黃 睿

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原 030012）

山嶺區(qū)高速公路所經(jīng)路段山高谷深，地形復(fù)雜，自然坡度陡，同時(shí)受到路線標(biāo)準(zhǔn)的制約，需要克服復(fù)雜的地形和較高的路線標(biāo)準(zhǔn)之間的矛盾。因此如何在深入理解相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的前提下，合理制定路線設(shè)計(jì)原則并靈活運(yùn)用平、縱技術(shù)指標(biāo)，最終確定合理的設(shè)計(jì)方案至關(guān)重要。以下將已竣工的靈山高速公路和正在施工的臨離高速公路方案比選作為實(shí)例分析探討。

1 工程實(shí)例

1.1 靈山高速公路概況及選線原則

榮成至烏海公路山西境靈丘至山陰段高速公路，是國(guó)家高速公路網(wǎng)規(guī)劃方案的第4橫，是《山西省高速公路網(wǎng)調(diào)整規(guī)劃》“三縱十一橫十一環(huán)”的重要組成部分。全線按雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度采用100 km/h，路基寬度為26.0 m。特大橋設(shè)計(jì)洪水頻率為1/300，路基、大、中、小橋、涵洞設(shè)計(jì)洪水頻率為1/100，橋涵設(shè)計(jì)汽車荷載采用公路-I級(jí)，目前項(xiàng)目已竣工。作為典型示范工程靈山線在設(shè)計(jì)過(guò)程中充分體現(xiàn)“安全、環(huán)保、舒適、和諧”的設(shè)計(jì)理念和總體設(shè)計(jì)原則。路線方案的選擇與布設(shè)除做到地形選線、地質(zhì)選線外，還要做到安全選線、環(huán)保選線、景觀選線。

1.1.1 安全選線

安全是公路設(shè)計(jì)和建設(shè)需考慮的首要因素，制定和采取相應(yīng)的安全設(shè)計(jì)策略尤為重要。從設(shè)計(jì)的角度，應(yīng)盡可能采取“主動(dòng)”的預(yù)防和糾錯(cuò)。研究顯示，大量的公路交通事故是由相鄰路段較大的運(yùn)行車速差導(dǎo)致。尤其在山區(qū)，對(duì)于同樣縱坡，不同的荷載，不同車型都將產(chǎn)生不同的運(yùn)行效果，因此，基于運(yùn)行車速的理論，根據(jù)測(cè)算的運(yùn)行速度、梯度數(shù)據(jù)以運(yùn)行速度V85為縱坐標(biāo)，路線長(zhǎng)度為橫坐標(biāo)，繪制了靈丘至山陰高速公路沿線運(yùn)行速度變化曲線，即沿線的“運(yùn)行速度圖”、“運(yùn)行速度梯度圖”，輸出運(yùn)行速度數(shù)據(jù)表格，并根據(jù)評(píng)價(jià)意見(jiàn)為貨車設(shè)置了爬坡車道（圖1）；對(duì)于運(yùn)行速度檢驗(yàn)中最不利段落采用三維聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)（圖2），構(gòu)建三角網(wǎng)數(shù)字地面模型（圖3），實(shí)現(xiàn)基于運(yùn)行速度的路線三維漫游，讓設(shè)計(jì)、決策人員直觀的對(duì)線型進(jìn)行檢驗(yàn)，將安全評(píng)價(jià)融入到路線設(shè)計(jì)中。

圖1 爬坡車道組成示意圖

圖2 運(yùn)行速度三維漫游圖

圖3 數(shù)模三角網(wǎng)地面模型

1.1.2 環(huán)保選線

公路建設(shè)不可避免征地、拆遷，必然對(duì)沿線社會(huì)生活環(huán)境帶來(lái)影響。樹(shù)立“不破壞是最大的保護(hù)”的理念，以“不擾為上、少擾為本”為原則，降低公路建設(shè)對(duì)原始地形、地貌的自然性和穩(wěn)定性的影響。以下舉兩處?kù)`山高速公路選線設(shè)計(jì)的實(shí)例說(shuō)明。

實(shí)例一：如圖4所示，C線方案布設(shè)于王莊堡北面的半山坡上，高填深挖段落所占比例較高，挖方邊坡最大高度達(dá)39.2 m；填方邊坡最高達(dá)31.7 m，大橋多分布在溝深崖陡處，且橋梁高度在30 m左右。征地較多且大部為耕地，在充分征求沿線群眾意見(jiàn)的基礎(chǔ)上，提出了布設(shè)于省道大靈線和唐河之間的A線方案，該方案減少了征地畝數(shù)，所占土地大部分為河灘地，采用橋梁和護(hù)岸防護(hù)結(jié)合通過(guò)唐河河道，有效整合了唐河，同時(shí)由于高速公路設(shè)計(jì)等級(jí)要高于省道，對(duì)省道的安全起到了保護(hù)的作用，贏得了社會(huì)的認(rèn)可（圖4）。

圖4 王莊堡路段路線方案比較圖

實(shí)例二：如圖5所示，路線從搶風(fēng)嶺隧道出來(lái)后，工可方案將線位擺在郝家灣村后的半山坡上，該線位既對(duì)郝家灣村的安全帶來(lái)很大影響，又拆遷較多的房屋，同時(shí)路線展布在陡崖下方，大開(kāi)挖嚴(yán)重，孤石滾落也對(duì)行車安全造成極大的隱患，因此，初步設(shè)計(jì)將線位調(diào)整至郝家灣村前的唐峪河河谷中，通過(guò)架橋的方式達(dá)到既保護(hù)耕地、不拆房屋，又基本不占?jí)汉拥赖哪康?，從而與自然環(huán)境、沿線村落和諧共生（圖 5）。

圖5 搶風(fēng)嶺路段路線方案比較圖

1.1.3 景觀選線

靈山線穿越靈丘、渾源、應(yīng)縣。項(xiàng)目影響區(qū)中有聞名中外的平型關(guān)戰(zhàn)役遺址、有始建于北魏的懸空寺、有現(xiàn)存世界上最古最高的木構(gòu)塔式建筑等眾多名勝古跡。為充分發(fā)揮高速公路的效應(yīng)，統(tǒng)籌利用線位資源，方便旅游事業(yè)發(fā)展，及沿線群眾的出行，結(jié)合地形、地質(zhì)、水文等情況，本項(xiàng)目分別設(shè)互通式立交進(jìn)行交通流轉(zhuǎn)換。

路線穿越渾源縣境內(nèi)時(shí)，所經(jīng)過(guò)的區(qū)域幾乎全部進(jìn)入風(fēng)景區(qū)的外圍保護(hù)地帶，為了減少項(xiàng)目對(duì)環(huán)境的破壞，做到與風(fēng)景區(qū)境相協(xié)調(diào)。在“景觀節(jié)點(diǎn)”這個(gè)層次的設(shè)計(jì)中突出“自然式設(shè)計(jì)”、“保護(hù)性設(shè)計(jì)”及“恢復(fù)性設(shè)計(jì)”等先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和手法。初步設(shè)計(jì)對(duì)路線方案進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化和完善，與恒山管理處等文物保護(hù)部門(mén)多次進(jìn)行溝通，將恒山隧道進(jìn)口位置適當(dāng)南移，將進(jìn)入景區(qū)的明線部分縮短為100 m左右，以路堤型式通過(guò)，其余大部分以隧道方式穿越（圖6）。

圖6 恒山景區(qū)路段路線方案

1.2 臨離高速公路概況及實(shí)例

臨縣至離石高速公路是《山西省高速公路網(wǎng)調(diào)整規(guī)劃》中“三縱十一橫十一環(huán)”西縱高速公路的重要組成部分，也是山西省西部把第5橫和第6橫、第7橫高速公路串聯(lián)起來(lái)的重要路段。項(xiàng)目采用四車道高速公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度80 km/h，路基寬度24.5 m；特大橋設(shè)計(jì)洪水頻率1/300；路基、大、中橋、小橋涵設(shè)計(jì)洪水頻率1/100。目前，項(xiàng)目正在施工過(guò)程中。

和靈山高速不同的是臨離高速走廊帶地形更為復(fù)雜，山高溝深，溝壑發(fā)育，最高點(diǎn)位于馬頭山，海拔高程1 568 m，最低點(diǎn)位于湫水河谷底，海拔高程820 m，相對(duì)高差748 m，區(qū)域植被較差，耕地較少，生態(tài)自然條件脆弱，水土流失較為嚴(yán)重，同時(shí)路線走廊帶內(nèi)眾多的不良地質(zhì)、壓覆煤炭資源、穿越采空區(qū)等都是選線應(yīng)考慮的重點(diǎn)。在臨離線設(shè)計(jì)過(guò)程中，加強(qiáng)“靈活性”原則，路線布設(shè)盡量避免高填深挖，減少隧道的數(shù)量；合理運(yùn)用最大縱坡與最大坡長(zhǎng)，同時(shí)對(duì)滑坡、崩塌等不良地質(zhì)盡量繞避，盡量保持原有水利系統(tǒng)的完整性，減少對(duì)當(dāng)?shù)厝罕娎娴那謹(jǐn)_為側(cè)重點(diǎn)。

1.2.1 以人為本 安全至上

臨離高速公路受地形限制，爬坡越嶺難以避免，在越嶺路段，為了降低工程造價(jià)，縮短越嶺線長(zhǎng)度，不得已采用長(zhǎng)縱坡，但采用長(zhǎng)縱坡無(wú)疑對(duì)行車的安全問(wèn)題產(chǎn)生影響。尤其對(duì)于載貨車，連續(xù)長(zhǎng)下坡，會(huì)導(dǎo)致車速過(guò)高，汽車需要頻繁制動(dòng)，制動(dòng)一旦失靈，往往釀成嚴(yán)重交通事故。因此，路線設(shè)計(jì)中實(shí)在無(wú)法避繞時(shí)必須采用綜合治理。根據(jù)運(yùn)行速度模擬檢驗(yàn)結(jié)論，全線存在3處長(zhǎng)連續(xù)下坡路段，分別為：K20+480—K29+840段，平均縱坡為 2.04%；K30+730—K40+758段，平均縱坡為2.02%；K55+560—K61+260段，平均縱坡為2.5%。為保證減輕失控車輛的損失或危及第三方安全，結(jié)合該段橋梁、隧道、互通、服務(wù)區(qū)、樞紐布置，在3處長(zhǎng)下坡路段的右側(cè)視距良好位置分別設(shè)置了避險(xiǎn)車道（圖7）。同時(shí)采用明確的交通標(biāo)志，提醒駕駛?cè)俗约核庨L(zhǎng)坡的位置，采取合適的制動(dòng)措施。

圖7 避險(xiǎn)車道總體圖

1.2.2 尊重自然 保護(hù)環(huán)境

本項(xiàng)目位于呂梁山西翼，晉陜黃土高原的東部，區(qū)域地貌單元屬于巨厚層黃土覆蓋的基巖殘丘低中山區(qū)，沿線地形復(fù)雜多變，溝壑縱橫，不可避免深挖高填，而挖方會(huì)破壞原來(lái)的平衡，引起巖土體移動(dòng)，變形與破壞，增加地質(zhì)脆弱帶的不穩(wěn)定性，其結(jié)果是引發(fā)滑坡、塌方等地質(zhì)災(zāi)害。因此，臨離高速公路把“地質(zhì)選線”的理念應(yīng)貫穿布線的始終。在初勘中發(fā)現(xiàn)，工可方案（F比較線）橫穿曹家峁滑坡。路線以大型橋梁、路基填方工程，自滑體中部通過(guò)，橋梁墩臺(tái)置于滑體之上，滑體的復(fù)活滑動(dòng)對(duì)工程影響很大，滑坡對(duì)路線工程的穩(wěn)定性及后期營(yíng)運(yùn)影響嚴(yán)重。同時(shí)曹家峁滑坡自然穩(wěn)定性較差，一旦施工，其穩(wěn)定性較之自然條件下更差，工程處治的難度較大且費(fèi)用昂貴，經(jīng)濟(jì)性不合理。于是提出了避繞滑坡體的A方案（圖8）。A方案雖然增加了一處隧道但避繞了滑坡，同時(shí)減小了土石方數(shù)量，橋梁也減短275 m，工程總造價(jià)及后期運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)費(fèi)用遠(yuǎn)低于F方案。綜合比較后，A方案更經(jīng)濟(jì)、合理。

圖8 曹家峁滑坡段路線方案比較圖

1.2.3 堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展 節(jié)約資源

公路建設(shè)中要堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展、建立節(jié)約型社會(huì)，就是要正確處理好節(jié)約資源和公路發(fā)展的關(guān)系。公路壓覆礦產(chǎn)，不僅對(duì)日后資源的開(kāi)發(fā)和開(kāi)采造成困難，同時(shí)也對(duì)公路自身留下隱患。批復(fù)初步設(shè)計(jì)中孫家溝至南嶺段，路線沿陽(yáng)坡布設(shè)，在K35+780—K37+600段壓占了焉頭煤礦資源，K36+400—K37+500段通過(guò)了采空區(qū)。全部路線壓覆煤礦資源量合計(jì)7 900萬(wàn)t，為避免壓占煤礦資源及繞避采空區(qū)，補(bǔ)充初步設(shè)計(jì)采用了補(bǔ)充工可的繞避煤礦和采空區(qū)的E線方案作為推薦方案。E線與對(duì)應(yīng)K線相比，橋梁短629 m（E線方案設(shè)橋梁1 410 m/4座；對(duì)應(yīng)的K線方案設(shè)橋梁2 039 m/8座），基本避開(kāi)煤礦和采空區(qū)，不需要進(jìn)行采空區(qū)處治，不影響礦區(qū)的采煤生產(chǎn)計(jì)劃，減少了高速公路運(yùn)營(yíng)中的隱患（圖9）。

圖9 焉頭煤礦段路線方案比較圖

2 結(jié)束語(yǔ)

總之，復(fù)雜的山區(qū)地形使每一個(gè)公路建設(shè)項(xiàng)目都有其自身的特殊性和側(cè)重性，每條公路設(shè)計(jì)不僅是幾何線更是生命線。設(shè)計(jì)者需要具體情況具體分析，在運(yùn)輸功能和安全、資源環(huán)境、社會(huì)環(huán)境之間尋求和諧和平衡。不僅要注重大決策、大方案，更要注重細(xì)節(jié)，樹(shù)立全壽命周期成本的理念，通過(guò)提高技術(shù)含量，通過(guò)靈活設(shè)計(jì)，達(dá)到最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。