■吳 姍

（福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，福州 350004）

隨著中國(guó)改革開放的不斷深入，我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，人們往來(lái)出行日益頻繁，由此對(duì)我國(guó)公路建設(shè)提出了更高的要求，高速公路也在經(jīng)濟(jì)騰飛的大背景下開始了大規(guī)模的建設(shè)。 截至2020 年底，全國(guó)高速公路的通車總里程已經(jīng)達(dá)到16.10 萬(wàn)km，處于世界領(lǐng)先水平， 對(duì)20 萬(wàn)以上人口的城市覆蓋率已超過(guò)98%，并且仍在快速發(fā)展。

隨著全國(guó)高速公路路網(wǎng)的不斷完善，地勢(shì)平坦地區(qū)的高速公路路網(wǎng)已十分密集。 同時(shí)，伴隨著“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”和“21 世紀(jì)海上絲綢之路”的大力推進(jìn)，我國(guó)西部地區(qū)正開始新一輪的大開發(fā)。 多重因素影響下，高速公路的建設(shè)將逐步從地勢(shì)平坦區(qū)域向地勢(shì)陡峭的山區(qū)進(jìn)行轉(zhuǎn)移。

由于山區(qū)高速公路普遍存在地勢(shì)高差大、地質(zhì)條件復(fù)雜、施工難度大、造價(jià)昂貴等難以避免又對(duì)項(xiàng)目推進(jìn)影響很大的因素，因此，對(duì)山區(qū)高速公路路線方案設(shè)計(jì)的普適性要點(diǎn)進(jìn)行探究是十分必要的。

1 山區(qū)公路的常見特點(diǎn)

1.1 地形條件

從定義上， 山區(qū)高速公路是指山嶺區(qū)和山嶺重丘區(qū)地形條件下建造的高速公路， 不同于平原區(qū)和微丘區(qū)，山區(qū)地形地勢(shì)高差大、坡度陡。 以廣西壯族自治區(qū)百色市的高速項(xiàng)目為例， 該地區(qū)山區(qū)高速公路的地形高差均超過(guò)500 m，最大坡度均超過(guò)20°（表1）。

表1 廣西壯族自治區(qū)百色市高速公路地形狀況

地形地貌作為道路載體的外在形態(tài)控制著高速公路走廊帶的大致走向。 面對(duì)山區(qū)高速?gòu)?fù)雜的地形條件， 對(duì)高速路線方案比選提出了更高的要求，這也是山區(qū)高速公路路線方案設(shè)計(jì)首先要面對(duì)的問(wèn)題。

1.2 地質(zhì)條件

地質(zhì)條件是地殼的內(nèi)在表現(xiàn)，不同地區(qū)存在不同的地質(zhì)條件，主要體現(xiàn)在不良地質(zhì)災(zāi)害上，如平原地區(qū)的不良地質(zhì)現(xiàn)象主要以軟基、采空區(qū)和液化土等為主，由于平原地區(qū)地質(zhì)勘察工作是在平面上進(jìn)行，并且勘察范圍較小，只要投入充足的地勘工作量和適當(dāng)?shù)奶幚矸桨?，一般都能得到解決。 與平原地區(qū)相比，山區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，常見的地質(zhì)災(zāi)害除了平原區(qū)的主要類型外，還有崩塌、滑坡和泥石流等，在部分西南地區(qū)還廣泛分布巖溶地質(zhì)。 以廣西壯族自治區(qū)百色市為例，對(duì)百色市境內(nèi)若干條山區(qū)高速公路地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)查分析，其不良地質(zhì)分布情況見表2。

表2 百色市山區(qū)高速公路不良地質(zhì)分布情況

地質(zhì)勘察作為公路設(shè)計(jì)的重要前提和基礎(chǔ)，對(duì)道路路線走向有重要的影響，特別是在山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)時(shí)，常遇到不良地質(zhì)現(xiàn)象，這無(wú)疑增大了道路選線的難度。 有些不良地質(zhì)甚至對(duì)路線方案起著控制作用，并且在地質(zhì)勘察初期階段無(wú)法被完全探知，但在后期的施工和運(yùn)營(yíng)階段逐步暴露，給高速公路的施工和養(yǎng)護(hù)帶來(lái)巨大的損失。 因此，如何以較小的地質(zhì)勘探代價(jià)找到最有價(jià)值的方案，是山區(qū)高速路線設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。

1.3 環(huán)境因素

我國(guó)高速公路歷經(jīng)幾十年的發(fā)展，已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，但是在以往的山區(qū)高速公路路線方案設(shè)計(jì)中更側(cè)重于公路的線形，忽略了公路與環(huán)境的和諧發(fā)展。 建設(shè)過(guò)程中對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的破壞，往往在項(xiàng)目后期通過(guò)對(duì)自然環(huán)境采取補(bǔ)救措施進(jìn)行修復(fù)，但后期修復(fù)難度大，并且很難達(dá)到預(yù)期效果。

為解決公路建設(shè)與環(huán)境之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)高速公路綠色發(fā)展，2016 年，交通運(yùn)輸部正式出臺(tái)了《關(guān)于實(shí)施綠色公路建設(shè)的指導(dǎo)意見》[1]，提出了生態(tài)保護(hù)等一系列設(shè)計(jì)理念。 隨后，交通運(yùn)輸部在2018 年又正式出臺(tái)了《關(guān)于加快推進(jìn)綠色公路典型示范工程建設(shè)的通知》[2]，再次強(qiáng)調(diào)建設(shè)以資源節(jié)約、生態(tài)環(huán)保、節(jié)能高效、服務(wù)提升為主要特征的綠色公路，實(shí)現(xiàn)公路建設(shè)健康可持續(xù)發(fā)展。 這也要求設(shè)計(jì)人員要更加注重將綠色環(huán)保的設(shè)計(jì)理念貫穿于公路路線設(shè)計(jì)中。

1.4 國(guó)土空間規(guī)劃因素

國(guó)土空間規(guī)劃是國(guó)家空間發(fā)展的指南、可持續(xù)發(fā)展的空間藍(lán)圖，是各類開發(fā)保護(hù)建設(shè)活動(dòng)的基本依據(jù)，同時(shí)也是有效防止在開發(fā)自然資源的道路上“走彎路”的重大舉措。

在改革開放經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，我國(guó)也面臨著自然資源消耗加劇、生態(tài)環(huán)境持續(xù)破壞、國(guó)土空間開發(fā)質(zhì)量有待提升等問(wèn)題。 隨著國(guó)土空間規(guī)劃體系的建立，各地區(qū)“三區(qū)三線”[3]（城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)、生態(tài)空間及城鎮(zhèn)開發(fā)邊界、 永久基本農(nóng)田和生態(tài)保護(hù)紅線）也在劃定并不斷完善中。 在這個(gè)歷史大背景下，高速公路， 尤其是山區(qū)高速公路沿線土地資源稀缺，在選線時(shí)必然會(huì)面臨新的挑戰(zhàn)。

2 山區(qū)高速公路路線方案設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

2.1 針對(duì)山區(qū)高速陡峭地形的路線設(shè)計(jì)方案

針對(duì)山區(qū)地形高差大、坡度陡的特點(diǎn)，在山區(qū)高速公路路線方案設(shè)計(jì)時(shí)，尤其在經(jīng)過(guò)地形起伏大的路段，應(yīng)進(jìn)行全方位的走廊帶比選，合理布設(shè)構(gòu)造物。 以廣西壯族自治區(qū)百色市岳圩口岸高速公路項(xiàng)目為例，項(xiàng)目區(qū)域以喀斯特溶蝕洼地及巖溶山原地貌為主，石灰石峰林、峰叢發(fā)育（圖1），區(qū)域內(nèi)地層及構(gòu)造情況見圖2。 項(xiàng)目在經(jīng)過(guò)地形陡峭的峰林區(qū)域時(shí)，首先進(jìn)行明線（西線方案）與暗線（東線方案）的對(duì)比（圖3）?？紤]到暗線方案需設(shè)置隧道穿過(guò)沿線山包，造價(jià)高，不經(jīng)濟(jì)，因此采用西線明線方案（表3）。

表3 岳圩口岸高速公路漢邦至岜排段方案對(duì)比

圖1 岳圩鎮(zhèn)石灰石峰林圖

圖2 場(chǎng)區(qū)構(gòu)造帶分布圖

圖3 岳圩口岸高速公路漢邦至岜排段方案對(duì)比

在明確采用明線方案后， 根據(jù)地勘調(diào)查顯示，明線方案存在膨脹土， 并且明線方案路線標(biāo)高較高，高差較大（圖4），故對(duì)明線方案穿越膨脹土路段進(jìn)行橋梁和路基方案的比選，考慮到路基方案處理膨脹土的費(fèi)用較高，并且存在運(yùn)營(yíng)期間路基開裂的風(fēng)險(xiǎn)，最終推薦橋梁方案。

圖4 岳圩口岸高速公路漢邦至岜排段東線方案縱斷面圖

從以上實(shí)例可知，山區(qū)地形復(fù)雜區(qū)域，在整體上應(yīng)對(duì)高速公路的平縱橫設(shè)計(jì)進(jìn)行全局把控。 對(duì)局部段落，特別是地形陡峭段落，根據(jù)已探明的地質(zhì)情況、經(jīng)濟(jì)等因素進(jìn)行構(gòu)造物設(shè)置對(duì)比分析。 只有遵循先整體后局部的設(shè)計(jì)思路，才能從山區(qū)復(fù)雜的地形條件中，比選出經(jīng)濟(jì)合理的方案。

2.2 針對(duì)山區(qū)不良地質(zhì)的路線設(shè)計(jì)方案

山區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜， 如果未進(jìn)行地質(zhì)選線，按照平原及微丘區(qū)的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行高速公路路線方案設(shè)計(jì)，在公路建設(shè)過(guò)程中可能誘發(fā)大量工程地質(zhì)病害，致使工程造價(jià)大幅增加，同時(shí)也給通車后的運(yùn)營(yíng)安全留下隱患。

針對(duì)山區(qū)不良地質(zhì)問(wèn)題時(shí)， 在路線設(shè)計(jì)階段，應(yīng)貫徹執(zhí)行地質(zhì)優(yōu)先的理念，進(jìn)行地質(zhì)選線。 在山區(qū)高速公路勘察設(shè)計(jì)過(guò)程中，地質(zhì)選線的重要性得到了廣泛認(rèn)可。 如何做好地質(zhì)選線工作，成為山區(qū)高速公路路線方案成敗的關(guān)鍵。

做好地質(zhì)選線，應(yīng)遵循“八宜八不宜”設(shè)計(jì)原則[4]，即“宜避不宜擾、宜硬不宜軟、宜逆不宜順、宜穩(wěn)不宜亂、宜高不宜低、宜陡不宜緩、宜邊不宜埡、宜陽(yáng)不宜陰”。 在路線方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先應(yīng)在初擬地調(diào)路線方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行大比例尺工程地質(zhì)調(diào)繪，結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害報(bào)告，排除途徑地災(zāi)區(qū)域的走廊帶。 根據(jù)篩選后的路線走廊帶進(jìn)行適當(dāng)深度外業(yè)勘察，結(jié)合調(diào)查發(fā)現(xiàn)的不良地質(zhì)再對(duì)路線方案進(jìn)行對(duì)比。

以廣西壯族自治區(qū)百色市那坡至平孟口岸高速公路為例，根據(jù)地災(zāi)點(diǎn)進(jìn)行篩選后得到K、A 兩個(gè)比選方案（圖5）。K 線里程較長(zhǎng)但靠近縣城，有利于帶動(dòng)沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展。 A 線經(jīng)濟(jì)帶動(dòng)作用小，但里程短，并且與高速路網(wǎng)規(guī)劃更吻合。 從功能上分析，兩個(gè)方案非常有比較性。

圖5 那坡至平孟口岸高速公路起點(diǎn)段方案對(duì)比

經(jīng)外業(yè)勘察，兩個(gè)方案的沿線不良地質(zhì)情況見表4。通過(guò)地質(zhì)情況比較分析，K 線地質(zhì)巖性主要為薄層泥質(zhì)粉砂巖及頁(yè)巖， 線路位于那坡大斷裂中，沿?cái)嗔褞д共?，且?guī)r性較差，以薄層泥質(zhì)粉砂巖及頁(yè)巖為主，受其影響沿線可見較大型滑坡、崩塌等不良地質(zhì)發(fā)育。 A 線以軟巖及較硬巖為主，間夾軟弱夾層， 對(duì)公路建設(shè)不利，A 線前13 km 設(shè)有4 座隧道，共7 520 m，該區(qū)域灰?guī)r發(fā)育，易形成巖溶及地下暗河等不良地質(zhì)，對(duì)隧道建設(shè)極為不利。 考慮到巖溶地貌作為廣西地區(qū)廣泛分布的地質(zhì)現(xiàn)象，對(duì)高速公路建設(shè)造成的影響較大，且設(shè)計(jì)階段通常難以完全揭示其詳細(xì)的分布情況，因此將巖溶作為本項(xiàng)目地質(zhì)選線重點(diǎn)考慮因素。 A 線前13 km 都位于巖溶發(fā)育區(qū)， 對(duì)方案的設(shè)計(jì)造成極大不確定性，經(jīng)綜合分析，為規(guī)避可能存在的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，該項(xiàng)目最終推薦K 線方案。

表4 那坡至平孟口岸高速K、A 線不良地質(zhì)情況對(duì)比

以廣西壯族自治區(qū)百色市那坡至平孟口岸高速公路為例，在該項(xiàng)目終點(diǎn)路段，根據(jù)現(xiàn)狀地形條件布設(shè)了K、E 兩個(gè)路線方案（圖6），兩個(gè)方案的建設(shè)規(guī)模見表5，E 線的橋梁、 隧道規(guī)模均比K 線小，在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比選上E 線較K 線有優(yōu)勢(shì)。但經(jīng)外業(yè)勘察后發(fā)現(xiàn)，E 線地層為P1q 及P1m， 主要為灰?guī)r（圖7），根據(jù)調(diào)繪，隧道洞身標(biāo)高與已探明的暗河接近（圖8），雨季涌水量大，隧道洞身處已形成流水通道， 對(duì)隧道施工極為不利。 K 線沿線隧道地層為T2bf2+3，主要為粉砂巖，建設(shè)隧道較為有利。 考慮到在連通暗河灰?guī)r巖溶區(qū)建設(shè)隧道的風(fēng)險(xiǎn)較高，經(jīng)綜合比選，該項(xiàng)目最終推薦K 線方案。

表5 K、E 線主要工程規(guī)模比較

圖7 灰?guī)r巖溶區(qū)

圖8 暗河出口現(xiàn)狀圖

由以上實(shí)例可以看出，在設(shè)計(jì)前期，詳實(shí)的地質(zhì)調(diào)查對(duì)公路選線意義重大。 即便在地質(zhì)選線過(guò)程中要投入大量的地質(zhì)勘察工作，但相比于在施工和運(yùn)營(yíng)期間產(chǎn)生的安全風(fēng)險(xiǎn)和建設(shè)成本增加，前期的地勘投入是十分必要的。

2.3 針對(duì)環(huán)境保護(hù)的路線設(shè)計(jì)方案

山區(qū)高速公路建設(shè)的環(huán)境問(wèn)題，需要從路線設(shè)計(jì)著手，同時(shí)考慮施工、營(yíng)運(yùn)期間的環(huán)境保護(hù)措施，才能確保山區(qū)高速公路與環(huán)境和諧相處。

進(jìn)行總體路線設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)認(rèn)真貫徹交通運(yùn)輸部《關(guān)于實(shí)施綠色公路建設(shè)的指導(dǎo)意見》[1]的指導(dǎo)思想，全面貫徹以“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的設(shè)計(jì)理念，最大限度地保護(hù)農(nóng)田，避免大填大挖，最大限度地保護(hù)周邊環(huán)境，追求高速公路建設(shè)與自然景觀的完美結(jié)合。 注重貫徹生態(tài)選線、人文選線、節(jié)能選線以及“不破壞就是最大保護(hù)”理念，并結(jié)合沿線的自然風(fēng)光，與景觀設(shè)計(jì)配合，讓公路隱于自然，回歸自然。 統(tǒng)籌資源利用，實(shí)現(xiàn)集約節(jié)約，充分利用項(xiàng)目隧道洞渣作為石料來(lái)源，統(tǒng)籌規(guī)劃，大力推行廢舊材料再生循環(huán)利用，注重公路設(shè)計(jì)與建設(shè)的前瞻性，統(tǒng)籌考慮后期養(yǎng)護(hù)管理的功能性需要，合理設(shè)置檢修通道，著力實(shí)現(xiàn)綠色、生態(tài)、環(huán)保設(shè)計(jì)目標(biāo)。

2.4 針對(duì)國(guó)土空間規(guī)劃體系下的路線設(shè)計(jì)方案

為滿足國(guó)土空間規(guī)劃體系的要求，針對(duì)不可避讓“三區(qū)三線”路段，在山區(qū)高速路線方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從路基、橋梁、隧道等方面對(duì)路線方案的典型段落設(shè)計(jì)進(jìn)行比選，綜合分析路線方案對(duì)國(guó)土空間規(guī)劃體系內(nèi)“三區(qū)三線”的影響。

以廣西壯族自治區(qū)百色市那坡至平孟口岸高速公路為例，在項(xiàng)目終點(diǎn)路段，受到走廊帶的制約，路線不可避免地穿越者郎水源保護(hù)區(qū)并占用沿線永久基本農(nóng)田，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及紙上定線，擬定從一級(jí)水源區(qū)外東側(cè)穿過(guò)的G 線方案和從一級(jí)水源區(qū)外西側(cè)穿過(guò)的K 線方案進(jìn)行比選（圖9）。

圖9 那坡至平孟口岸高速公路終點(diǎn)段方案對(duì)比

從技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析，G 線方案路線里程短，隧道規(guī)模小，造價(jià)低，均優(yōu)于K 線方案；從對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響進(jìn)行分析，K 線方案以特長(zhǎng)隧道形式穿越者郎二級(jí)水源保護(hù)區(qū)， 對(duì)水源保護(hù)區(qū)的影響較小，優(yōu)于G 線方案； 從永久基本農(nóng)田占用情況分析，K線方案由于采用特長(zhǎng)隧道，幾乎不占用沿線永久基本農(nóng)田并且總占地面積也較小， 優(yōu)于G 線方案，如表6 所示。 雖然G 線方案較經(jīng)濟(jì)，但考慮到K 線方案對(duì)“三區(qū)三線”干擾和占用較小，更符合國(guó)土空間規(guī)劃，最終推薦采用K 線方案。

表6 那坡至平孟口岸高速公路終點(diǎn)段方案對(duì)比

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)的山區(qū)高速公路的建設(shè)受到多種因素的影響和限制，除了設(shè)計(jì)因素外，施工方式、后期運(yùn)營(yíng)模式都會(huì)影響到整個(gè)項(xiàng)目的質(zhì)量和運(yùn)營(yíng)周期，但設(shè)計(jì)尤其是路線設(shè)計(jì)仍然是山區(qū)高速公路建設(shè)中最為重要的環(huán)節(jié)。 因此在路線設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)注重統(tǒng)籌兼顧，充分權(quán)衡利弊，不斷調(diào)整和優(yōu)化路線方案，進(jìn)行方案對(duì)比，進(jìn)一步分析不同地質(zhì)與地形條件對(duì)方案的影響，從設(shè)計(jì)初期就要考慮盡可能減少工程建設(shè)對(duì)環(huán)境的破壞，并在符合國(guó)土空間規(guī)劃體系的框架下，選出最終經(jīng)濟(jì)合理的路線方案。