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        山區(qū)高速公路選線優(yōu)化研究

        2023-10-22 23:48:12熊雄張揚(yáng)
        運(yùn)輸經(jīng)理世界 2023年16期
        關(guān)鍵詞:高速公路公路優(yōu)化

        熊雄、張揚(yáng)

        (貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司,貴州貴陽(yáng) 550000)

        0 引言

        選線一直以來都是山區(qū)高速公路建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。選線質(zhì)量在很大程度上決定了后續(xù)建設(shè)質(zhì)量及運(yùn)營(yíng)安全性。因此,進(jìn)行初步選線時(shí),要明確山區(qū)高速公路選線優(yōu)化的重要性與必要性。同時(shí),需要就當(dāng)前存在的問題采取有效措施,對(duì)選線進(jìn)行必要的優(yōu)化。

        1 山區(qū)高速公路選線優(yōu)化重要性與必要性

        在山區(qū)高速公路工程建設(shè)中,選線是一個(gè)重要的步驟。這一步驟不僅涉及面廣,而且受到多種影響因素的制約,具有政策性和技術(shù)性的特點(diǎn)。合理的選線能夠節(jié)約工程建設(shè)成本、保證公路使用質(zhì)量,促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

        從節(jié)約和控制投資的角度來看,選線是一個(gè)面臨許多不確定因素和備選方案的階段,也是項(xiàng)目實(shí)施過程中最有可能減少投資的階段[1]。因此,可以將選線作為評(píng)價(jià)山區(qū)高速公路整體效益的重要指標(biāo),以獲得更高的運(yùn)輸效益、減少工程造價(jià)為選線目標(biāo)。

        然而,實(shí)際情況表明,選線階段容易出現(xiàn)以下問題:

        第一,路線評(píng)定時(shí)多將重點(diǎn)放在線形對(duì)比方面,依靠選線人自身的主觀判斷和相關(guān)經(jīng)驗(yàn),這樣必定會(huì)受到主觀偏見因素的影響。如果負(fù)責(zé)分析和評(píng)價(jià)工作的人員組成不同,考慮問題的角度也不同,最終得出的結(jié)論可能完全不一致,無法保證方案的選擇唯一性和正確性。

        第二,選線中存在重技術(shù)輕經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)象。盡管在選線的基本原則中已經(jīng)提出了必須做好技術(shù)經(jīng)濟(jì)計(jì)算的要求,但實(shí)踐中往往更注重技術(shù)可行性,對(duì)經(jīng)濟(jì)合理性的重視度不足,導(dǎo)致決策不夠科學(xué)。

        為了有效解決以上問題,在實(shí)際的選線工作中,需要充分考慮并做好優(yōu)化設(shè)計(jì),從不同的備選方案中選出最佳方案。

        2 山區(qū)高速公路選線現(xiàn)狀與存在的問題

        針對(duì)山區(qū)高速公路選線,可以根據(jù)選線方法將其分為以下幾種類型:實(shí)地定線、航測(cè)定線和自動(dòng)化選線,在復(fù)雜地形條件下,合理運(yùn)用這些方法。山區(qū)常見的線形包括沿溪線、山脊線、山腰線和越嶺線。

        不同選線方法以及存在的問題:

        第一,實(shí)地定線。這是過去最常用的公路工程勘測(cè)方式,由專門的選線人員根據(jù)計(jì)劃任務(wù)書的要求,對(duì)路線經(jīng)過的地區(qū)進(jìn)行勘察測(cè)量,然后通過反復(fù)比選,得出經(jīng)濟(jì)性最佳的路線。由于山區(qū)地形條件復(fù)雜,平縱面都會(huì)受到很大限制,而且大部分山區(qū)植被茂密,對(duì)設(shè)計(jì)人員的視線造成阻礙,使得選線人員不得不深入實(shí)地才能了解地形和地質(zhì)條件,否則會(huì)影響所得方案的可靠性,但這也給定線工作帶來了困難。通過以上分析可知,實(shí)地定線存在以下問題:其一,需要投入大量人力資源;其二,大部分工作在野外進(jìn)行,受氣候條件因素的直接影響,定線工作效率較低;其三,由于視野受限,實(shí)地選線人員僅能觀察到局部情況,無法全面把握整個(gè)路線的面貌,會(huì)導(dǎo)致最終方案存在一定的局限性和片面性[2]。

        第二,航測(cè)定線。借助航空攝影技術(shù)實(shí)施公路勘測(cè)是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)地勘測(cè)進(jìn)行的改革。航測(cè)相片能夠詳細(xì)和真實(shí)地反映地面的實(shí)際情況,不僅可以為航測(cè)成圖提供依據(jù),還可以作為選線的重要資料。在山區(qū)等交通條件較差或人煙稀少的地區(qū),借助航測(cè)技術(shù)實(shí)施公路選線可以減少野外工作量,有效改善勞動(dòng)條件。對(duì)于山區(qū)高速公路,可以通過合理運(yùn)用航測(cè)相片和鑲嵌復(fù)照?qǐng)D來建立相應(yīng)的模型,實(shí)施公路選線。這樣可以有效擴(kuò)大工作人員的視野,對(duì)沿線范圍內(nèi)的地形地貌進(jìn)行綜合觀察,并全面分析不同的路線方案,可在保證選線質(zhì)量的同時(shí),加快實(shí)際勘測(cè)效率。雖然航測(cè)技術(shù)在地形較為復(fù)雜的情況下有許多優(yōu)點(diǎn),但也存在一些問題亟待解決。例如,航測(cè)技術(shù)所需費(fèi)用相對(duì)較高,在山區(qū)很難大范圍推廣;在利用相片進(jìn)行實(shí)地放線時(shí)容易產(chǎn)生誤差[3]。

        第三,自動(dòng)化選線。在航空測(cè)量的基礎(chǔ)上,充分結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù),通過建立數(shù)字地面模型以及引入地理信息系統(tǒng)、CAD 技術(shù)和地質(zhì)信息系統(tǒng)等,將所有地形和地質(zhì)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī),由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成路線布置。然后通過分析和提煉,使線形組合達(dá)到最佳,減少工程量,并與自然地形和周圍自然景觀協(xié)調(diào)一致,最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)繪圖。這種選線方法需要先進(jìn)科技的支持,然而我國(guó)在此方面的研究相對(duì)較晚,目前未能普及應(yīng)用,無法滿足山區(qū)高速公路選線的需求[4]。

        第四,沿溪線。該路線通常沿山傍水布設(shè),交替出現(xiàn)懸崖峭壁和淺灘臺(tái)地,縱向布置相對(duì)較容易,但平面布置常受限制,活動(dòng)空間有限。在沿溪線的選擇中,相關(guān)工作人員需要確定路線是沿高線還是低線、選擇左岸還是右岸,并確定溪流的跨越位置。此外,還需充分考慮以下幾點(diǎn):首先,沿溪線直接受到洪水的影響和威脅,特別是當(dāng)路線標(biāo)高相對(duì)較低時(shí),必須詳細(xì)了解洪水的實(shí)際情況;其次,路線經(jīng)常遇到懸崖陡壁或不良地質(zhì)段,由于路線回避余地有限,因此防護(hù)處理工程量通常較大,現(xiàn)場(chǎng)施工面臨一定困難;再次,路線經(jīng)常與支流交匯,需要修建許多人工結(jié)構(gòu)物,如橋梁和涵洞,以及防護(hù)工程;最后,河谷兩岸多為耕地,路線與農(nóng)田、相關(guān)設(shè)施之間的矛盾問題突出。上述問題給選線工作帶來了很大的困難[5]。

        第五,山脊線。由于山脊的高低不同,所以路線起伏較大,在平面上呈現(xiàn)出很大的曲線,常常需要繞過地形限制,增加路線長(zhǎng)度,占用大量林地。同時(shí),水源或建材的缺乏也給現(xiàn)場(chǎng)施工帶來很大的不便,特別是在高山地區(qū)的山脊部分。山脊的埡口高度不一,加上平面上的彎曲,因此不論是埡口位置的選擇、側(cè)坡的布置,還是控制點(diǎn)之間的路線布置都存在很大的困難。

        第六,山腰線。山腰的表面往往不整齊,或凸出或凹進(jìn)或呈雞爪狀,也會(huì)因?yàn)槠旅孢^于陡峭使路線頻繁從溪溝上跨越,導(dǎo)致橋涵增多,使里程延長(zhǎng),或占用大片的林地,增加工程量和造價(jià)。

        第七,越嶺線。若控制點(diǎn)存在必須跨越的山嶺,往往會(huì)用到越嶺線。越嶺線同樣會(huì)給選線帶來一些問題,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:其一,越嶺線在縱面大多是連續(xù)升坡,高差變化明顯,平面上則迂回曲折,導(dǎo)致里程被大幅延長(zhǎng);其二,經(jīng)常遇到復(fù)雜的地形,如陡峻的山坡等,使陡彎數(shù)量增多,既影響線形又會(huì)增加工程量;其三,越嶺線的隱蔽性往往較差,無論是材料運(yùn)輸還是施工養(yǎng)護(hù)都比較困難;其四,低埡口的高差較小,且展線距離不長(zhǎng),導(dǎo)致和高埡口之間存在很大的矛盾;其五,對(duì)越嶺線而言,大部分坡點(diǎn)是分段控制平均縱坡進(jìn)行布設(shè)的,設(shè)計(jì)難度較大,涉及縱坡大小的確定和采用何種路基形式等[6]。

        3 山區(qū)高速公路選線優(yōu)化措施

        選線是公路設(shè)計(jì)工作中至關(guān)重要的環(huán)節(jié),在該環(huán)節(jié)不僅需要解決工程和經(jīng)濟(jì)等實(shí)際問題,還要充分考慮公路與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)性,處理好公路與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系,使公路的線形既具有實(shí)用性又具備美觀性,同時(shí)要考慮駕駛員的視覺和心理反應(yīng)。優(yōu)化選線的必要性在于避免出現(xiàn)各種問題,尤其是環(huán)境方面的問題。如果公路選線不合理,可能會(huì)引發(fā)土地或耕地大量占用、導(dǎo)致各類地質(zhì)災(zāi)害、影響生態(tài)敏感區(qū)、產(chǎn)生廊道效應(yīng)、引發(fā)水土流失、造成噪聲和振動(dòng)干擾、導(dǎo)致水體和大氣污染、涉及拆遷安置、造成出行阻隔、影響景觀資源保護(hù)、影響其他現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施等一系列問題。

        3.1 正確掌握并利用相關(guān)政策與原則

        隨著國(guó)家對(duì)公路建設(shè)的投入不斷增加,公路建設(shè)的速度明顯加快。在這種情況下,國(guó)家和地方都出臺(tái)了相關(guān)政策,對(duì)公路建設(shè)有積極的促進(jìn)作用。然而,不同地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和財(cái)力狀況存在差異,各地區(qū)的配套政策也各不相同。

        因此,進(jìn)行公路選線時(shí),必須正確掌握并充分利用相關(guān)政策與原則。具體而言,需要注意以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:

        第一,正確認(rèn)識(shí)公路自身使用性質(zhì)與任務(wù)。

        第二,減少土地資源占用,尤其是要減少占用良田,以創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

        第三,嚴(yán)格遵循因地制宜和就地取材的原則,最大限度利用當(dāng)?shù)夭牧稀?/p>

        第四,預(yù)防和解決可能出現(xiàn)的后遺病害問題,提高選線方案的經(jīng)濟(jì)性[7]。

        3.2 準(zhǔn)確掌握相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

        由于受到地形條件的限制,選線過程中如何正確應(yīng)用相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),成為能否充分體現(xiàn)項(xiàng)目自身優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵。對(duì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的掌握必須具備靈活性,既要保證線形的美觀與流暢,又要?jiǎng)?chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)條件。

        3.3 做好線形優(yōu)化

        山區(qū)地形起伏大、地貌復(fù)雜,如果公路路線穿越村鎮(zhèn),則可能導(dǎo)致線形不佳,增加交通事故的發(fā)生率。因此,在線形設(shè)計(jì)中應(yīng)注重以下幾點(diǎn):確保平曲線指標(biāo)均衡,避免出現(xiàn)過大的填挖工程。同時(shí),需要注意避免不利的組合,如長(zhǎng)直線與大縱坡的結(jié)合。設(shè)計(jì)坡道時(shí),應(yīng)充分考慮地形條件,避免連續(xù)的縱向起伏,并避免過于追求縱向指標(biāo)而導(dǎo)致填挖工程過度集中。

        3.4 大中橋的布置必須服從于路線總體走向

        山區(qū)高速公路直接受到地形條件的限制和沿線水系的影響,所以在橋位勘測(cè)定線過程中必須改變以往“以橋?yàn)楹诵?、以路為輔”的做法,而是要在符合橋梁各項(xiàng)技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上,做到順路線而定。

        3.5 充分考慮山區(qū)范圍內(nèi)野生動(dòng)植物的生存條件

        在山嶺重丘區(qū)中,要注意減少對(duì)原地貌造成的破壞,根據(jù)實(shí)際的地形和地貌,充分考慮路基橫斷面造成的影響,掌握好路基中線具體位置,做到靠山不大挖和鄰坡不懸空。此外,如果公路建設(shè)改變了地形的原有特征,也會(huì)影響生態(tài)平衡,應(yīng)避免出現(xiàn)新的人為災(zāi)害,如避免動(dòng)物橫穿馬路引發(fā)安全事故[8]。

        3.6 密切關(guān)注氣候條件與地質(zhì)情況

        在山區(qū)高速公路選線過程中應(yīng)深入了解多年來的自然規(guī)律可能對(duì)公路造成的影響,盡量避開風(fēng)口、深路塹,并適當(dāng)放緩邊坡,以減少積雪。此外,盡量走陽(yáng)坡,以防止結(jié)冰。

        3.7 加強(qiáng)線形綜合評(píng)價(jià)

        良好線形所帶來的實(shí)際益處包括行駛效率的提高、節(jié)省時(shí)間和減少交通事故的發(fā)生,以及安全性和舒適性的提高,這些方面均應(yīng)作為收益評(píng)價(jià)指標(biāo)。

        3.8 公路安全性和美觀性的協(xié)調(diào)

        單調(diào)的公路設(shè)計(jì)不僅會(huì)影響公路的美觀度,還會(huì)對(duì)安全行駛產(chǎn)生負(fù)面影響。單調(diào)的設(shè)計(jì)可能削弱駕駛者的視覺感知能力,從而降低對(duì)安全駕駛的警覺性。因此,公路設(shè)計(jì)不僅需要考慮適宜的線形,還應(yīng)與周圍環(huán)境融為一體,為駕駛者和乘客創(chuàng)造愉悅感和安全感。要實(shí)現(xiàn)公路與景觀的良好配合,需要深入分析環(huán)境和公路的相容性,并進(jìn)行景觀配套設(shè)計(jì),制訂切實(shí)可行的實(shí)施方案。

        在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中,可以采取以下措施保證公路設(shè)計(jì)效果:

        第一,盡量減少對(duì)公路周圍自然地形、地貌、植被和現(xiàn)有建筑物的破壞,以保持自然景觀的良好狀態(tài)。

        第二,在縱面設(shè)計(jì)過程中,與原地面坡度接近,以減少對(duì)自然環(huán)境的破壞,并減少工程量。

        第三,在橫斷面設(shè)計(jì)中,確保邊坡的形狀和綠化與現(xiàn)有景觀協(xié)調(diào)一致。

        第四,將公路構(gòu)造物視為平衡公路和自然景觀關(guān)系的措施,結(jié)合技術(shù)和景觀要求進(jìn)行合理選型。

        第五,科學(xué)組合不同類型的景觀,為駕駛者提供緩慢的視覺變化,以提高行車安全性和舒適性。

        第六,進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓肪G化,以改善空氣質(zhì)量、減少揚(yáng)塵、防風(fēng)擋雷、減少噪聲,并提供視線引導(dǎo)[9]。

        4 結(jié)語

        綜上所述,選線優(yōu)化對(duì)保證山區(qū)高速公路線形合理性、安全性和經(jīng)濟(jì)性有重要意義。前文在交代山區(qū)高速公路選線優(yōu)化重要性與必要性的基礎(chǔ)上,對(duì)山區(qū)高速公路選線現(xiàn)狀及相應(yīng)的優(yōu)化措施進(jìn)行了初步分析與總結(jié),以期為山區(qū)高速公路選線優(yōu)化工作提供參考,實(shí)現(xiàn)預(yù)期的優(yōu)化目標(biāo),為后續(xù)山區(qū)高速公路建設(shè)與運(yùn)營(yíng)奠定良好的基礎(chǔ)。

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