念下强调路线选线必须加强对耕地资源的保护，尤其是对于山地区域，耕地资源就是最宝贵的资源。产量高的耕地多数处于平坦地区，这里同时也是修建公路的最佳地区，如何加强对路线的优化设计，同时兼顾对耕地的保护，是路线设计的关键。如果方案内存在较大区域的耕地，该方案将难以通过，后续必须对方案作出更改，重新规划路线走向。因此，从项目勘查设计阶段开始，就需要基于生态理念遵循保护耕地的原则，减少对农田的占用，加强对非耕地区域的利用，做好对荒山或废弃土地的开发。

2.3 科学规划服务区选址

服务区是公路沿线的重要设施，也是公路路线设计必须考虑的内容。从生态理念入手，服务区的规划应与自然环境相协调。经过实地考察后，结合路网、农用土地一级开发规划情况，从整体角度入手进行方案设计，规划服务区的选址。为了促进服务区建设与地域发展的统一，服务区建设应加强对荒地资源的利用，防止占用农田或生态红线，避免大范围征地拆迁，尽可能地减少造价投入。该项目在路线设计时，服务区的设置充分利用了河道滩涂等平缓地区，在达到防洪标准的前提下设置特色化开放式服务区，推动当地旅游业的发展。

2.4 优化地质选线，布设避险车道

路线设计阶段，必须加强对地质条件的细致勘查，将地质选线作为路线设计的重点，尤其是对于山区的路线设计，在定线之前勘查地质环境，评估区域内的地质灾害，为后续路线设计方案的筛选提供科学参考依据。该项目沿线包含了软土、岩溶、采空区、危岩体、山体滑坡等不良地质现象。经调查发现，当前地质选线中有3 座隧道需要穿过山体，且山体的顶部有着偏大的岩溶洼地，岩溶发育活跃，不适合在此处建设隧道。经过路线对比与优化设计，最终选择了路线避绕方案，从而降低了工程风险。此外，路线设计时需要考虑布设避险车道，车道可布设在直线段或较小曲率的曲线段，同时设置清晰的道路标识，入口处应保障车辆可以安全驶入，使车辆前轮进入制动坡床，且坡道长度能够消除汽车行驶动能。

2.5 优化环保选线

路线设计应尽可能地避免对原有自然景观与生态环境造成破坏，尤其要避开自然保护区，保护植物资源。公路施工结束后，应根据地质条件，遵照景观多样性及适地适树的原则补植本土植物，在道路沿线设置有层次感的生态环境。在边坡防护方案设计环节，应采取生态柔性防护方式，比如网格式或拱式防护方式，避免完全封闭防护，再结合当地野生动物的分布状态，了解其生活习性，为其提供专门的迁徙通道。

当路线需要穿越水源保护区时，应设置专门的径流收集系统，利用排水管将径流全部收集到一起并排入事故应急池。路基排水沟设置应采用连续式防渗边沟，当排水边沟遇到桥梁与隧道等建筑时，应合理设置出口，并在出口位置连接事故应急池，以便及时收集径流或废水。将事故应急池设计为平流自然沉淀池，按照区域内暴雨量强度的15min 雨量规划沉淀池尺寸。

2.6 优化地形选线，加强线形设计

2.6.1 优化地形选线

通常情况下，公路路线设计应与河流、山谷的走向保持一致，避免对地形造成切割或者阻断等影响。优化地形选线，在满足视距要求的同时，灵活组合直线与曲线路线，根据地势起伏变化进行线形设计，使驾驶员能够感受外界环境的变化，拓宽视野，放松心情，有利于营造更加舒适的行车氛围，帮助驾驶员缓解疲劳。

2.6.2 平面线形设计

（1）地形选线与地质选线相关联

常规路线设计中，一般会先确定路线走廊带。如果是山区公路，其沿线地形与地质情况比较复杂，此类区域的公路施工往往需要投入更多人力与物力，且工程建设资金较多。面对这一情况，有必要根据道路线形的实际情况优化选线流程，结合卫星遥感图像与地质勘查资料，安排人员对候选线路进行实地调查，根据地形条件筛选出最佳布线路径，再综合分析其地质条件，判断线路中有可能产生的地质灾害，探究此类灾害是否会对公路建设带来影响，以及应采用怎样的应对措施规避灾害[2]。

（2）以曲线为主进行平面线形设计

如果路线地形复杂，直线的道路设计会增加工程造价，甚至会破坏沿线生态平衡，所以在平面线形设计时应根据自然地形的走势选择曲线线形，使平面线形和沿线地形相适应。特别是对于跨越河流、山谷的路段，不宜使用长曲线。该项目中，设计人员在路线设计环节筛选出两种不同的平面线形方案，一种是直线线形，在施工时必须切除山梁，整体工程量大、造价高；另一种是曲线线形，与当前地形相吻合。两种方案具体情况如表1 所示。

表1 线路方案对比

为保障道路交通安全，路线应设计为缓和曲线（采用回旋线），道路曲率根据车辆行驶情况调整，缓和曲线最小长度根据行车速度决定，如表2 所示。

表2 缓和曲线最小长度

某公路项目全长为40.43km，路线为东西走向，平曲线路占58.7%，道路转角点为0.43 个/km，其中最大纵坡达2.5%，凸曲线与凹曲线的最小半径计算结果分别为15km 和30km。曲线最小长度可根据驾驶人员的反应时间来确定，通常驾驶员的反应时间为3s以上，车速越高，曲线也应越长，此时缓和曲线的长度计算如式（2）所示。式（2）中：Ls为道路缓和曲线的长度；V为设计行车速度，km/h；T为车辆在曲线路线中的最短行驶时间，s，在该方案中T=3s。按照式（2）计算得知道路缓和曲线的最小长度是50m，即Ls=50m。在不同的车速下，曲线的设计长度会有所不同，相应计算结果如表3所示。

表3 不同车速下缓和曲线长度计算结果

2.6.3 纵面线形设计

道路纵面线形设计方案必须根据河流、山谷纵坡情况，结合极限坡长与坡比，并模拟路线走向来确定。不宜将纵坡设计得过长，以保障车辆行驶安全。减少极限坡长，当纵坡坡度不足时应加强排水设施设计。加强对竖曲线半径的优化设计，防止路线设计受到地形的干扰，将小半径平曲线和竖曲线设计结合在一起，根据驾驶人员行车时的视距范围进行设计。缓和曲线长度与曲线半径（R）的关系应保持在R/3～R 范围内，以更好地满足驾驶人员的视觉要求[3]。