南方高海拔地区气象选线研究

摘 要：湖南省城步至龙胜（湘桂界）高速公路位于我国地势第二阶梯向第三阶梯的过渡地带，区域内山地逆温效应明显，沿线冰、雪、雨和雾等恶劣气候天气明显，气象灾害对路线方案影响大。在城龙高速选线中坚持安全设计原则，根据现场气象调查结果，提出气象选线。经优化调整后的线位可消除恶劣天气对桥隧相连路段行车安全的影响，确保项目平安百年品质。

关键词：高速公路；气候调查；气象选线；气象灾害；行车安全

中图分类号：U41 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2024）27-0127-05

Abstract： The highway from Chengbu to Longsheng （Hunan-Guangxi border） in Hunan Province is located in the transitional zone from the second ladder to the third ladder in China. The mountain inversion effect in the region is obvious， and the bad weather such as ice， snow， rain and fog along the line is obvious. Meteorological disasters have a great impact on the route plan. Adhering to the safety design principle in the route selection of Chengbu-Longsheng Highway， this paper puts forward the meteorological route selection according to the results of on-site meteorological investigation. The optimized and adjusted line position can eliminate the impact of bad weather on the traffic safety of the connecting sections of bridges and tunnels and can ensure the safety and quality of the project for a century.

Keywords： highway; climate survey; meteorological route selection; meteorological disaster; traffic safety

湖南省城步至龙胜（湘桂界）高速公路湖南段（以下简称“城龙高速”）为双向四车道高速公路，路线设计速度100 km/h。城龙高速全线位于城步苗族自治县内，隶属于湖南省邵阳市，位于湖南省西南部。受地形及互通位置约束，城龙高速最大设计标高达916 m，为湖南省海拔最高的高速公路，沿线冰、雪、雨和雾等恶劣气候天气明显，对高速公路的安全运营和运输能力产生了重大影响。根据孙广林[1]的统计，全国范围内高速公路运行中断受恶劣天气影响占比接近40%，恶劣天气成为影响高速公路行车安全的重要因素，是公安交管部门事故防范的重点。全国各地都对恶劣天气对高速公路的影响进行了分析。宋建洋等[2]研究了恶劣天气对高速公路交通阻断的影响特征；李云峰等[3]研究了吉林省高速公路交通事故与气象要素的关系；朱保林等[4]研究了云南省高速公路气象灾害风险特征与应对；张振东等[5]对宁沪高速137例雾事故进行分析，发现雾事故与雾发生关系密切。同时也有学者对高速公路在各种恶劣天气下进行了监测预警或临界限速研究，如卢振礼等[6]研究了高速公路团雾视频监测预警；邹兰军等[7]基于神经网络的路面温度模型研究道路结冰潜势为道路交通结冰预测提供相关决策服务支持；王露等[8]研究了大风雨雪气象条件下高速公路车辆稳定行驶的临界车速；杨心壤等[9]提出了“交通+气象”的最新融合；陈静怡等[10]开展了贵州公路交通气象服务效益评估。而湖南因其特殊地理位置，冰、雪、雨和雾气候一直困扰道路交通安全保畅工作，各类重大交通事故背后大多有冰雪雨雾的身影，如2008年覆盖该省的特大冰灾及2023年2月4日许广高速重大交通事故。城龙高速地处雪峰山脉，局部路段存在冰、雪、雨和雾等恶劣天气的影响。故城龙高速不仅要进行地形选线、地质选线，更要进行气象选线，从公路本身就尽量消除恶劣天气对行车的影响，确保高速公路运营安全。

1 城龙高速地形地貌和气候

城龙高速位于我国地势第二阶梯向第三阶梯的过渡地带，位于雪峰山脉与南岭之首越城岭山脉交汇之处，跨越长江与珠江水系分水岭。区域内崇山峻岭，溪河纵横，地势南高北低，南岭山脉绵亘南境，雪峰山脉耸峙东西，形成东、南、西三面层峦叠嶂，北面丘岗疏落，北部与中部连成狭长平缓地带。

城龙高速全线地势陡峭，沟谷深切，山坡坡角一般达30～60°，相对高差一般为200～600 m，交通条件极差，植被发育，通行极为困难。

城龙高速地处湖南省西南边陲，位于中亚热带季风湿润气候区，属中亚热带山地气候，四季分明，雨量充沛，冬少严寒，夏无酷暑，年平均气温为16.1 ℃，年平均降水量1 218.5 mm，年平均降雪日数9.8 d，相对湿度年平均在75%～83%之间，年平均有霜日数为17.1 d，全年冰冻平均天数为8.7 d。但城龙高速受路线走向的影响，除起终点段外，中间段海拔较高，区域内山地逆温效应明显，如图1所示。根据城步气象站及南山牧场气象观测资料，海拔超过700 m时沿线冰、雪、雨和雾等恶劣气候明显，气象灾害对路线方案影响大。

2 城龙高速概况

城龙高速公路受起终点位置、地形及泮水互通、南山互通位置制约，路线沿巫水及芙蓉河河谷西侧山坡布线。路线在丹口镇花龙村设泮水互通（标高627 m）后采用花龙村隧道群方案进入南山国家公园（试点）一般控制区，在K32+500～K38+600设置南山一、二号隧道穿越苏家冲顶及通家山，在五团镇金童山村设置南山互通（标高872 m）及南山互通连接线通往南山牧场，在跨越初水及芙蓉河后路线沿芙蓉河河谷西侧山坡布线，在五团镇双田顺接城龙高速广西段。整个高速公路纵面呈人字形布设，最大标高位于K32+400处（标高916 m）。全线标高位于700 m以上的路段达23 km，如图2所示。

城龙高速所处的地形及互通的设置位置使得城龙高速成为湖南省海拔最高的高速公路，沿线的控制因素复杂且受地形影响山地逆温效应明显，局部路段存在冰、雪、雨和雾天气的影响。故在城龙高速路线方案设计时不仅要进行地形选线、地质选线、环保选线，更加注重了气象选线及安全选线。

3 城龙高速气象选线研究

李杰等[11]结合区域历史冰雪灾害以及沿线气象站及观冰站（点）的结冰、积雪资料和相关气象要素数据的搜集、整编和分析，总结出了路线区域道路沿线微地形微气候特性对结冰和积雪成因的影响，为高速公路选线提供依据。而城龙高速项目组在寻求城龙高速最优路线方案的过程中，始终将气象选线及安全选线作为重要的控制因素。在城龙高速初步设计和施工图设计外业期间特设计了公路气象灾害调查记录簿，根据地形地势和桥隧的分布，每2公里通过走访当地群众，对沿线的冰雪雨雾天气进行详细调查，对路线所处位置、气象灾害类型、出现频率、发生时间、持续时间及调查对象进行详细的记录。根据气象调查，探明城龙高速在标高700 m以上受山间小气候影响大，会出现大雾、降雪及暗冰等影响行车安全的天气。项目组在内业设计过程中根据调查的气象资料进行安全分析，并在设计每个阶段都落实气象选线，让安全体现到具体的路线选线中。

3.1 初设对工可路线方案的优化

城龙高速工可线位在GK24～GK27段采用连续的6座桥梁、4座隧道设计方案沿丹口镇花龙村汀坪溪河谷西侧山坡布线穿越山岭。此段线位均位于海拔700 m以上，受冰、雪、雨和雾天气影响大。工可线位在GK24+100和GK25+800处平面采用R-800 m半径，通过核查下坡路段货车停车视距，GK25+800处平面不满足规范停车视距要求，需要加宽隧道和桥面。同时此段纵面采用4%的陡坡加2.5%的缓坡组合，小半径加陡下坡的线型组合在冰、雪、雨和雾天气影响下会造成车辆行驶困难。特别是，此段位于龙胜往城步方向长下坡段终点位置，长距离的刹车再加上小半径陡下坡的线形组合容易造成车辆失控，存在行车安全隐患。

同时工可方案中连续短隧道中间夹桥梁的路线方案，会造成行车视觉明暗交替，形成视觉障碍，影响行车安全。另连续短隧道中间夹桥梁的路线方案，在冰、雪、雨和雾等恶劣天气影响下，隧道内外摩阻系数的不一致，易造成车辆在桥上滑移，也存在行车安全隐患。

在设计外业期间走访了当地群众，进行了现场气象调查，如图3所示。根据调查发现此段路线在农历九月至次年农历四月会出现起雾天气，天数一般30 d左右，能见度为70 m左右，农历十二月至次年二月可能出现降雪天气，路面最大积雪厚度约2 cm，可能会伴随有路面结冰。

图3 公路气象灾害调查记录薄

在城龙高速路线方案研究中根据气象调查结果，从行车安全行驶的角度出发，将路线平纵面进行了优化。平面将线位向西侧高山偏移，半径调整至2 000 m以上，满足下坡路段货车停车视距要求，同时取消桥梁加长隧道，采用4个中短隧道组成隧道群方案，隧道之间路基采用遮光棚，使隧道群之间光线一致，减少视觉障碍。纵面通过加长隧道，将纵坡减少至2.3%，消除工可路线方案中小半径加陡下坡线型组合带来行车安全隐患，如图4所示。施工图设计阶段继续沿用初设方案，以保证运营期间行车安全。

3.2 施设对初设路线方案的优化

在施工图设计阶段对初步设计路线方案进行进一步的气象选线研究，致力于消除恶劣天气对行车的影响。

K32～K39段主要设置有南山1号隧道、南山2号隧道，位于本项目地势最高点（1 200 m），也是本项目设计标高最高点。初设阶段在此段采用南山1号隧道接独宿溪大桥接南山2号隧道的路线方案（全线最高标高941 m位于南山2号隧道内，独宿溪大桥最大桥墩高度63 m，最高桥面标高937 m）。此段山高坡陡，气候复杂。根据现场气象调查，在农历十一月至次年农历四月会出现起雾天气，天数一般20 d左右，能见度为60 m左右，在独宿溪位置起雾标高为930 m附近；农历十一月至次年二月可能出现降雪天气，路面最大积雪厚度约5 cm，可能会伴随有路面结冰。

施工图设计时，为进一步消除冰、雪、雨、雾天气对此段线位的影响，特别是车辆在独宿溪大桥上行驶的影响，将平面往西微调，南山1号隧道入口往西偏移90 m，加长南山1号隧道、取消独宿溪大桥，在山谷最窄处设独宿溪中桥跨越S576和独宿溪后接南山2号隧道，在K35+500接回原设计线，如图5所示。

同时对纵面也进行了优化。在K32+275（921.15 m）处设-1.9%纵坡接K34+250（887.57 m），在最低点处设独宿溪中桥跨越S576和独宿溪，桥上设遮光棚洞。在K34+250设0.8%纵坡接K36+660（906.70 m），后设-0.5%纵坡接K38+740（896.30 m）。最大标高由原来的南山2号隧道内CK35+700最高标高941 m调整至K32+500最高标高916 m，如图6所示。

调整后路线最大设计标高降低25 m，隧道长度增加876 m，桥梁长度减短900 m，工程造价会相应增加。但南山1号隧道与南山2号隧道之间只有60 m桥梁，通过在桥梁上设置的棚洞可消除冰雪雨雾等恶劣天气以及光线明暗交替对行车的影响，确保了车辆在全线最高点的安全运行。

另外，由于最大设计标高减低25 m，降低了汽车爬坡高度，通过节能减排计算，从投入运营到2043年，调整后线位累计可节省燃油361.2万L，节约的燃油约相当于0.43万t标准煤。路线的优化实现了节能减排和安全运营的双赢。

4 结束语

我国近年来对安全生产作出重要指示，强调树牢安全发展理念，加强安全生产监管，切实维护人民群众生命财产安全。在公路的选线中也应树立安全理念，根据现场实际切实做好安全选线，保障车辆运营安全。城龙高速在路线选线方面从现场实际出发，坚持安全理念，无论是在初步设计阶段还是在施工图设计阶段都在气象选线方面精益求精，不放过每一段能提高安全的可能，保障人民群众生命财产安全，确保项目平安百年品质，并对山区高速公路选线具有参考价值。

参考文献：

[1] 孙广林.高速公路恶劣天气高影响路段交通安全管控技术探讨[J].道路交通管理，2022（8）：20-22.

[2] 宋建洋，李怡，张恒通，等.恶劣天气对高速公路交通阻断影响分析[J].公路，2021，66（6）：248-256.

[3] 李云峰，谢勇，金顺梅，等.吉林省高速公路交通事故与气象要素的关系研究[J].气象与环境学报，2021，37（3）：94-101.

[4] 朱保林，彭艳秋，黎成超，等.云南省高速公路气象灾害风险特征分析与应对[J].公路，2021，66（3）：231-236.

[5] 张振东，黄亮，孙家清，等.宁沪高速雾事故特征和雾天行车安全管控研究[J].中国交通信息化，2022（11）：144-148.

[6] 卢振礼，安源，宗晨临，等.高速公路团雾视频监测预警研究[J].科学技术与工程，2022，22（34）：15408-15417.

[7] 邹兰军，刘姝，陆勤静.基于神经网络的路面温度模型与结冰潜势研究[J].公路，2022，67（10）：409-414.

[8] 王露，陈肖欣，李华恩.大风雨雪气象条件下高速公路车辆稳定行驶的临界车速研究[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2021，40（4）：34-40.

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[11] 李杰，袁丁，黄帅.某高速公路沿线微地形微气候特性对冰雪区划影响研究[J].公路，2019，64（8）：163-167.