趙 鑫

(山西路恒交通勘察設(shè)計(jì)咨詢有限公司，山西太原 030006)

公路路線設(shè)計(jì)是公路設(shè)計(jì)的靈魂，線形設(shè)計(jì)的好壞直接影響著整個(gè)工程的優(yōu)劣、投資和運(yùn)營(yíng)安全等，山區(qū)公路地形、地質(zhì)條件的復(fù)雜性更決定了路線設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。通過(guò)幾年來(lái)山西呂梁地區(qū)二級(jí)公路路線設(shè)計(jì)工作實(shí)踐，談一談自己的心得體會(huì)。

1 建設(shè)背景

山西省地處華北西部的黃土高原東翼，地形較為復(fù)雜，境內(nèi)有山地、丘陵、高原、盆地、臺(tái)地等多種地貌類型，其中山區(qū)、丘陵占總面積的2/3以上。氣候特點(diǎn)為冬季長(zhǎng)而寒冷干燥;夏季短而炎熱多雨;春季日溫差大，風(fēng)沙多;秋季短暫，氣候溫和。屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫3℃～14℃，晝夜溫差大，南北溫差也大。山西省礦產(chǎn)資源十分豐富，在世界上已利用的150多種礦產(chǎn)中，目前山西已發(fā)現(xiàn)117種，其中已探明儲(chǔ)量的礦種62種，45種主要礦產(chǎn)資源的潛在價(jià)值量和人均量均居全國(guó)第一位，絕對(duì)量居全國(guó)第二位，以煤、鋁土、鐵等為主。煤炭資源得天獨(dú)厚，分布在全省90多個(gè)縣(市、區(qū))內(nèi)。呂梁市已探明的礦藏有40多種，主要有煤、鐵、鋁釩土、白巖石、煤層氣等。全市54.3%的地下蘊(yùn)藏著煤炭，儲(chǔ)量1 538億t，被譽(yù)為“國(guó)寶”的4號(hào)主焦煤儲(chǔ)量達(dá)62億t;鐵礦石探明儲(chǔ)量9.88億t，占山西的36%;鋁釩土遍及11個(gè)縣市區(qū)，已探明儲(chǔ)量4.4億t，占山西儲(chǔ)量的46.4%。呂梁是全國(guó)最大的優(yōu)質(zhì)主焦煤生產(chǎn)基地。近幾年依托煤炭資源優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為山西省最大的焦炭生產(chǎn)基地，焦炭占山西省總量的1/4。2008年以來(lái)，隨著山西煤炭資源整合的進(jìn)程發(fā)展，產(chǎn)業(yè)布局和道路運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整，同時(shí)國(guó)家為應(yīng)對(duì)經(jīng)濟(jì)危機(jī)，擴(kuò)大內(nèi)需、加快基礎(chǔ)工程建設(shè)，山西迎來(lái)了公路建設(shè)的小高潮。

2 公路選線

選線是線形設(shè)計(jì)中最重要的環(huán)節(jié)，是根據(jù)已經(jīng)批準(zhǔn)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)模、起終點(diǎn)以及主要控制點(diǎn)，結(jié)合沿線自然、社會(huì)環(huán)境、構(gòu)造物的布設(shè)等情況確定線位，直接關(guān)系著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)用是否合理、工程投資、實(shí)施難易程度和社會(huì)影響等。國(guó)外公路發(fā)展歷史較長(zhǎng)，體制較為完善，一般公路設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)包含:交通工程師、生態(tài)學(xué)家、運(yùn)輸與城市規(guī)劃者、景觀建筑師、歷史學(xué)家、生物學(xué)家、地質(zhì)學(xué)家、心理學(xué)家等。目前我國(guó)也正趨于完善，公路前期立項(xiàng)就包含了環(huán)境評(píng)價(jià)、水土保持、土地預(yù)審、防洪防災(zāi)等專項(xiàng)評(píng)估。選線首先要了解區(qū)域地形、地質(zhì)、氣候特征、社會(huì)環(huán)境以及交通運(yùn)輸特點(diǎn)和車輛構(gòu)成等特點(diǎn)，就呂梁市而言，區(qū)域特點(diǎn)為:地形復(fù)雜、山體滑坡、崩塌、巖溶、采空區(qū)等地質(zhì)病害較多，特殊性巖土(濕陷性黃土)分布范圍廣，同時(shí)煤炭開(kāi)采區(qū)域分布廣，運(yùn)輸車輛以大型運(yùn)煤車輛為主的特點(diǎn)。

結(jié)合項(xiàng)目區(qū)域特點(diǎn)，除按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范要求外，選線還應(yīng)重視以下幾點(diǎn):

1)加強(qiáng)前期地質(zhì)調(diào)查工作，路線應(yīng)繞避活動(dòng)斷裂帶、大型滑坡、泥石流等不良地質(zhì)路段，同時(shí)應(yīng)避開(kāi)自然保護(hù)區(qū)或水源保護(hù)范圍。

2)對(duì)占用耕地的考慮。耕地是不可再生資源，山區(qū)耕地?cái)?shù)量少，可能是居民祖輩生存的唯一手段，一旦被占用，將被迫改變生存方式且容易激發(fā)社會(huì)矛盾。

3)避免對(duì)沿線村鎮(zhèn)生產(chǎn)生活環(huán)境的影響，不但要盡量避免拆遷，還要盡量避免因建設(shè)公路對(duì)居民往來(lái)、農(nóng)耕的阻斷以及對(duì)農(nóng)田水利灌溉設(shè)施的阻斷。

4)以運(yùn)行車速理論指導(dǎo)路線方案選擇和路線設(shè)計(jì)，從根本上解決安全問(wèn)題。公路相鄰路段線形指標(biāo)不均衡，銜接不合理，會(huì)使車輛行駛速度出現(xiàn)較大懸殊，從而導(dǎo)致交通事故。從實(shí)際使用角度，應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)貧夂驐l件和車型構(gòu)成特點(diǎn)，應(yīng)盡量避免采用較大縱坡，從多條道路實(shí)地調(diào)查情況分析，當(dāng)縱坡大于5%且符合標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，冬季道路結(jié)冰車輛通行能力明顯變差，經(jīng)常發(fā)生交通擁堵且交通事故率明顯提高。

5)從建設(shè)、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)營(yíng)、管理等方面進(jìn)行全面經(jīng)濟(jì)比較，路線盡可能的布設(shè)在陽(yáng)坡面，哪怕近期可能增加投資，但有利于后期養(yǎng)護(hù)、運(yùn)營(yíng)安全等。

6)擇優(yōu)處理路線避讓采空區(qū)和壓覆資源問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，山西省采空區(qū)面積已達(dá)2萬(wàn)km2，約占全省國(guó)土面積的1/8，對(duì)資源環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境、基礎(chǔ)建設(shè)環(huán)境及民生環(huán)境造成一定程度的不良影響。山西省是一個(gè)煤炭大省，同時(shí)也是一個(gè)采空區(qū)大省，更是一個(gè)采空區(qū)的治理大省。公路工程作為一種規(guī)模宏大的線性工程，具有空間跨度大、涉及的地質(zhì)病害種類多、范圍廣等特點(diǎn)。采空區(qū)作為一種特殊的地質(zhì)病害，具有隱蔽性強(qiáng)和處治費(fèi)用高的特點(diǎn)，公路建設(shè)不可避免要遭遇這一問(wèn)題。在過(guò)去的采空區(qū)公路建設(shè)中，首選的原則是避讓。但近年來(lái)情況已發(fā)生變化，因避讓采空區(qū)而過(guò)多地壓覆資源和占用良田給社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的綜合發(fā)展帶來(lái)新的問(wèn)題，是避讓采空區(qū)還是壓覆資源與保護(hù)耕地，三者應(yīng)并重考慮、權(quán)衡利弊、擇優(yōu)而行。

3 線形幾何設(shè)計(jì)

1)技術(shù)指標(biāo)的靈活掌握。規(guī)范對(duì)不同技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)條件下路線設(shè)計(jì)指標(biāo)作出了詳細(xì)規(guī)定，給出了線形設(shè)計(jì)的一般原則，以及運(yùn)用技術(shù)指標(biāo)時(shí)應(yīng)注意的若干問(wèn)題。但為避免在實(shí)際應(yīng)用中盲目追求高指標(biāo)增加工程投資和對(duì)環(huán)境的破壞，或者以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求為底線不注重行車安全和使用功能。所以在實(shí)際操作中應(yīng)將技術(shù)指標(biāo)分為主要指標(biāo)和次要指標(biāo)。主要指標(biāo)凡是涉及安全性的指標(biāo)或者計(jì)算參數(shù)都應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行。盡量采用較高指標(biāo);次要指標(biāo)一般是在滿足行車安全的基礎(chǔ)上，從美學(xué)和行車舒適等角度提出的，一般情況下按規(guī)范要求執(zhí)行，當(dāng)對(duì)自然資源、生態(tài)環(huán)境等方面造成較大影響時(shí)，則應(yīng)靈活掌握。經(jīng)過(guò)查閱資料，提供技術(shù)指標(biāo)要點(diǎn)表供參考(見(jiàn)表1)。

表1 技術(shù)指標(biāo)運(yùn)用要點(diǎn)參考表

2)平面設(shè)計(jì)。

a.緩和曲線。緩和曲線的設(shè)置除考慮超高與加寬過(guò)渡之外，在二級(jí)公路設(shè)計(jì)中也作為基本線形要素，應(yīng)按照規(guī)范要求運(yùn)用。在地形條件復(fù)雜路段，緩和曲線長(zhǎng)度滿足超高和加寬過(guò)渡時(shí)，為適應(yīng)地形，A值宜取較小值，緩和曲線長(zhǎng)度短些，偏移值小，圓曲線半徑相應(yīng)可大些，技術(shù)指標(biāo)相應(yīng)較高，使線形順應(yīng)地形，減少工程量。

b.圓曲線。山區(qū)受地形、地質(zhì)、生態(tài)等自然條件限制，選用較大曲線半徑一般不經(jīng)濟(jì)。盡可能的選用不小于極限半徑3倍或一般最小值2倍的曲線半徑，使其超高控制在4%以內(nèi)。根據(jù)區(qū)域?qū)嵉卣{(diào)查情況看，冬季積雪冰凍路段超高大于4%時(shí)，大型車輛運(yùn)行速度低，且重心高，發(fā)生側(cè)向滑移現(xiàn)象比較普遍。

c.直線。對(duì)于設(shè)計(jì)速度不小于60 km/h的公路，山區(qū)反向曲線間直線距離一般較容易滿足，同向曲線間直線距離一般較難滿足，為了追求直線長(zhǎng)度，減小曲線半徑，降低指標(biāo)不盡合理?？刹迦敕聪蚯€進(jìn)行調(diào)整，由于地質(zhì)原因或環(huán)境破壞嚴(yán)重實(shí)在無(wú)法調(diào)整時(shí)，可突破一般規(guī)定值，將兩側(cè)緩和曲線曲率半徑大于不設(shè)超高半徑部分的長(zhǎng)度計(jì)入規(guī)定的6V長(zhǎng)度內(nèi)進(jìn)行檢驗(yàn)，但純主線長(zhǎng)度應(yīng)控制在4V以上。

3)縱面設(shè)計(jì)。縱面設(shè)計(jì)中除保證路基安全穩(wěn)定，還需考慮構(gòu)造物泄洪問(wèn)題。坡度選擇應(yīng)根據(jù)道路功能充分考慮重型運(yùn)煤車輛通行因素?？v坡以不大于5%為宜，山區(qū)地形復(fù)雜實(shí)際操作中避免不了大于5%縱坡路段，應(yīng)優(yōu)先考慮重車上行方向不大于5%，重車下行方向可突破5%，當(dāng)長(zhǎng)距離大縱坡時(shí)，可采取降溫池、避險(xiǎn)車道等交通安全設(shè)施保障行車安全。

對(duì)于連續(xù)上坡或下坡路段，按規(guī)范設(shè)置緩坡，但設(shè)計(jì)速度不小于60 km/h的公路，緩坡等于3%時(shí)應(yīng)參與坡長(zhǎng)換算，避免縱坡超標(biāo)。

4)平縱組合設(shè)計(jì)。平縱組合設(shè)計(jì)除按規(guī)范控制平包豎、積雪冰凍地區(qū)合成坡度、平縱協(xié)調(diào)以外，還應(yīng)從安全上避免以下情況出現(xiàn):

a.較小凸形豎曲線(小于2倍最小值)頂部或凹形豎曲線底部，出現(xiàn)在平曲線拐點(diǎn);

b.直線上的縱面線形出現(xiàn)駝峰、暗凹、跳躍等使駕駛員視覺(jué)中斷的線形;

c.直線段內(nèi)設(shè)短的豎曲線;

d.平縱組合不理想的狀態(tài)下出現(xiàn)較小豎曲線半徑(小于2倍最小值);

e.在長(zhǎng)直線上設(shè)置陡坡及曲線長(zhǎng)度短、半徑小的凹形豎曲線。

4 運(yùn)行速度和行車視距檢驗(yàn)

路線綜合設(shè)計(jì)完成后，應(yīng)運(yùn)用公路設(shè)計(jì)軟件建立地面數(shù)字模型和道路三維模型，對(duì)道路運(yùn)行速度檢驗(yàn)，同時(shí)對(duì)特殊路段進(jìn)行行車視距檢驗(yàn)。對(duì)于相鄰路段運(yùn)行速度差值超過(guò)20 km/h時(shí)，就應(yīng)分析原因改善平縱組合或技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使運(yùn)行速度均勻變化。視距檢驗(yàn)不滿足要求時(shí)，可通過(guò)改善線形、超挖視距臺(tái)等方式進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)輔助警示標(biāo)志或標(biāo)線加以提示(見(jiàn)圖1)。

圖1 行車視距檢驗(yàn)

5 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)好一條公路需要多學(xué)科、多個(gè)部門(mén)綜合配合才能達(dá)到預(yù)期效果，線形設(shè)計(jì)更是一條公路的設(shè)計(jì)靈魂。由于各條公路服務(wù)功能、自然地理環(huán)境不同，因此設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)原則差異較大。這就要求路線設(shè)計(jì)人員具有較高的綜合素質(zhì)，同時(shí)要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，收集規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、管理、養(yǎng)護(hù)以及用路者意見(jiàn)和建議，積累項(xiàng)目各個(gè)階段投資控制的情況，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)后評(píng)價(jià)，站在不同角度審視設(shè)計(jì)方案。精心設(shè)計(jì)、精益求精，為我國(guó)公路建設(shè)事業(yè)盡一份微薄之力。