山區高速公路路線設計基本思路及選線方法研究

孫 廣

（北京建達道橋咨詢有限公司華中設計分公司,湖南 長沙 410000）

0 引言

高速公路在社會經濟發展中發揮著重要作用，隨著其建設里程的增加，沿線所遇地形條件錯綜復雜，對工程設計提出了更高要求。例如，山區高速公路的建設條件和運營條件相對特殊，地形、地質、氣候、人文等因素均會對路線設計產生影響，提高路線設計水平至關重要，需在此方面進行技術探討。

1 工程概況

某山區高速公路工程項目，沿線以河流和山谷居多，路線穿梭于崇山峻嶺間，現場地形、地質條件復雜，除妥善處理公路路基、修護公路邊坡等工作外，路線的設計也尤為關鍵，必須依靠科學的設計方案來保障公路正常建設和建成后的安全運營。

2 山區高速公路路線設計的基本思路

2.1 安全與生態環境防護設計

安全是工程的第一要務，在設計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。在項目開展初期，由專員深入現場進行實地勘察，確定安全狀況良好的路線[1]。山區高速公路的設計需要綜合考慮到地形、地質、氣候等因素，提前預測可能出現的異常狀況，在源頭上制定預防措施，盡可能降低公路工程建設階段和運營階段的安全事故發生率。此外，山區高速公路建設的破壞性強，可能導致周邊生態環境受損，因此在設計階段還需考慮到生態環境保護要求，例如減少填挖工程量，減輕由于工程建設而導致的水土流失問題。

2.2 適應地形

高速公路路線設計需充分尊重地形特點，例如平原地區可采用直線定位法，但對于山區高速公路而言，由于地形、地勢等條件的特殊性，該方法缺乏適用性，此時需考慮現場的地理條件和地勢走向，在路線選擇中富有針對性地應用曲線定位法，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場地形的防護，盡可能減少對植被的破壞。在實現安全、質量等基礎目標外，還需考慮項目的成本控制要求。

3 山區高速公路路線設計方法

3.1 紙上定線

（1）以小比例圖在控制區域內研究路線布局，從中確定具有可行性的中間控制點。其中，地形圖的比例可為1∶5 000或1∶10 000，甚至更小。根據小比例圖進行建設條件的分析，確定控制點間的地形、地貌等分布狀況，將設計路線選擇在地勢平緩同時山坡順直的區域，此時有利于公路工程建設活動的開展以及車輛的安全通行。

（2）在山嶺地段地形進行高速公路的選線時，按照如下流程進行：試坡→確定導向線→平面組成→修正導向線→修正曲線。經過設計與修正后，提升山嶺地段公路選線方案的可行性。

3.2 公路的平面線形設計

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

（2）公路平面線形設計具有系統性，需協調好“平、縱、橫”的關系。追求平面線形的流暢性以及與周邊自然景觀的協調性，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境融合，營造良好的視覺體驗感，使駕乘人員在沿途行駛中獲得舒適感。

（3）在山區高速公路的線形設計中，除了從行駛力學方面進行設計以保障行車安全外，還需踐行人性化的理念，使駕駛人員獲得舒適的視覺感受和心理感受，而在山區高速公路中，一項良好的線形設計方案也正需要滿足此類要求。換言之，山區高速公路線形設計需要從駕駛員視角出發，感受其在駕車過程中的視覺體驗，經過優化設計后保證視線的連續性，同時提升駕駛人員對前方道路的預知能力，主動進行駕駛行為調整，保障出行安全。在對駕駛員進行合理的視線誘導時，可以借助護欄、照明燈具、植樹等方式而實現，但不可過度增設視線誘導設施，否則反而易干擾駕駛員對前方路況的正常判斷。

3.3 路線縱斷面設計

（1）在平原微丘陵地區設計高速公路的縱坡時，考慮精細化的設計要求，例如平原微丘陵區的公路建設涉及較大規模的填方工程，而填方施工需借土，借土則不可避免地侵占耕地[3]。并且，縱斷面設計也有其特殊性，例如丘陵區的縱斷有填有挖，可根據工程施工情況進行動態管控，多填則減少挖方，多挖則減少填方，富有靈活性。而平原微丘陵區則頗為特殊，以路基寬度為33.5 m、縱坡設計線高為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，為滿足填方作業要求，需進行大規模的填方借土，對耕地的侵占量隨之增加。

（2）為使設置邊溝的填方段、橫向排水不暢路段及挖路段的雨水高效排出，需設計不小于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，路面存在較多積水時，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，可能由于轉向失控、剎車不及時等問題而出現側翻、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置小于0.3%的縱坡時，適當增加路面的橫坡，并進行縱向排水設計，促進路面雨水的高效排出。

4 山區高速公路路線選線實例分析

4.1 地質選線

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、切割強烈、邊坡陡立，滑坡、崩塌等不良地質現象多成帶分布，而且邊坡沖蝕現象發育坡面小沖溝、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交替發育對路線布設極為不利。鑒于此路線布設新的A路線方案—蒼溝方案。從地質條件分析，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整進行繞避，也可采用早進洞的隧道方案繞避，或采取一定的工程治理措施確保高速公路的穩定。而B路線方案溝內共發育了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，工程地質情況較差。同時該方案還存在路線里程長、橋梁長的缺點，無明顯優勢。所以仍推薦A路線方案。

4.1.2 路線方案的確定

當確定好路線走廊帶方案后就主要研究在該段地形、地質條件下如何既能避繞不良地質，又能適應地形滿足線形指標還能控制工程規模。對此又做了2個方案進行比選。

方案一：根據工可方案和初勘地勘資料的調繪成果，路線進入A段后，沿A段彎曲河流與河谷交接部位穿行進入長隧道。該方案充分利用了現有地形，在溝兩側臺地設線或緩坡處設線，雖然橋隧里程短，但還需核查路線途經位置的地質情況。

方案二：根據地質勘察資料對每處滑坡的定性評價與路線的影響程度、治理難易程度，通過細致的方案優化線位，仍以坡面設線為主，平面盡量避繞滑坡地帶并確?？v面也不擾動滑坡，當溝道兩岸同為滑坡體時，選擇對路線影響較小、宜治理的一側，以半幅路基半幅橋為主、縱向橋為輔，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，但增加了隧道長度，并產生了幾處高邊坡。因此該方案對不良地質的影響和工程規模都達到了預期的控制，相比方案一是最具優勢的，擬作為推薦方案。

4.2 安全選線

安全設計是以人為本，把安全性放在首位，采取一切方法和措施，保證公路設施自身安全及行車安全。每一個項目應該在設計時增加人性化設計，不遺留安全隱患，重視交通標志、標線設計。以下為高速公路在選線時在安全設計方面考慮的因素。

4.2.1 選線時的安全設計

（1）平面幾何線形指標的合理運用。山區高速公路由于地形等條件的限制，無法采用較高的技術指標。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指標，并注意相鄰路段技術指標的均衡、連續，做到高低指標的合理過渡。通過采用數字仿真模擬行車對全線平縱技術指標進行檢驗，檢驗結果為：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象，線形設計在視覺上能自然誘導駕駛員視線。

（2）加強縱面設計。主要是避免長陡縱坡的出現，對連續上（下）坡路段，進行爬坡車道、避險車道設置的論證。在設計時對2條車道連續上（下）坡路段爬坡車道、避險車道的設置進行了論證，通過對單向行車道的設計小時交通量和設計通行能力進行計算，使全線各路段在設計使用年限內均可維持設計采用的服務水平，經論證表明無須設置爬坡車道。

4.2.2 實例分析

下面從某高速公路B段比較線方案闡述路線指標從安全上考慮是如何應用的。

方案一：該段路線出隧道后，平面與縱面幾何關系為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%）。該方案平縱面指標連續均衡，但工程造價略高。

方案二：該段線位在K70+800處分離，設橋跨過溝谷至B段，而后沿南邊坡腳設線，取消設置隧道，改為路基高邊坡方案。之后跨溝設橋沿北側坡腳設線與推薦線重合。平面、縱面設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，平面指標有所提高，工程造價有所降低，但存在前后線形指標不太連續，而且該段落前接特大橋，后接隧道，縱面由西向東為連續下坡路段，車輛在行駛中，遇到平面指標高的路段，容易產生超速行駛，若之后緊接平面為R-700 m左右的S型彎道，不利于車輛安全進入隧道，存在安全隱患。因此，結合平縱面的幾何關系和工程規模，將該段路線方案再進行進一步的優化。

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

4.3 地形選線

路線布線應盡量與地形走向相適應順勢而行，使線形連貫、舒順自然流暢，給人良好的視覺效果。只有靈活運用直線和曲線的組合巧妙地進行線形布設，在盡可能減小工程規模和對環境破壞的情況下順應地形的起伏，使司乘人員的視線隨著沿途的景觀連續運動，既克服單調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，同時使路線平面順適、縱面均衡、橫面合理。

由于山區高速公路所經地形復雜，選線過程中如果過分強調高指標，不僅會加大工程量增加造價，還會造成大填、大挖和大護坡，嚴重破壞自然環境和生態平衡。因此山區高速公路選線應結合迂回曲折的山體、高低起伏的地形，宜曲不宜直，合理地選用各種線形要素，在滿足規范的前提下盡量做到與地形地貌環境的結合。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調。

根據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指標，盡量避免采用長直線或小偏角，在避讓局部障礙物時要注意線形的連續、舒順?？v面線形應結合橋涵、通道等構造物的布局，合理確定路基設計高度，縱坡不應頻繁起伏也不宜過于平緩。

（2）溝谷丘陵路線：路線應隨地形的變化布設在確定路線平、縱面的同時應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。同時還應注意縱向土、石方調配平衡以減少廢方和借方。應進行平、縱、橫三個面的綜合設計，不應只考慮縱坡平緩而使路線平面指標過低，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，或者只考慮工程經濟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。

（3）峽谷山嶺路線：山嶺地區山水相隔，山高坡陡，谷深流急，地形曲折復雜。山嶺地區路線一般以順山沿河布設為主，必要時設置隧道，橫越山嶺。路線若按沿河設線，則是沿河谷兩岸布線，應處理好河岸選擇、線位高低和跨河地點三者間的關系。并應結合水文地質情況處理好埡口，選擇縱坡應力求均勻，平均縱坡及縱坡長度不要輕易超限，一般不應設置反坡。

5 結語

綜上所述，經過該文有關山區高速公路路線設計的分析后，認為這是一項具有復雜性和專業性的工作，對設計水平提出較高要求。在高速公路設計階段，相關設計人員需高度重視路線設計，從現場地形、地勢等基礎條件出發，綜合考慮安全、質量、成本控制等方面的要求，提出多項山區高速公路路線設計方案，再作對比分析，確定最佳方案。