談山區二級公路路線設計體會

趙 鑫

(山西路恒交通勘察設計咨詢有限公司，山西太原 030006)

公路路線設計是公路設計的靈魂，線形設計的好壞直接影響著整個工程的優劣、投資和運營安全等，山區公路地形、地質條件的復雜性更決定了路線設計的復雜性。通過幾年來山西呂梁地區二級公路路線設計工作實踐，談一談自己的心得體會。

1 建設背景

山西省地處華北西部的黃土高原東翼，地形較為復雜，境內有山地、丘陵、高原、盆地、臺地等多種地貌類型，其中山區、丘陵占總面積的2/3以上。氣候特點為冬季長而寒冷干燥;夏季短而炎熱多雨;春季日溫差大，風沙多;秋季短暫，氣候溫和。屬溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫3℃～14℃，晝夜溫差大，南北溫差也大。山西省礦產資源十分豐富，在世界上已利用的150多種礦產中，目前山西已發現117種，其中已探明儲量的礦種62種，45種主要礦產資源的潛在價值量和人均量均居全國第一位，絕對量居全國第二位，以煤、鋁土、鐵等為主。煤炭資源得天獨厚，分布在全省90多個縣(市、區)內。呂梁市已探明的礦藏有40多種，主要有煤、鐵、鋁釩土、白巖石、煤層氣等。全市54.3%的地下蘊藏著煤炭，儲量1 538億t，被譽為“國寶”的4號主焦煤儲量達62億t;鐵礦石探明儲量9.88億t，占山西的36%;鋁釩土遍及11個縣市區，已探明儲量4.4億t，占山西儲量的46.4%。呂梁是全國最大的優質主焦煤生產基地。近幾年依托煤炭資源優勢，已經成為山西省最大的焦炭生產基地，焦炭占山西省總量的1/4。2008年以來，隨著山西煤炭資源整合的進程發展，產業布局和道路運輸結構調整，同時國家為應對經濟危機，擴大內需、加快基礎工程建設，山西迎來了公路建設的小高潮。

2 公路選線

選線是線形設計中最重要的環節，是根據已經批準的設計標準、規模、起終點以及主要控制點，結合沿線自然、社會環境、構造物的布設等情況確定線位，直接關系著技術標準的運用是否合理、工程投資、實施難易程度和社會影響等。國外公路發展歷史較長，體制較為完善，一般公路設計團隊包含:交通工程師、生態學家、運輸與城市規劃者、景觀建筑師、歷史學家、生物學家、地質學家、心理學家等。目前我國也正趨于完善，公路前期立項就包含了環境評價、水土保持、土地預審、防洪防災等專項評估。選線首先要了解區域地形、地質、氣候特征、社會環境以及交通運輸特點和車輛構成等特點，就呂梁市而言，區域特點為:地形復雜、山體滑坡、崩塌、巖溶、采空區等地質病害較多，特殊性巖土(濕陷性黃土)分布范圍廣，同時煤炭開采區域分布廣，運輸車輛以大型運煤車輛為主的特點。

結合項目區域特點，除按照有關標準、規范要求外，選線還應重視以下幾點:

1)加強前期地質調查工作，路線應繞避活動斷裂帶、大型滑坡、泥石流等不良地質路段，同時應避開自然保護區或水源保護范圍。

2)對占用耕地的考慮。耕地是不可再生資源，山區耕地數量少，可能是居民祖輩生存的唯一手段，一旦被占用，將被迫改變生存方式且容易激發社會矛盾。

3)避免對沿線村鎮生產生活環境的影響，不但要盡量避免拆遷，還要盡量避免因建設公路對居民往來、農耕的阻斷以及對農田水利灌溉設施的阻斷。

4)以運行車速理論指導路線方案選擇和路線設計，從根本上解決安全問題。公路相鄰路段線形指標不均衡，銜接不合理，會使車輛行駛速度出現較大懸殊，從而導致交通事故。從實際使用角度，應充分考慮當地氣候條件和車型構成特點，應盡量避免采用較大縱坡，從多條道路實地調查情況分析，當縱坡大于5%且符合標準要求時，冬季道路結冰車輛通行能力明顯變差，經常發生交通擁堵且交通事故率明顯提高。

5)從建設、養護、運營、管理等方面進行全面經濟比較，路線盡可能的布設在陽坡面，哪怕近期可能增加投資，但有利于后期養護、運營安全等。

6)擇優處理路線避讓采空區和壓覆資源問題。據統計，山西省采空區面積已達2萬km2，約占全省國土面積的1/8，對資源環境、地質環境、基礎建設環境及民生環境造成一定程度的不良影響。山西省是一個煤炭大省，同時也是一個采空區大省，更是一個采空區的治理大省。公路工程作為一種規模宏大的線性工程，具有空間跨度大、涉及的地質病害種類多、范圍廣等特點。采空區作為一種特殊的地質病害，具有隱蔽性強和處治費用高的特點，公路建設不可避免要遭遇這一問題。在過去的采空區公路建設中，首選的原則是避讓。但近年來情況已發生變化，因避讓采空區而過多地壓覆資源和占用良田給社會與經濟的綜合發展帶來新的問題，是避讓采空區還是壓覆資源與保護耕地，三者應并重考慮、權衡利弊、擇優而行。

3 線形幾何設計

1)技術指標的靈活掌握。規范對不同技術標準條件下路線設計指標作出了詳細規定，給出了線形設計的一般原則，以及運用技術指標時應注意的若干問題。但為避免在實際應用中盲目追求高指標增加工程投資和對環境的破壞，或者以達到標準要求為底線不注重行車安全和使用功能。所以在實際操作中應將技術指標分為主要指標和次要指標。主要指標凡是涉及安全性的指標或者計算參數都應嚴格執行。盡量采用較高指標;次要指標一般是在滿足行車安全的基礎上，從美學和行車舒適等角度提出的，一般情況下按規范要求執行，當對自然資源、生態環境等方面造成較大影響時，則應靈活掌握。經過查閱資料，提供技術指標要點表供參考(見表1)。

表1 技術指標運用要點參考表

2)平面設計。

a.緩和曲線。緩和曲線的設置除考慮超高與加寬過渡之外，在二級公路設計中也作為基本線形要素，應按照規范要求運用。在地形條件復雜路段，緩和曲線長度滿足超高和加寬過渡時，為適應地形，A值宜取較小值，緩和曲線長度短些，偏移值小，圓曲線半徑相應可大些，技術指標相應較高，使線形順應地形，減少工程量。

b.圓曲線。山區受地形、地質、生態等自然條件限制，選用較大曲線半徑一般不經濟。盡可能的選用不小于極限半徑3倍或一般最小值2倍的曲線半徑，使其超高控制在4%以內。根據區域實地調查情況看，冬季積雪冰凍路段超高大于4%時，大型車輛運行速度低，且重心高，發生側向滑移現象比較普遍。

c.直線。對于設計速度不小于60 km/h的公路，山區反向曲線間直線距離一般較容易滿足，同向曲線間直線距離一般較難滿足，為了追求直線長度，減小曲線半徑，降低指標不盡合理。可插入反向曲線進行調整，由于地質原因或環境破壞嚴重實在無法調整時，可突破一般規定值，將兩側緩和曲線曲率半徑大于不設超高半徑部分的長度計入規定的6V長度內進行檢驗，但純主線長度應控制在4V以上。

3)縱面設計。縱面設計中除保證路基安全穩定，還需考慮構造物泄洪問題。坡度選擇應根據道路功能充分考慮重型運煤車輛通行因素。縱坡以不大于5%為宜，山區地形復雜實際操作中避免不了大于5%縱坡路段，應優先考慮重車上行方向不大于5%，重車下行方向可突破5%，當長距離大縱坡時，可采取降溫池、避險車道等交通安全設施保障行車安全。

對于連續上坡或下坡路段，按規范設置緩坡，但設計速度不小于60 km/h的公路，緩坡等于3%時應參與坡長換算，避免縱坡超標。

4)平縱組合設計。平縱組合設計除按規范控制平包豎、積雪冰凍地區合成坡度、平縱協調以外，還應從安全上避免以下情況出現:

a.較小凸形豎曲線(小于2倍最小值)頂部或凹形豎曲線底部，出現在平曲線拐點;

b.直線上的縱面線形出現駝峰、暗凹、跳躍等使駕駛員視覺中斷的線形;

c.直線段內設短的豎曲線;

d.平縱組合不理想的狀態下出現較小豎曲線半徑(小于2倍最小值);

e.在長直線上設置陡坡及曲線長度短、半徑小的凹形豎曲線。

4 運行速度和行車視距檢驗

路線綜合設計完成后，應運用公路設計軟件建立地面數字模型和道路三維模型，對道路運行速度檢驗，同時對特殊路段進行行車視距檢驗。對于相鄰路段運行速度差值超過20 km/h時，就應分析原因改善平縱組合或技術標準，使運行速度均勻變化。視距檢驗不滿足要求時，可通過改善線形、超挖視距臺等方式進行調整，同時輔助警示標志或標線加以提示(見圖1)。

圖1 行車視距檢驗

5 結語

設計好一條公路需要多學科、多個部門綜合配合才能達到預期效果，線形設計更是一條公路的設計靈魂。由于各條公路服務功能、自然地理環境不同，因此設計理念和設計原則差異較大。這就要求路線設計人員具有較高的綜合素質，同時要不斷總結經驗，收集規劃、設計、建設、管理、養護以及用路者意見和建議，積累項目各個階段投資控制的情況，建立數據庫，進行設計、運營后評價，站在不同角度審視設計方案。精心設計、精益求精，為我國公路建設事業盡一份微薄之力。