祝建平

（招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶市400067）

山區(qū)高速公路的線路選型與路線設(shè)計(jì)

祝建平

（招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶市400067）

隨著我國(guó)路網(wǎng)體系的完善，復(fù)雜地形地質(zhì)條件下的山區(qū)高速公路建設(shè)愈加廣泛。探討了山區(qū)高速公路線路選型的方法和原則，并分析了開展線路設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，包含平面線形、縱面線形和線路交叉口。最后結(jié)合實(shí)際工程，分析了處于山區(qū)環(huán)境的高速公路線形設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題。

山區(qū)；高速公路；路線設(shè)計(jì)；線路選型

0 引言

我國(guó)幅員遼闊，人口散布，為了滿足不同區(qū)域的經(jīng)濟(jì)交流和社會(huì)溝通，不可避免需要在山區(qū)環(huán)境建設(shè)高速公路，以解決人民的基本出行問題。山區(qū)環(huán)境地形、地貌復(fù)雜，高速公路的建設(shè)面臨各種各樣的問題。高速公路的路線選型對(duì)于沿線道路、橋梁、隧道等工程的建設(shè)具有非常重要的作用[1]，因此，在路線選型設(shè)計(jì)中，需要綜合考慮環(huán)境、交通、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等一系列要求。

線路選型需要綜合考慮諸多原則和方法，并基于這些原則的權(quán)重比較確定較優(yōu)的線路方案。在明確大體的路線走勢(shì)后，基于給定區(qū)域的地質(zhì)和地形條件、環(huán)境特點(diǎn)、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因素，選擇滿足需求最大化的路線結(jié)構(gòu)，并開展線路的橫斷面、縱斷面等設(shè)計(jì)，為下一步進(jìn)行道路、橋梁、隧道等工程建設(shè)打下基礎(chǔ)[2,3]。論文首先總結(jié)路線選型的主要方法和考慮因素，并提出開展路線設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和注意事項(xiàng)，最后結(jié)合重慶南川至兩江新區(qū)高速公路的建設(shè)，分析具體的路線設(shè)計(jì)要點(diǎn)和方法。

1 山區(qū)高速公路線路選型原則

山區(qū)環(huán)境具有地形地質(zhì)條件復(fù)雜的特點(diǎn)，因此高速公路的線路選型不僅需要滿足安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等系列原則和要求，也需要因地制宜，避免公路的設(shè)計(jì)對(duì)地形和地質(zhì)進(jìn)行過大改造。因而，路線的選型設(shè)計(jì)需要基于以下原則確定。

（1）線路安全性原則

保證公路工程的運(yùn)營(yíng)安全性是最基本的線路選型原則。這個(gè)安全性不僅包括高速公路本身的運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定和安全，還包括車輛行車的安全。具體而言，所選線路應(yīng)該盡可能避免不良地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域，如泥石流、地震、坍塌、滑坡等發(fā)生頻率較高的區(qū)域，也要避免建設(shè)于軟弱地基及活動(dòng)斷裂帶上。如果無法規(guī)避上述危險(xiǎn)區(qū)，則要采用工程措施進(jìn)行潛在災(zāi)害的防護(hù)，保證高速公路的運(yùn)營(yíng)安全。

（2）經(jīng)濟(jì)效益化原則

高速公路的建設(shè)是一項(xiàng)耗資巨大的基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目，其經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在高速公路的后期利用率和運(yùn)營(yíng)壽命。由于山區(qū)環(huán)境的交通運(yùn)輸量并不太大，加上所穿越區(qū)域需要進(jìn)行較大的改造建設(shè)，這使得山區(qū)高速公路的建設(shè)成本更高、技術(shù)要求更高。在路線選型中，應(yīng)該充分考慮造價(jià)的影響。一方面，線路設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能帶動(dòng)當(dāng)?shù)氐穆糜螛I(yè)、農(nóng)業(yè)、運(yùn)輸業(yè)等發(fā)展，保證道路的使用效率；另一方面，充分考慮高速公路建設(shè)對(duì)沿線城市和農(nóng)村的發(fā)展效益，形成良性循環(huán)的經(jīng)濟(jì)圈。

（3）生態(tài)環(huán)保原則

公路建設(shè)不可避免對(duì)原有地區(qū)造成生態(tài)和環(huán)境的影響，特別是在目前提倡“綠色公路”建設(shè)形勢(shì)下，更需要將這種影響降低至自然可恢復(fù)狀態(tài)，以免造成生態(tài)和環(huán)境系統(tǒng)的破壞。具體而言，應(yīng)充分考慮路線規(guī)劃對(duì)人文景觀和優(yōu)秀生態(tài)系統(tǒng)的破壞。對(duì)于有歷史保護(hù)要求的環(huán)境和受保護(hù)的生態(tài)系統(tǒng)，需要采用繞行原則盡量保護(hù)原有的生態(tài)構(gòu)造；對(duì)于一般周邊環(huán)境，同樣以占地最少和減少工程開挖為原則，保護(hù)基礎(chǔ)的地形、地貌和生態(tài)環(huán)境。對(duì)于已經(jīng)形成破壞的路基開挖等，應(yīng)進(jìn)行后期的恢復(fù)設(shè)計(jì)，例如施工前對(duì)植物地表土或周邊植物形成破壞的，需要在建造完成后進(jìn)行恢復(fù)建造，使道路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與原有的周邊環(huán)境協(xié)調(diào)共處。

（4）因地制宜原則

任何路線的設(shè)計(jì)，不僅需要考慮上述安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保原則，還需要因地制宜，根據(jù)具體的地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)，進(jìn)行路線的局部?jī)?yōu)化，使之適應(yīng)實(shí)際環(huán)境，真正利于區(qū)域發(fā)展。以地形和地質(zhì)選線為例，根據(jù)山區(qū)環(huán)境特點(diǎn)，高速公路的路線應(yīng)達(dá)到平面順暢、縱斷面均衡及橫斷面合理的目標(biāo)。合理利用地形，巧妙利用環(huán)境布置線路，充分利用山區(qū)曲線，并與緩和線形進(jìn)行有效結(jié)合，達(dá)到與環(huán)境融合一體的選線效果。對(duì)于地質(zhì)選線而言，就是根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)的差異性，調(diào)整線路設(shè)計(jì)的不確定因素，達(dá)到施工、運(yùn)營(yíng)安全和長(zhǎng)期性目的。

2 山區(qū)高速公路的線路設(shè)計(jì)方法

山區(qū)高速公路的線路設(shè)計(jì)包含平面、縱面和線路交叉口三個(gè)主要方面。高速公路線形是道路使用狀態(tài)和車輛運(yùn)營(yíng)安全的基本保障。不好的線路設(shè)計(jì)容易造成交通擁堵、交通事故頻發(fā)、路段交通流量明顯差異等問題，因此需要在設(shè)計(jì)階段，充分考慮線形設(shè)計(jì)因素，規(guī)避上述風(fēng)險(xiǎn)。

2.1 平面線形設(shè)計(jì)

車輛在平曲線上的行駛主要表現(xiàn)為車輛的平動(dòng)和徑向轉(zhuǎn)動(dòng)。這種平曲線的駕駛過程應(yīng)該平緩過渡，如果出現(xiàn)突然的曲線變化，則很容易造成車輛按照原本的轉(zhuǎn)動(dòng)和平動(dòng)行駛，而無法做出及時(shí)改變，引發(fā)交通安全問題。這就要求一方面平曲線需要有最小曲率半徑限制，另一方面平曲線的連接上需要有緩和曲線過渡。相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查表明：當(dāng)平曲線的曲率半徑低于400 m時(shí)，或曲率半徑轉(zhuǎn)化過大且過渡連接長(zhǎng)度低于100 m時(shí)，很容易引發(fā)交通安全事故。這一要求在山區(qū)公路的設(shè)計(jì)中尤為重要。

2.2 縱面線形設(shè)計(jì)

豎曲線與行車安全主要影響因素是坡長(zhǎng)、坡度變換的變坡點(diǎn)曲率和行車視距等參數(shù)。這些參數(shù)與高速公路的設(shè)計(jì)時(shí)速緊密相連。車輛在豎曲線上的行駛機(jī)理主要是車輛的平動(dòng)和法向轉(zhuǎn)動(dòng)。研究表明，車輛經(jīng)過縱向坡道時(shí)車速的不自覺累加是造成交通事故的關(guān)鍵。表1給出了不同設(shè)計(jì)速度下的豎曲線最小半徑和最小長(zhǎng)度的要求。如果在給定的設(shè)計(jì)速度下，高速公路的豎曲線長(zhǎng)度和半徑都低于相關(guān)限值，則會(huì)導(dǎo)致駕駛員難以適應(yīng)這種駕駛路線，加上時(shí)距的影響很容易引發(fā)安全問題。

表1 不同設(shè)計(jì)速度下的豎曲線最小長(zhǎng)度和半徑

此外，坡度和坡長(zhǎng)也是行車安全的重要因素。過多的坡度轉(zhuǎn)換會(huì)導(dǎo)致行車穩(wěn)定性不好，容易導(dǎo)致駕駛員行車錯(cuò)覺，單一的坡度行駛則容易造成駕駛疲勞，因而需要進(jìn)行坡度的有效組合。一般而言，道路設(shè)計(jì)中-2%～3%的坡度范圍是合理的，過大坡度則容易造成車速的錯(cuò)誤估計(jì)。德國(guó)交通安全研究所總結(jié)出：縱向坡度在-2%～2%的范圍是最合理的，而且縱坡的交通安全事故統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，上坡的事故點(diǎn)主要在上坡道的上凸點(diǎn)和坡頂過后的連接段，下坡的事故點(diǎn)主要在下坡段的下凹部分。

2.3 交叉設(shè)計(jì)

山區(qū)高速公路的路線交叉主要難題在于：

（1）交叉范圍小。由于山區(qū)地形限制，在線路交叉口也不容易拓展較大的面積作為交叉。

（2）道路坡度大。較大的坡度不僅降低車輛行駛的穩(wěn)定性，也給行車舒適性帶來問題，在交叉口較大的道路坡度，也進(jìn)一步增加了交通風(fēng)險(xiǎn)。

（3）交叉口視距不足。較小的視距極大地增加了行車風(fēng)險(xiǎn)，特別是不同支路匯集的情況下，撞車風(fēng)險(xiǎn)更大。

因此，山區(qū)高速公路的坡度、視距、行車速度等都應(yīng)該特別設(shè)計(jì)。如果路線交叉范圍內(nèi)的路線設(shè)計(jì)不能滿足要求，應(yīng)該調(diào)整主線或者交叉路線的幾何線形。交叉路線的視距不能滿足要求的，需要采取移除障礙物或者更換交叉位置等方式，改善行車視距。

3 工程案例分析

3.1 工程概況

重慶南川至兩江新區(qū)高速公路項(xiàng)目位于重慶市中東部地區(qū)，路線全長(zhǎng)77.678 km。該區(qū)域全線巖溶相對(duì)發(fā)育，沿線地區(qū)雨霧天氣較多，路線范圍內(nèi)海拔高度為150～1 540 m，設(shè)計(jì)最低點(diǎn)為235 m，設(shè)計(jì)最高點(diǎn)為885 m，路線相對(duì)高差為650 m。區(qū)內(nèi)峰、谷延展方向與構(gòu)造線方向基本一致。根據(jù)社會(huì)調(diào)研和實(shí)地勘測(cè)，以若干橋梁和隧道為主要控制點(diǎn)，綜合考慮各區(qū)域的地質(zhì)狀況、地形條件，以及區(qū)域旅游和農(nóng)業(yè)的發(fā)展，設(shè)立了基本路線圖（見圖1），成為推薦設(shè)計(jì)路線方案。

圖1 設(shè)計(jì)路線方案

3.2 線路設(shè)計(jì)

結(jié)合上述初定路線方法，對(duì)全線路段進(jìn)行全面的平縱線形設(shè)計(jì)和交叉口設(shè)計(jì)。

（1）線形設(shè)計(jì)

推薦線最大程度采用直線，由于地形原因共設(shè)置平曲線37處，均大于圓曲線一般值，最小平曲線半徑為720 m，確保超高在4%以內(nèi)。最小緩和曲線長(zhǎng)度為150 m，最大縱坡為4.5%，最小坡長(zhǎng)525 m/1段。凸形豎曲線最小半徑為12 000/2個(gè)、設(shè)置凸形豎曲線22處，半徑均滿足視覺所需最小豎曲線半徑值（12 000 m）；凹形豎曲線最小半徑為9 000/2個(gè)，設(shè)置凹形豎曲線23處，半徑均滿足視覺所需要的最小豎曲線半徑值（8 000 m）；豎曲線最小長(zhǎng)度為204 m。

（2）線形適宜性評(píng)價(jià)

為體現(xiàn)安全與環(huán)保的公路線形幾何要素設(shè)計(jì)，需要對(duì)全線的平縱面指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)。采用運(yùn)行速度進(jìn)行安全檢驗(yàn)是改善線形幾何要素指標(biāo)必要的技術(shù)措施和有效手段，并具有一定的可靠性。

路段運(yùn)行速度V85按《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南》（JTG/TB 05-2004）所推薦的方法預(yù)測(cè)，將平曲線半徑小于1 000 m和縱坡坡度大于3%的特殊路段視為獨(dú)立單元，而其余一般路段上車輛運(yùn)行視為勻速行駛。V85平直路段上的運(yùn)行速度在《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南》中的推薦值為小客車120 km/h、大型貨車75 km/h；在小半徑曲線上計(jì)算入口速度vin、曲中速度vmiddle、出口速度vout，并對(duì)大縱坡路段的V85進(jìn)行修正。按《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南》規(guī)定，對(duì)推薦方案分別進(jìn)行了不同行駛方向（正向-右幅，反向-左幅）和不同測(cè)試車型（小客車代表小型車，大貨車代表其他車輛）的運(yùn)行速度測(cè)算。運(yùn)行速度差的評(píng)價(jià)結(jié)果見表2，可知整體線形的連續(xù)性、一致性和銜接路段的級(jí)差均能滿足要求，說明線形幾何要素設(shè)計(jì)銜接順適。

表2 線形設(shè)計(jì)的運(yùn)行速度差評(píng)價(jià)

4 結(jié) 論

線路設(shè)計(jì)是公路工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，論文以山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)為例，分析了路線選型的原則，路線設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和關(guān)鍵要點(diǎn)，并以瀘西—彌勒高速公路路線設(shè)計(jì)為案例，分析了總體線路選定的原則及路線線形的設(shè)計(jì)。相關(guān)方法可為山區(qū)高速公路的設(shè)計(jì)提供參考。

[1]趙勝林,許剛,袁曉寅.山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)基本思路及選線方法的研究[J].公路交通科技：技術(shù)版,2011,7(1):38-43.

[2]王穎.淺談山區(qū)高速公路選線原則 [J].北方交通,2008(9): 3-4.

[3]施華湘,李東蓮,劉識(shí)宇.淺談云南山區(qū)高速公路選線[J].公路交通科技：應(yīng)用技術(shù)版,2011,（7）:31.

U412.36+6

B

1009-7716（2017）03-0030-03

=30,ebook=53

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.03.008

2017-01-15

祝建平（1978-），男，四川邛崍人，工程師，從事公路與城市道路設(shè)計(jì)工作。