王京力

（河北省交通規(guī)劃設計院，河北石家莊 050000）

0 引言

山區(qū)高速公路沿線具有山高、坡陡、溝深、地質情況復雜等特點，導致公路建設過程中面臨諸多難題與挑戰(zhàn)。為有效解決山區(qū)高速公路造價高、地質災害多、環(huán)保壓力大等一系列問題，在項目前期工作中應重點做好路線方案比選工作，從而保證高速公路總體方案的合理性和經濟性。因此，為實現(xiàn)山區(qū)高速公路“安全、便捷、高效、綠色、經濟”的建設目標，應加強對山區(qū)高速公路復雜路段路線方案的比選與優(yōu)化工作。

1 項目概況

太行山高速公路位于河北省西部山區(qū)，為《京津冀協(xié)同發(fā)展交通一體化規(guī)劃》重點項目，是穿越太行山集中連片特困地區(qū)的高速公路，項目定位為“扶貧路、致富路、旅游路、發(fā)展路”。太行山高速邯鄲段北起武安市礦山鎮(zhèn)，與太行山高速邢臺段相接，向南經武安市、涉縣，止于涉縣合漳鄉(xiāng)邰家口村東冀豫界，終點以橋梁跨越漳河，與河南省林桐高速相接。項目建設對便捷山區(qū)群眾交通出行、帶動太行山區(qū)脫貧致富具有重要意義。項目采用雙向四車道高速公路標準，設計速度80km/h，路基寬度24.5m，路線全長68.7km，共設置特大、大橋38 座，特長隧道1 座、中短隧道5 座，橋隧占比35%，另設置互通式立交6座，服務區(qū)2處，停車區(qū)1處。該項目于2016年開工建設，2019年底建成通車。由于項目沿線均為山區(qū)，為有效提升方案質量，降低工程投資，對該項目復雜路段路線方案的比選優(yōu)化進行分析。

2 路線布設原則

（1）路線布設遵循“安全、便捷、高效、綠色、經濟”理念，堅持高質量發(fā)展，堅持全壽命周期成本。路線方案是否合理不單純是路線專業(yè)本身的事情，而是總體方案的一部分。因此在路線布設時要緊緊把握總體設計要求，注重路線與路基、橋梁、隧道、互通立交等專業(yè)的協(xié)調。

（2）路線布設應靈活運用技術指標，做到“順勢而為”，與地形地貌相適應，避免對生態(tài)環(huán)境造成破壞。在路線方案選定時，應將橋梁、隧道、互通立交等作為路線方案的主要控制點，把握好“路服從橋（隧）”和“橋（隧）服從路”的辯證關系；針對橋梁段，應充分考慮橋梁結構選型的經濟性和跨越溝谷的墩臺位置，使橋梁方案更趨合理；針對隧道段，重點考慮隧道洞口位置的選擇，避免淺埋、偏壓及不良地質對隧道的影響；針對互通立交段，應考慮主線線形要求，合理確定互通形式。

（3）路線布設應堅持“少占耕地、少拆遷”原則。山區(qū)耕地資源寶貴，村莊分布相對分散，高速公路壓占耕地、房屋后往往難以另行選址安置。因此，路線布設要盡量避讓耕地和房屋拆遷，在滿足總體走向以及地方政府要求的前提下，開展精細化設計，擬定的方案應考慮降低施工難度，減少對沿線居民生產、生活的影響，實現(xiàn)公路建設與自然環(huán)境、人文環(huán)境的和諧統(tǒng)一[3]。

3 路線選線理念

3.1 標準選線

山區(qū)高速公路路線選線，應根據(jù)上一階段確定的技術標準，靈活運用線形指標。應針對規(guī)范要求的平、縱面指標深入研究，區(qū)分主次，具體設計中靈活運用，在保證安全和使用功能的前提下，盡量減小工程規(guī)模，降低工程造價。路線線形指標可按照主要、次要指標劃分，主要指標涉及安全的應嚴格執(zhí)行或從嚴掌握，次要指標一般是在滿足安全的基礎上，從美學等角度提出的，在一般情況下也應盡量遵守，但在受限路段增大指標付出較大代價時，則可采用極限值。

3.2 地形選線

山區(qū)地形復雜，溝壑縱橫，氣候環(huán)境多變，為更好地適應地形變化的特點，在路線選線中應遵循地形選線的理念，以減少對自然環(huán)境的影響。對于地形選線理念，主要是充分結合地形條件進行路線設計，如針對復雜路段可采用“半路+”設計方案，如“半路+半橋”、“半路+半隧”、“半路+棚洞”等，從而實現(xiàn)公路的傍山穿行，同時有效保護區(qū)域環(huán)境。在選擇橋位時，應盡量利用地形、地質條件較好的河岸，盡量避開不良地質；此外，在路線設計中還要根據(jù)地形、工程地質和水文地質等因素，綜合選取隧道洞門位置，在確保隧道建設條件的同時降低工程造價[4]。

3.3 地質選線

山區(qū)除地形復雜外，地質條件往往也比較復雜。常見的不良地質有滑坡、崩塌、順層邊坡、不穩(wěn)定斜坡、泥石流、巖溶、采空區(qū)等，特殊性巖土主要有濕陷性黃土、軟土、膨脹巖等。地質構造方面，活動斷裂對于路線方案制約較大，而針對隧道路段，構造向斜也會對隧道施工及運營產生不利影響。山區(qū)高速公路路線的選擇，往往受到不良地質的影響，這就要求在路線選線過程中，及時查明不良地質分布，有條件時首選避讓，若難以避讓必須穿越時，應做好相應的處理措施。

3.4 安全選線

山區(qū)氣候變化無常，本項目位于河北省西南部山區(qū)，該區(qū)域夏季常見集中性暴雨，冬季易積雪結冰，這些不利環(huán)境因素對高速公路的建設和運營安全影響較大。除氣象條件影響外，沿線地勢高差也會對高速公路的運營產生影響。因此，在開展前期設計時應遵循安全選線的理念，如遇特殊地形高差較大時，應進行多方案比選，通過迂回展線增加路線里程，降低路段平均縱坡。此外，在設計中還應采用運行速度理論檢查全線的平縱面線形，針對運行速度差較大、平縱配合不利、隧道洞門條件差等路段進行有針對性的優(yōu)化。

3.5 造價選線

結合以往項目經濟指標及本項目單價、運距等情況，在路線選線之初計算出路堤與橋梁、路塹與隧道、橋梁與隧道的造價指標臨界值，從造價角度指導路線方案的選定。深入研究橋梁與路基、隧道與橋梁、隧道與路基等工程方案的比選，在保證安全的前提下，優(yōu)選經濟合理的工程方案；力求“土石方區(qū)間平衡”，以此核查路線平縱設計，將路基借、棄方工程造價降至最低。

4 方案比選實例

本文以項目關防溝路段位置，對路線方案比選優(yōu)化情況進行介紹。涉縣關防溝路段山體植被茂密，溝底水量充沛，自然環(huán)境較好，此路段選線應重點考慮減少對環(huán)境的影響。另外，由于縱面存在連續(xù)下坡，路線方案的選擇應考慮連續(xù)下坡路段的縱面指標。

結合地形、地質情況，對該路段制約因素進行分析。東坡隧道出口至K52段，路線在關防溝西側山坡或溝內布線，其山坡自然地面坡度較陡，適合路基填方的路段不多，宜采用或橋梁或隧道的形式，且K44—K52 段橋隧比達80%，路基段挖方難以利用，挖方量基本等于棄方量[8]，其次K45—K48 路段是傳統(tǒng)民居文化片區(qū)，根據(jù)地方政府要求，要盡量不拆遷民房、少占地、不開挖山體、對景區(qū)少干擾，K41—K45 雖不是核心景區(qū)，但該路段與傳統(tǒng)民居文化片區(qū)相互連接，根據(jù)地方政府要求也應減少該路段的拆遷。

根據(jù)上述特點分析，設計階段在完成多個路線方案基礎上，經篩選后形成兩個方案進行比選。其中，K 線方案長約9km，路線起自西坡村，在西坡至江家村段沿關防溝西側山上布線，江家村之后受地形制約，路線沿關防溝底布設；D 線方案整體高程高于K線，其路線基本沿關防溝西側布線，西坡至江家村段路線平面與K 線基本一致，但縱斷面高程較高，在江家村之后路線轉向西側，為再次減少對關防溝的交叉，路線于大洼村西南設置順河橋和隧道。兩方案具體對比見圖1～3：

圖1 路線方案平面圖

圖2 K線方案縱斷面示意圖

圖3 D線方案縱斷面示意圖

縱面指標方面，兩方案均存在連續(xù)長陡下坡，K 線K44+750—K48+300 段存在連續(xù)長陡下坡，連續(xù)3.55km平均縱坡為2.95%；D 線路線高程整體較高，K44+750—K47+800 段存在連續(xù)長陡下坡，連續(xù)3.05km 平均縱坡為3.0%，兩方案縱面指標基本相當。

建設條件方面，K49+650—K49+750右側為泥石流、崩塌溝谷，K 線在溝口采用橋梁跨越，以隧道避讓崩塌段落，D 線在泥石流溝內采用橋梁跨越，隧道洞口位于崩塌段落，且有兩段臨崖，高差達90m，施工便道設置規(guī)模大，對山體破壞大。相比之下，K線優(yōu)于D線。

棄方數(shù)量方面，D 線深挖邊坡高達84m，為全線最高；棄方數(shù)量較K線多52萬方。

關防溝影響方面，K 線較D 線多交叉2 次，但在關防溝河道內的橋梁長度分別為310m 和270m，對關防溝的影響基本相當；同時該交叉位置在涉縣擬打造的景區(qū)范圍之外。

規(guī)模及造價方面，K 線建安費10.11 億元，拆遷房屋7 550m2，總造價11.07 億元；D 線建安費11.11 億元，拆遷房屋9670m2，總造價12.25 億元。兩方案相對，K線拆遷少，造價低。表1為路線方案比較。

表1 路線方案比較

經綜合比選論證，設計中推薦采用K線方案，整體工程造價降低1.18億元。

5 結語

在高速公路前期工作中，做好路線方案的比選優(yōu)化工作，對于降低工程造價、減少施工難度、提高運營效益等至關重要。高速公路路線主要是由平面、縱斷面、橫斷面等線形立體空間組成，除了線形設計之外，路線方案還與路基、橋梁、隧道等總體方案休戚相關。對于山區(qū)復雜路段路線方案的選擇，設計人員應提高對項目的整體把控，充分了解項目背景，梳理出項目特點、重點、難點，有針對性地提出對策措施。在路線方案研究時，貫徹標準選線、地形選線、地質選線、安全選線、造價選線等理念，對周邊制約因素作深入調查，不放棄任何可行方案，不遺漏有價值的方案，確保路線方案研究和比選深度滿足相關要求，最終選擇綜合占優(yōu)的路線方案，以提升設計質量，降低工程投資。