山區高速公路路線方案選擇

王添榮

（山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032）

引言

高速公路的建設過程是公路融入環境系統的動態過程。路線方案的選擇包括確定路線基本走向、路線走廊帶、路線方案至選定線位［1］。在滿足公路行業規范及功能要求前提下，使公路協調融入自然、人文環境，需要路線選線時綜合考慮系統內部各種關系以及外部環境系統各種限制因素。

1 山區高速公路選線特點和選線原則

1.1 山區高速公路選線特點

（1）矛盾特殊性。山區高速公路線位受平面障礙影響，常以沿河沿溝線、躍嶺線、山脊線為主。但路線選線更大的障礙由高程控制，其主要矛盾通常在縱斷面設計方面。選線需要有意識的根據地形變化展線以克服預定高差。（2）環境復雜性。山區地形的形成需要復雜的地質構造運動，不僅造成劇烈的高差變化，還使得不同段落的路線面臨不同的地形單元、地層巖性、構造體系、區域小氣候等。這些因素沿著路線變化頻繁，各路段路線方案論證的主要因素要區別對待。（3）反復優選性。高速公路選線前期工作分階段推進，山區高速公路沿線環境條件復雜，設計人員對項目的認識是一個逐步深入的過程，決定了路線選線不可能一蹴而就，是一個反復修改和不斷優化的過程。

1.2 山區高速公路選線原則

（1）服從國家、省級高速公路規劃網，考慮地方發展規劃和社會經濟發展條件。（2）路線起終點、中間控制點，應根據規劃和公路功能合理確定。主控制點決定路線基本走向，次要控制點服從路線走向。（3）嚴格控制縱斷面設計，盡量避免連續長大縱坡，追求平縱面設計的均衡和連續。連續長大下坡路段，中上部線形指標可適當降低，控制車輛運行速度。（4）為了避免大量的高填深挖，減少對自然環境的沖擊，應當靈活運用技術指標，結合地形地質，合理設置橋梁隧道等構造物。（5）沿線的地質調查、勘察要適度超前，及早避開嚴重的不良地質段落。（6）路線方案比選工作深度要足，減少方案遺漏，對可能的路線方案全方位優化、比選。

2 山區高速公路選線步驟

高速公路選線是項目前期工作非常關鍵的內容，滲透在公路前期工作的全過程，可以分為走廊帶選擇、段落方案比較和局部段落優化三個主要階段。（1）走廊帶選擇主要在項目可行性研究階段解決，選定走廊帶并做工程建設規模研究。（2）方案比較是路線選線工作量最大，研究深度較深的階段，是得出最優線位的關鍵，主要用于可行性研究和初步設計階段。（3）局部段落優化，是施工圖階段路線設計的主要內容，優化線位具體技術指標，得出“安全、環保、舒適、和諧、經濟”的路線方案。

路線方案選擇隨著工作深度和階段的不斷深入，其研究范圍逐漸由大到小，研究深度由淺到深，工作重心由宏觀到微觀。前一階段是后一階段的基礎，后一階段是前一階段的驗證。高速公路前期工作的各階段均不可或缺，每一階段都必須達到其工作深度和研究質量，才能減少返工。不遵照常規研究步驟，前階段研究深度不足，會使問題在后階段集中爆發，總體上增加前期研究成本和工期，可謂欲速則不達。

3 山區高速公路選線方法

3.1 地形選線

山嶺區地形復雜，山峰與溝谷高差大，區域水系清晰，為山區地形選線指明了方向，只能按需要順水沿溝布線，或者橫穿山嶺。順水沿溝線位根據山體位置的不同，可以選溝谷線，山腰線，山脊線。三種線位所面對的是不同的地形特征和地質條件，在路線方案研究時要解決的主要問題也不盡相同。

地形選線應注意關鍵因素：（1）縱面坡度要用足，爭取高程，不可無謂的展長線路，增大里程。特別是當路線跨越分水嶺等高程障礙時，若按直線方向定線，通常會不能達到預定高度，或者有過大的橋隧規模，這種情況尤其需要用足平均坡度沿地形展線。（2）要辯證處理縱面用足坡度的問題。在路線較長距離內，持續用足縱坡可能產生長大縱坡路段，對后期公路運營帶來困難。這種情況下，條件允許時結合地形地質條件，在縱坡設計上要適當留有余地。（3）路線展線過程中，一般不宜采用反向坡度，不利于克服高程困難，造成路線里程的增長。（4）路線展線應該先控制困難路段，再向條件簡單地段連接。通常山體的高位地形困難，展線空間不足，故可以從預定隧道洞口，或深挖方段起點開始，沿山體向下展線。

3.2 地質選線

長期以來，高速公路選線都是以地形選線為主，常常在選線初期沒有充分考慮沿線的一些區域性地質問題，對地質災害隱患，以及在工程影響下地災發展規律缺少充分的認識，導致前期預判不足，后期被迫處理不良地質病害，增大投資規模。路線設計之前，要先對走廊帶做地質調查及資料收集，結合初步地質資料選線后，再評價其地質方面優缺點。

地質選線應注意：（1）路線應避免平行于區域大型斷層，遠離發震斷裂帶。區域性的正斷層和逆斷層會使巖體張拉或擠壓，造成巖體完整性差，風化程度高，并伴有豐富地下水活動，對邊坡和橋隧穩定性帶來不良影響。當必須平行斷層設置線位時，應在斷層帶較窄部位通過，且線位宜布設在斷裂的下盤［2］，利于公路工程抗震。（2）隧道在褶皺地層應盡量避免在褶皺核部通過。背斜與向斜是褶皺的兩種基本形態。背斜核部呈拱形結構，具有一定承載能力，隧道洞頂不易掉落巖塊，但圍巖完整性很差；向斜核部為倒拱形，張裂隙切割的石塊容易從拱頂垮落，且向斜核部常有承壓水儲存，發生涌水對隧道建設不利。若必須修建隧道，宜選擇在褶皺的兩翼。（3）大型滑坡、崩塌巖堆、采空區、泥石流等不良地質段落，處置難度大。故對大型不良地質區域要早識別早避讓。對中型、小型的不良地質區域，可對治理方案和改線方案做技術經濟比選。（4）對于大規模的特殊性巖土，如深厚的大范圍軟土、強烈發育濕陷性黃土、中及強膨脹土等區域，一般也是盡量避讓更為經濟。（5）隧道作為深埋于地層的條帶狀結構物，對地質情況變化最為敏感。需要查明高地應力區、巖溶區、富水地層、瓦斯地層、斷層破碎帶等地質情況的勘察費用大、周期長，所以選線時應盡早避讓。

3.3 安全選線

在設計中對路線進行安全性評價，可以預防或減少運營期交通事故的發生。安全選線主要是線形設計過程中采用步驟：（1）以設計速度為依據，采用相應技術標準，確定平曲線各單元一般最小值，坡度和豎曲線最低技術指標，確定橫向力系數取值。（2）利用路線設計軟件，進行道路平縱面設計，注意平縱協調及環境配合，檢查相鄰單曲線參數間的關系，使其滿足路線規范提出的安全條件。（3）計算路線的運行速度，即V85 值，并對運行速度的協調性進行評價［3］，如安全性不達要求則需修改設計。（4）基于運行速度，計算停車視距，超高值，計算典型車輛的行駛穩定性。核查出有長大下坡情況，應該優化線形并采取必要的安全措施。（5）總體檢查或模型檢查，核實路線三維空間，檢查其安全性，進一步明確鄰岸鄰崖，積水積雪，團霧橫風，易發生交通事故次生災害路段的安全風險并采取應對措施。

3.4 生態選線

將保護生態環境作為一項控制指標，在高速公路選線時，就要主觀上考慮環保問題。遵循生態保護紅線由生態功能紅線、環境質量紅線和資源利用紅線構成的基本思路，嚴格按照優化開發、重點開發、限制開發、禁止開發的主體功能定位，根據沿線不同的生態區域調整路線走向和線形。公路建設的環保工作變的更加復雜，從生態和環保方面研究路線方案成為必須進行的工作內容，生態選線可以按照四個步驟執行：（1）掌握公路所在區域的生態環境區劃。作為路線環保設計的第一步，確定的研究區域要滿足方案研究和環境評價的要求，僅僅研究路線走廊帶范圍是遠遠不夠的，公路所在市縣的所有生態紅線管控區域都應該納入研究范圍。（2）路線的全局性地圖應囊括生態紅線各項專題，如自然保護區、風景名勝區、泉域等水資源保護區、礦產資源、森林濕地地質等各類公園。以此專題地圖為依據，確定、描述和評價公路與環境的關系及對環境影響方式，對公路建設期和運營期的影響應當全過程評價。該項工作需要專業的環境科學知識，評價應由公路設計人員牽頭，多學科的專家協作完成。（3）對可選方案沿線不同環境要素，按不同的影響權重給與不同顏色或陰影深度，將各種環境敏感區域在地形圖上疊加，即可得到環境影響復合地圖。據此可以避開生態最為敏感的區域，利于設計人員尋找到對環境影響最小的路線廊帶。（4）在選擇出的生態環境影響最小走廊帶內，結合地形地質設計可行的路線方案，對各條可選方案的優缺點進行評估，統籌方案經濟性、安全性、環境協調性，得出路線最佳方案。

4 山區高速公路智能選線

智能化的選線方法已經開始用于公路選線實踐，曠達系統可以在用戶設定的各種限制條件下，利用計算機系統快速產生優化路線方案，使用流程見圖1。

圖1 曠達系統智能選線流程

該系統采用數字地面模型，可以加入各種限制條件（地質、保護區、線形指標、環境敏感區、安全因素、交叉凈空、經濟指標等）。系統在選線過程中不會遺漏任何影響因素，還可通過曠達敏感性分析，較精確地比選各走廊帶綜合價值。系統經過迭代優化運算，可以為用戶生成一系列的優化路線方案。每條路線都可以提供主要工程量及費用，供設計人員比選。同時，該系統還可輸出各種報表、方案圖、三位動態漫游等成果，方便對業主及咨詢人員介紹和解釋。

智能選線系統的優勢：（1）不會遺漏重要的走廊帶，有利于尋找最有價值路線方案，避免重復工作。（2）能夠全面綜合考慮地形、地質、工程、經濟、環境和社會因素等選線限制條件，通過敏感性加權計算使決策更清晰。（3）效率大大高于人工優化。通過迭代計算，可以在短時間內逼近最優方案。（4）更加直觀、科學地展示各方案的優缺點，使咨詢專家、項目決策者清晰了解研究過程及推薦方案邏輯。

5 結語

山區高速公路選線工作，需要綜合考慮地形、地質、安全、環保等各種因素，分階段、逐步推進工作，從區域到走廊帶，從走廊帶到線位。選線工作內容也是從粗到細，從總體到局部，有步驟的從多條線位中比選出最優方案。傳統的選線工作主要為人工決策，更多的依靠設計人員經驗。隨著智能化路線方案決策系統的發展，公路選線方案必然會更全面、比選依據更量化、推薦方案唯一性更明確，選線工作效率及準確性得到極大提高。