孫 廣

（北京建達(dá)道橋咨詢有限公司華中設(shè)計(jì)分公司,湖南 長沙 410000）

0 引言

高速公路在社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，隨著其建設(shè)里程的增加，沿線所遇地形條件錯(cuò)綜復(fù)雜，對工程設(shè)計(jì)提出了更高要求。例如，山區(qū)高速公路的建設(shè)條件和運(yùn)營條件相對特殊，地形、地質(zhì)、氣候、人文等因素均會對路線設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響，提高路線設(shè)計(jì)水平至關(guān)重要，需在此方面進(jìn)行技術(shù)探討。

1 工程概況

某山區(qū)高速公路工程項(xiàng)目，沿線以河流和山谷居多，路線穿梭于崇山峻嶺間，現(xiàn)場地形、地質(zhì)條件復(fù)雜，除妥善處理公路路基、修護(hù)公路邊坡等工作外，路線的設(shè)計(jì)也尤為關(guān)鍵，必須依靠科學(xué)的設(shè)計(jì)方案來保障公路正常建設(shè)和建成后的安全運(yùn)營。

2 山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)的基本思路

2.1 安全與生態(tài)環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)

安全是工程的第一要務(wù)，在設(shè)計(jì)階段需注重安全保障，保障公路施工過程中每位員工的人身安全和公路建成后的車輛通行安全。在項(xiàng)目開展初期，由專員深入現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地勘察，確定安全狀況良好的路線[1]。山區(qū)高速公路的設(shè)計(jì)需要綜合考慮到地形、地質(zhì)、氣候等因素，提前預(yù)測可能出現(xiàn)的異常狀況，在源頭上制定預(yù)防措施，盡可能降低公路工程建設(shè)階段和運(yùn)營階段的安全事故發(fā)生率。此外，山區(qū)高速公路建設(shè)的破壞性強(qiáng)，可能導(dǎo)致周邊生態(tài)環(huán)境受損，因此在設(shè)計(jì)階段還需考慮到生態(tài)環(huán)境保護(hù)要求，例如減少填挖工程量，減輕由于工程建設(shè)而導(dǎo)致的水土流失問題。

2.2 適應(yīng)地形

高速公路路線設(shè)計(jì)需充分尊重地形特點(diǎn)，例如平原地區(qū)可采用直線定位法，但對于山區(qū)高速公路而言，由于地形、地勢等條件的特殊性，該方法缺乏適用性，此時(shí)需考慮現(xiàn)場的地理?xiàng)l件和地勢走向，在路線選擇中富有針對性地應(yīng)用曲線定位法，以此來確保路線能夠滿足車輛安全通行的要求。公路選型需注重對現(xiàn)場地形的防護(hù)，盡可能減少對植被的破壞。在實(shí)現(xiàn)安全、質(zhì)量等基礎(chǔ)目標(biāo)外，還需考慮項(xiàng)目的成本控制要求。

3 山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)方法

3.1 紙上定線

（1）以小比例圖在控制區(qū)域內(nèi)研究路線布局，從中確定具有可行性的中間控制點(diǎn)。其中，地形圖的比例可為1∶5 000或1∶10 000，甚至更小。根據(jù)小比例圖進(jìn)行建設(shè)條件的分析，確定控制點(diǎn)間的地形、地貌等分布狀況，將設(shè)計(jì)路線選擇在地勢平緩?fù)瑫r(shí)山坡順直的區(qū)域，此時(shí)有利于公路工程建設(shè)活動的開展以及車輛的安全通行。

（2）在山嶺地段地形進(jìn)行高速公路的選線時(shí)，按照如下流程進(jìn)行：試坡→確定導(dǎo)向線→平面組成→修正導(dǎo)向線→修正曲線。經(jīng)過設(shè)計(jì)與修正后，提升山嶺地段公路選線方案的可行性。

3.2 公路的平面線形設(shè)計(jì)

（1）根據(jù)公路建設(shè)現(xiàn)場的地形條件進(jìn)行路面的平面線形設(shè)計(jì)工作，避免路段長度過短。若工程建設(shè)條件特殊，適當(dāng)減小路段長度，但必須保證道路與現(xiàn)場地形相適應(yīng)，不可對車輛的正常通行造成影響[2]。對于設(shè)計(jì)變更部位的選取，優(yōu)先考慮的是地形變化明顯或存在明顯物理變化的區(qū)域，原因在于駕駛員可更加直觀地掌握車輛行駛速度，根據(jù)前方路段特點(diǎn)提前進(jìn)行減速或提速，保障行駛安全。

（2）公路平面線形設(shè)計(jì)具有系統(tǒng)性，需協(xié)調(diào)好“平、縱、橫”的關(guān)系。追求平面線形的流暢性以及與周邊自然景觀的協(xié)調(diào)性，一方面為駕駛員和乘客提供安全保障，另一方面將公路與周邊自然環(huán)境融合，營造良好的視覺體驗(yàn)感，使駕乘人員在沿途行駛中獲得舒適感。

（3）在山區(qū)高速公路的線形設(shè)計(jì)中，除了從行駛力學(xué)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)以保障行車安全外，還需踐行人性化的理念，使駕駛?cè)藛T獲得舒適的視覺感受和心理感受，而在山區(qū)高速公路中，一項(xiàng)良好的線形設(shè)計(jì)方案也正需要滿足此類要求。換言之，山區(qū)高速公路線形設(shè)計(jì)需要從駕駛員視角出發(fā)，感受其在駕車過程中的視覺體驗(yàn)，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后保證視線的連續(xù)性，同時(shí)提升駕駛?cè)藛T對前方道路的預(yù)知能力，主動進(jìn)行駕駛行為調(diào)整，保障出行安全。在對駕駛員進(jìn)行合理的視線誘導(dǎo)時(shí)，可以借助護(hù)欄、照明燈具、植樹等方式而實(shí)現(xiàn)，但不可過度增設(shè)視線誘導(dǎo)設(shè)施，否則反而易干擾駕駛員對前方路況的正常判斷。

3.3 路線縱斷面設(shè)計(jì)

（1）在平原微丘陵地區(qū)設(shè)計(jì)高速公路的縱坡時(shí)，考慮精細(xì)化的設(shè)計(jì)要求，例如平原微丘陵區(qū)的公路建設(shè)涉及較大規(guī)模的填方工程，而填方施工需借土，借土則不可避免地侵占耕地[3]。并且，縱斷面設(shè)計(jì)也有其特殊性，例如丘陵區(qū)的縱斷有填有挖，可根據(jù)工程施工情況進(jìn)行動態(tài)管控，多填則減少挖方，多挖則減少填方，富有靈活性。而平原微丘陵區(qū)則頗為特殊，以路基寬度為33.5 m、縱坡設(shè)計(jì)線高為0.1 m的公路為例，其對填方料的需求量大，通常1 km增加約2 000～3 000 m3的填方量，為滿足填方作業(yè)要求，需進(jìn)行大規(guī)模的填方借土，對耕地的侵占量隨之增加。

（2）為使設(shè)置邊溝的填方段、橫向排水不暢路段及挖路段的雨水高效排出，需設(shè)計(jì)不小于0.3%的縱坡，否則路面排水效率降低，車輛行駛過程中雨水飛濺而阻礙駕駛視野。同時(shí)，路面存在較多積水時(shí)，車輪與路面間形成“水膜”，輪胎與路面可能打滑，車輛的可控性較差，可能由于轉(zhuǎn)向失控、剎車不及時(shí)等問題而出現(xiàn)側(cè)翻、甩尾等安全事故。因此，出于安全考慮，公路的縱坡需超過0.3%，若由于工程條件特殊而必須設(shè)置小于0.3%的縱坡時(shí)，適當(dāng)增加路面的橫坡，并進(jìn)行縱向排水設(shè)計(jì)，促進(jìn)路面雨水的高效排出。

4 山區(qū)高速公路路線選線實(shí)例分析

4.1 地質(zhì)選線

4.1.1 路線走廊帶的確定

某高速公路某A段為典型的地址選線，該線因該段地形起伏較大、切割強(qiáng)烈、邊坡陡立，滑坡、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象多成帶分布，而且邊坡沖蝕現(xiàn)象發(fā)育坡面小沖溝、沖蝕漏斗較多，尤其是在K88+800以后溝道兩岸特大型滑坡體連續(xù)交替發(fā)育對路線布設(shè)極為不利。鑒于此路線布設(shè)新的A路線方案—蒼溝方案。從地質(zhì)條件分析，雖然推薦線地形溝谷狹窄，有多處滑坡，但是與路線干擾較大的只有3處滑坡，其余可通過平縱面線形的調(diào)整進(jìn)行繞避，也可采用早進(jìn)洞的隧道方案繞避，或采取一定的工程治理措施確保高速公路的穩(wěn)定。而B路線方案溝內(nèi)共發(fā)育了22處滑坡，其中影響路線走向的就有19處，滑坡密集，難于治理，工程地質(zhì)情況較差。同時(shí)該方案還存在路線里程長、橋梁長的缺點(diǎn)，無明顯優(yōu)勢。所以仍推薦A路線方案。

4.1.2 路線方案的確定

當(dāng)確定好路線走廊帶方案后就主要研究在該段地形、地質(zhì)條件下如何既能避繞不良地質(zhì)，又能適應(yīng)地形滿足線形指標(biāo)還能控制工程規(guī)模。對此又做了2個(gè)方案進(jìn)行比選。

方案一：根據(jù)工可方案和初勘地勘資料的調(diào)繪成果，路線進(jìn)入A段后，沿A段彎曲河流與河谷交接部位穿行進(jìn)入長隧道。該方案充分利用了現(xiàn)有地形，在溝兩側(cè)臺地設(shè)線或緩坡處設(shè)線，雖然橋隧里程短，但還需核查路線途經(jīng)位置的地質(zhì)情況。

方案二：根據(jù)地質(zhì)勘察資料對每處滑坡的定性評價(jià)與路線的影響程度、治理難易程度，通過細(xì)致的方案優(yōu)化線位，仍以坡面設(shè)線為主，平面盡量避繞滑坡地帶并確?？v面也不擾動滑坡，當(dāng)溝道兩岸同為滑坡體時(shí)，選擇對路線影響較小、宜治理的一側(cè)，以半幅路基半幅橋?yàn)橹?、縱向橋?yàn)檩o，在河道順直、坡岸陡峭處則以縱向橋通過。該方案避讓了不良地質(zhì)，但增加了隧道長度，并產(chǎn)生了幾處高邊坡。因此該方案對不良地質(zhì)的影響和工程規(guī)模都達(dá)到了預(yù)期的控制，相比方案一是最具優(yōu)勢的，擬作為推薦方案。

4.2 安全選線

安全設(shè)計(jì)是以人為本，把安全性放在首位，采取一切方法和措施，保證公路設(shè)施自身安全及行車安全。每一個(gè)項(xiàng)目應(yīng)該在設(shè)計(jì)時(shí)增加人性化設(shè)計(jì)，不遺留安全隱患，重視交通標(biāo)志、標(biāo)線設(shè)計(jì)。以下為高速公路在選線時(shí)在安全設(shè)計(jì)方面考慮的因素。

4.2.1 選線時(shí)的安全設(shè)計(jì)

（1）平面幾何線形指標(biāo)的合理運(yùn)用。山區(qū)高速公路由于地形等條件的限制，無法采用較高的技術(shù)指標(biāo)。該段路線考慮到各種條件限制，針對不同的地形采用不同的技術(shù)指標(biāo)，并注意相鄰路段技術(shù)指標(biāo)的均衡、連續(xù)，做到高低指標(biāo)的合理過渡。通過采用數(shù)字仿真模擬行車對全線平縱技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果為：相鄰路段的速度差均≤20 km/h；線形自然流暢，無扭曲或去向不明現(xiàn)象，線形設(shè)計(jì)在視覺上能自然誘導(dǎo)駕駛員視線。

（2）加強(qiáng)縱面設(shè)計(jì)。主要是避免長陡縱坡的出現(xiàn)，對連續(xù)上（下）坡路段，進(jìn)行爬坡車道、避險(xiǎn)車道設(shè)置的論證。在設(shè)計(jì)時(shí)對2條車道連續(xù)上（下）坡路段爬坡車道、避險(xiǎn)車道的設(shè)置進(jìn)行了論證，通過對單向行車道的設(shè)計(jì)小時(shí)交通量和設(shè)計(jì)通行能力進(jìn)行計(jì)算，使全線各路段在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)均可維持設(shè)計(jì)采用的服務(wù)水平，經(jīng)論證表明無須設(shè)置爬坡車道。

4.2.2 實(shí)例分析

下面從某高速公路B段比較線方案闡述路線指標(biāo)從安全上考慮是如何應(yīng)用的。

方案一：該段路線出隧道后，平面與縱面幾何關(guān)系為R-734.65（-1%）、R-902.651（+0.4%）、R-750（+1.65%）、R-710（+2.2%）、R-1416.276（+1.25%）（隧道進(jìn)口段）、R-1428.641（+1.25%）（隧道出口段）、R-710（+2.75%）、R-843.195（+1.5%）、R-800（+1.5%）、R-710（+1.16%）、R-763.166（+2.5%）。該方案平縱面指標(biāo)連續(xù)均衡，但工程造價(jià)略高。

方案二：該段線位在K70+800處分離，設(shè)橋跨過溝谷至B段，而后沿南邊坡腳設(shè)線，取消設(shè)置隧道，改為路基高邊坡方案。之后跨溝設(shè)橋沿北側(cè)坡腳設(shè)線與推薦線重合。平面、縱面設(shè)置與方案一主要在隧道前后不同，其余基本相同。該方案將隧道改為路基方案后，平面指標(biāo)有所提高，工程造價(jià)有所降低，但存在前后線形指標(biāo)不太連續(xù)，而且該段落前接特大橋，后接隧道，縱面由西向東為連續(xù)下坡路段，車輛在行駛中，遇到平面指標(biāo)高的路段，容易產(chǎn)生超速行駛，若之后緊接平面為R-700 m左右的S型彎道，不利于車輛安全進(jìn)入隧道，存在安全隱患。因此，結(jié)合平縱面的幾何關(guān)系和工程規(guī)模，將該段路線方案再進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。

方案三：該方案主要針對平縱面的幾何關(guān)系和隧道及路基高邊坡段落進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的線位將高邊坡段線位右移45 m，沿溝道設(shè)線，將方案二中的高指標(biāo)同向曲線調(diào)整為徑向相連的S形曲線。優(yōu)化后高邊坡段落由230 m縮短至80 m長，高度由45 m降至24 m，橋梁增長了50 m。工程造價(jià)低于方案一、接近方案二。在行車安全上優(yōu)勢明顯，其他方面也較為合理，推薦方案三。

4.3 地形選線

路線布線應(yīng)盡量與地形走向相適應(yīng)順勢而行，使線形連貫、舒順自然流暢，給人良好的視覺效果。只有靈活運(yùn)用直線和曲線的組合巧妙地進(jìn)行線形布設(shè)，在盡可能減小工程規(guī)模和對環(huán)境破壞的情況下順應(yīng)地形的起伏，使司乘人員的視線隨著沿途的景觀連續(xù)運(yùn)動，既克服單調(diào)景觀引起的視覺疲勞，又增加了乘車的舒適性，只有這樣才能真正做到與地形相適應(yīng)，同時(shí)使路線平面順適、縱面均衡、橫面合理。

由于山區(qū)高速公路所經(jīng)地形復(fù)雜，選線過程中如果過分強(qiáng)調(diào)高指標(biāo)，不僅會加大工程量增加造價(jià)，還會造成大填、大挖和大護(hù)坡，嚴(yán)重破壞自然環(huán)境和生態(tài)平衡。因此山區(qū)高速公路選線應(yīng)結(jié)合迂回曲折的山體、高低起伏的地形，宜曲不宜直，合理地選用各種線形要素，在滿足規(guī)范的前提下盡量做到與地形地貌環(huán)境的結(jié)合。平曲線形可以采用對稱型、不對稱型、S型、卵形等多種曲線組合，在困難路段也可以采用左右分離、上下分離、半路半橋、半路半隧等多種分離式路基方式，做到與地形地勢的協(xié)調(diào)。

根據(jù)該高速公路所處地理位置的不同，可分為河流川道路線、溝谷丘陵路線、峽谷山嶺路線。這些路線的特點(diǎn)如下：

（1）河流川道路線：河流川道的地面高差變化較小，平面線形可采用較高的技術(shù)指標(biāo)，盡量避免采用長直線或小偏角，在避讓局部障礙物時(shí)要注意線形的連續(xù)、舒順。縱面線形應(yīng)結(jié)合橋涵、通道等構(gòu)造物的布局，合理確定路基設(shè)計(jì)高度，縱坡不應(yīng)頻繁起伏也不宜過于平緩。

（2）溝谷丘陵路線：路線應(yīng)隨地形的變化布設(shè)在確定路線平、縱面的同時(shí)應(yīng)注意橫向填挖的平衡。橫坡較緩的地段可采用半填半挖或填多于挖的路基，橫坡較陡的地段可采用全挖或挖多于填的路基。同時(shí)還應(yīng)注意縱向土、石方調(diào)配平衡以減少廢方和借方。應(yīng)進(jìn)行平、縱、橫三個(gè)面的綜合設(shè)計(jì)，不應(yīng)只考慮縱坡平緩而使路線平面指標(biāo)過低，或者只考慮平面直捷、縱坡平緩而造成高填深挖工程量過大，或者只考慮工程經(jīng)濟(jì)過分遷就地形而使平、縱面過多地采用極限或接近極限的指標(biāo)。

（3）峽谷山嶺路線：山嶺地區(qū)山水相隔，山高坡陡，谷深流急，地形曲折復(fù)雜。山嶺地區(qū)路線一般以順山沿河布設(shè)為主，必要時(shí)設(shè)置隧道，橫越山嶺。路線若按沿河設(shè)線，則是沿河谷兩岸布線，應(yīng)處理好河岸選擇、線位高低和跨河地點(diǎn)三者間的關(guān)系。并應(yīng)結(jié)合水文地質(zhì)情況處理好埡口，選擇縱坡應(yīng)力求均勻，平均縱坡及縱坡長度不要輕易超限，一般不應(yīng)設(shè)置反坡。

5 結(jié)語

綜上所述，經(jīng)過該文有關(guān)山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)的分析后，認(rèn)為這是一項(xiàng)具有復(fù)雜性和專業(yè)性的工作，對設(shè)計(jì)水平提出較高要求。在高速公路設(shè)計(jì)階段，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需高度重視路線設(shè)計(jì)，從現(xiàn)場地形、地勢等基礎(chǔ)條件出發(fā)，綜合考慮安全、質(zhì)量、成本控制等方面的要求，提出多項(xiàng)山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)方案，再作對比分析，確定最佳方案。