公路总体设计的地质选线思路、原则与方法

龚诗照，谌育雄

（1.湖南大学设计研究院有限公司，湖南 长沙 410000；2.中机国际工程设计研究院有限责任公司，湖南 长沙 410000）

0 引言

公路选线是指在确定公路起点、终点和中间控制点的基础上，根据公路的功能和技术等级，综合考虑自然条件、工程地质、水文地质、社会经济等多方面因素，采用科学合理的思路、原则和方法，寻求最优路线方案的过程。公路选线是公路总体设计的重要内容，直接影响着公路的技术标准、工程造价、运营效益和环境影响。因此，在公路选线过程中，工程师应充分发挥自身的创造性和综合能力，遵循科学性和艺术性相结合的原则，以达到经济合理、安全可靠、美观协调、环境友好的目的。

1 公路选线基本思路

公路选线的基本思路是指在公路选线的过程中所应遵循的一般原则和方法，以及应注意的重点和难点。公路选线的基本思路可以概括为以下几点：

1.1 以功能为导向

根据公路的功能需求和技术等级，确定公路的走向、长度、平面线形、纵断面形式、车道数等基本参数，并作为选线的依据和约束。第一，公路的功能需求和技术等级是影响公路选线的首要因素，其决定了公路的服务水平、运输能力、行车速度、安全性能等指标。第二，公路的走向应符合交通网络规划和区域发展目标，满足交通需求和社会效益。第三，公路的长度应尽量缩短，以降低工程造价和运营成本，提高投资效益。第四，应根据地形条件和视觉效果，合理选择直线、圆曲线、缓和曲线等公路的平面线形，以保证行车舒适度和安全性。第五，应根据地形高差和水文条件，合理选择坡度、竖曲线、桥涵等公路纵断面形式，以保证行车安全性和排水性。第六，应根据交通量和服务水平，合理确定单向或双向车道数，以保证运输能力和通行效率[1]。

1.2 以地形为依托

充分利用自然地形的有利条件，尽量避免或减少对自然地形的改变，使公路与地形相适应，以达到节约土石方、降低工程造价、提高行车舒适度和安全性的目的。自然地形是影响公路选线的重要因素，其决定公路平面线形和纵断面形式的可行性和合理性。在平原地区，地形较为平坦开阔，可采用直线或大半径圆曲线为主要元素，使公路走向简洁明快，以此提高行车速度。在山区地区，地形较为复杂多变，可采用小半径圆曲线或多圆复曲线为主要元素，使公路走向能够顺应山势变化，同时降低填挖方量。在河谷地区，地形受河流影响较大，可采用沿河或越河为主要方式，使公路走向适应水文条件，从而减少桥涵工程量。

1.3 加强地质控制

应重视工程地质和水文地质对公路结构稳定性和行车安全的影响，尽量绕开或缩小不良地质区域的穿越范围，并采取必要的工程措施，以防止或减轻滑坡、崩塌、泥石流等灾害。工程地质和水文地质是影响公路选线的关键因素，其决定了公路的地基承载力、抗滑稳定性、排水性能等指标。公路选线应尽量避让或减少在软土、泥沼、沙漠等区域的穿越，以免造成路基沉降、变形、破坏等问题；尽量绕开或缩小在滑坡、崩塌、泥石流等区域的穿越，以免造成路基破坏、堵塞、冲毁等问题；尽量避开或远离地震、断层、岩溶等区域，以免造成路基裂缝、塌陷、涌水等问题。

1.4 加大环保力度

应尽量减少对自然资源和生态系统的破坏和污染，尊重自然景观和人文环境，使公路与周围环境形成良好的视觉效果和空间关系，以此促进区域经济社会发展和人民生活水平的提高。环境保护是影响公路选线的重要因素，其决定了公路的社会效益和可持续发展性。公路选线应尽量减少对农田、林地、草地等地区的占用或切割，以免造成土地资源浪费和生态系统破坏；尽量保持或突出风景名胜、历史文化、民族风情等地区的特色和风貌，以免造成景观资源损失和文化遗产破坏；尽量减少对业区、城镇区、居民区等地区的干扰或污染，以免造成噪声、废气、废水等环境问题[2]。

2 公路选线一般原则

2.1 比选原则

在公路选线过程中，应采用多方案设计、多角度评价、多层次论证的方法，对各个方案进行比较选择，选出最优的方案，并对其进行优化调整。

首先，多方案设计是指在确定公路起点、终点和中间控制点的基础上，根据公路技术标准和设计规范，综合考虑各种因素，采用合适的方法，设计出若干个可行的路线方案，并进行初步评价。

其次，多角度评价是指对各个路线方案进行深入且细致的比较分析，从技术、经济、安全、美观、环境等方面，采用定性和定量的方法，确定各个方案的优劣和差异。

最后，多层次论证是指对最优路线方案进行全面、系统的论证，采用科学的方法和手段，验证其技术可行性、经济合理性、安全可靠性、美观协调性、环境友好性等，并在此基础上提出改进意见和建议。

2.2 安全性原则

应在确保道路稳固与驾驶安全的基础上，选择最优道路设计。对于存在明显工程地质风险或其他潜在安全问题的区域，应采取必要的安全措施[3]。工程地质风险可能是由于地质状态欠佳或人为因素导致的滑坡、塌陷、泥石流等事件，可能对道路的稳定性和驾驶安全构成重大风险。其他的潜在威胁，如由自然灾害或人为行为导致的地震、洪涝、火灾等，也可能对道路的完整性和安全驾驶造成影响。因此，进行道路规划时，需深入考虑这些风险，并实施如规避高风险地带、加强地质调查、建立防护措施或预警系统等手段。

2.3 均衡性原则

均衡原则是公路选线的核心原则，其体现了公路选线的合理性和经济性。因此，在公路选线过程中，应充分考虑公路技术标准与工程造价、运营效益与环境影响等对立因素之间的平衡关系，并基于此找出最佳折中方案。

首先，公路技术标准是指公路设计中所遵循的技术规范和要求，包括平面线形、纵断面形式、路基宽度、路面结构、桥梁隧道等方面，公路技术标准直接影响公路的服务水平、运输能力、行车速度、安全性能等指标。

其次，工程造价是指公路建设中所需的资金投入，包括土石方工程、路基工程、路面工程、桥梁工程、隧道工程等，工程造价直接影响公路的投资效益和回收期。

再次，运营效益是指公路运营中所产生的经济收益，包括通行费收入、运输成本节省、时间价值提高等，运营效益直接影响公路工程的经济效益和社会效益。

最后，环境影响是指公路建设和运营对自然资源、生态系统的破坏与污染等问题，包括土地资源损失、生态系统破坏、噪声污染、废气污染、废水污染等，环境影响会直接影响公路的环境效益和可持续发展。

综上，在公路选线过程中，应在满足公路功能需求和技术要求的前提下，综合考虑这些因素，选出一条最优的路线方案，实现经济合理、安全可靠、美观协调、环境友好。

2.4 协调性原则

协调原则是公路选线的重要原则，其能够体现公路选线的美学性和人文性。因此，在公路选线过程中，应注意公路内部各要素之间的协调关系，如平面线形与纵断面形式、路基宽度与路面结构、桥梁与隧道等，使公路风格统一和谐。同时，应注意公路与外部环境之间的协调关系，如公路与交通网络、公路与自然景观、公路与人文环境等，使公路与周围环境相融合。

首先，平面线形与纵断面形式是指公路在平面和竖直方向上的几何形状，包括直线、圆曲线、缓和曲线、坡度、竖曲线等元素，平面线形与纵断面形式直接影响公路行车舒适度和安全性。因此，在公路选线过程中，应根据地形条件和视觉效果，合理选择平面线形和纵断面形式，并使之相互协调，避免出现过于复杂或突兀的变化。

其次，路基宽度与路面结构是指公路在横向上的尺寸和构造，包括车道数、车道宽度、硬化方式、排水设施等元素，路基宽度与路面结构直接影响公路的运输能力和排水性能。在公路选线过程中，应根据交通量和服务水平，合理确定车道数和车道宽度，并根据地质条件和气候条件，合理选择硬化方式和排水设施，并使之相互协调，避免出现过窄或过宽的情况。

最后，桥梁与隧道是指公路在特殊地段或障碍物处采用的跨越或穿越方式，包括桥型、桥长、桥宽、隧型、隧长、隧宽等元素，桥梁与隧道直接影响公路的通行性能和工程造价。因此，在公路选线过程中，应根据地形条件和经济条件，合理选择桥梁与隧道的方式和参数，并确保其能够与公路平面线形和纵断面形式相协调，避免出现过于陡峭或曲折的情况。此外，桥梁与隧道的协调性还体现在美观性方面，因此应尽量保持或突出桥梁与隧道的特色和风格，使之与周围环境相协调[4]。

2.5 以用户为中心

应根据公路的使用者和受益者的需求和期望，确定公路的服务对象、服务水平、服务内容等基本要素，并以其作为选线的导向和目标。公路的使用者和受益者是影响公路选线的重要因素，其决定了公路的社会效益和用户满意度。公路的服务对象应包括不同类型、不同规模、不同方向的交通流量，如客运量、货运量、旅游量等，应根据其特点和需求，提供相应的服务设施和措施，如停车场、加油站、服务区、景观点等。公路的服务水平应符合公路的技术等级和功能定位，如设计速度、通行能力、舒适度、安全度等，需要根据其变化和发展及时进行调整和改善。公路的服务内容应涵盖公路建设、运营、维护、管理等各个方面，应根据用户的反馈和评价，不断改进服务模式，提高服务质量和效率。

3 公路选线常用方法

公路选线方法是指在公路选线过程中，应采用的一些技术手段和工具，以便更好地完成全面布局、逐段安排和具体定线三个步骤，进而选出最优的路线方案，并进行优化调整。公路选线常用方法如下：

3.1 视察法

利用人的视觉、听觉、嗅觉等感官，直接观察、感受和判断路线通过地区的地形、地质、水文、气候、植被、人文等自然和社会条件，初步确定路线的走向、控制点和难点，并进行初步评价。视察法是公路选线中最基本同时也是最重要的方法，是其他方法的基础和补充，也是最能体现设计者主观能动性和创造力的方法。该方法一般在全面布局阶段采用，也可在逐段安排和具体定线阶段用于补充和修正其他方法。

3.2 地形图法

利用比例尺较大（一般为1∶10000～1∶50000）的地形图，根据图上所反映的地形、地物、水系等信息，按照公路技术标准和设计规范，绘制出若干个可行的路线方案，并进行初步评价。地形图法是公路选线中最常用也最有效的方法，可以比较全面地反映路线通过地区的自然条件，也可以比较直观地进行方案比较和优化。地形图法一般在全面布局和逐段安排阶段进行，也可在具体定线阶段进行修正和调整。

3.3 直接定线法

利用比例尺较小（一般为1∶500～1∶2000）的详细测量图或实地测量数据，根据公路技术标准和设计规范，直接在图上或现场确定公路中线的位置，并进行精确计算。直接定线法是公路选线中最精确也是最复杂的方法，可以最终确定公路中线的几何形状和尺寸参数，也可以最大限度地考虑各种因素的影响。直接定线法一般在具体定线阶段进行，也可在逐段安排或阶段进行部分应用[5]。

3.4 数字化法

利用计算机技术和数字化工具，将地形图、地质图、拟选路线平面图等图件资料进行数字化处理，建立不同因素之间的空间关系模型，并运用数学模型和优化算法，对各个路线方案进行深入、细致的分析比较，以得出最优或次优方案。数字化法是公路选线中最先进也是最高效的方法，其可以大幅度提高公路选线的科学性和客观性，也可以大幅度节省公路选线的时间和成本。数字化法一般在逐段安排和具体定线阶段采用，也可在全面布局阶段作为辅助手段。

4 结语

公路选线是公路总体设计的重要内容，直接影响公路工程的技术性、经济性、环境性等各方面指标。在选线过程中，应遵循以功能为导向、以地形为依托、加强地质控制、加大环境保护力度等基本思路，坚持将比选、安全、均衡、协调、以用户为中心作为基本原则，并采用视察法、地形图法、直接定线法、数字化法等技术手段，综合考虑各方面因素，设计并比较多套方案，最终选出既安全又经济且对环境影响较小的最优方案，保证公路建设质量与效益，为民众提供安全、舒适、可靠的出行条件。