復雜山區高速公路總體設計淺談

王茂

（四川公路工程咨詢監理公司，四川成都610031）

復雜山區高速公路總體設計淺談

王茂

（四川公路工程咨詢監理公司，四川成都610031）

隨著高速公路建設向復雜山區延伸，特殊建設條件帶來的高山、高差、高地震烈度和復雜地質情況對總體設計提出了更高的要求。就復雜山區高速公路多方案比選、技術指標靈活運用、防災抗災、長大縱坡、生態環保、結構物設置及型式選擇、互通選型、造價控制等諸多問題進行了初步探討。

復雜山區；高速公路；總體設計；防災抗災；生態環境保護

0 引言

隨著高速公路路網的不斷完善，高速公路建設不斷向復雜山區延伸，困難的地形、復雜的地質、巨大的高差和高地震烈度對高速公路的路線總體設計提出了更高的要求。以云南沾益至會澤高速公路為例，就復雜山區條件下的高速公路總體設計的關鍵性問題及主要對策措施進行簡要分析。

1 工程概況

沾益至會澤高速公路地處云南省東北部，路線走向總體為自東向西。路線起于曲靖市宣威熱水鎮海德村以東，接待建的杭州至瑞麗高速公路（G56），途經沾益縣德澤鎮，止于會澤縣田壩鄉板坡村打板坡，接在建的銀川至昆明高速公路（G85）。

沾會高速采用設計速度80 km/h的4車道高速公路標準，路線全長34.753 km。

1.1 氣象水文

沾會高速位于北回歸線以北，屬亞熱帶濕潤季風氣候區，多年降水量700～1400 mm，歷年平均氣溫在12.7～13.7℃，地表水體主要屬于金沙江一級支流牛欄江水系。

1.2 地形

沾會高速位于云南高原東部，均屬于構造侵蝕、溶蝕地貌類型，地面標高一般在海拔1720～2180 m，次級地貌主要有石牙原野、峰叢洼地、河間地塊及中山。

1.3 地質

沾會高速位于沾益“山”字型構造西翼與新華夏系構造的復合地帶，構造較為復雜。地層時代較為齊全，除白堊系、志留系、奧陶系地層缺失外，自震旦系至第四系松散堆積均有出露。主要不良地質有崩塌、泥石流、危巖、巖溶等，特殊性巖土有人工棄土、紅黏土（次生紅黏土）、膨脹（巖）土等。

1.4 地震

沾會高速位于鮮水河—滇東地震帶，屬于青藏高原中部地震區。根據《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306—2001），全線抗震設防烈度Ⅶ～Ⅷ度，屬于地震強烈活動區（見表1）。

表1 沿線地震動參數區劃表

2 復雜山區高速公路建設的關鍵性技術問題

復雜山區高速公路的地域特點決定了其面臨極其特殊的地形條件、極其復雜的地質條件、極其脆弱的沿線環境、極其困難的項目建設、極其艱巨的工程實施等突出矛盾。以這些矛盾為出發點，如何靈活應用技術指標、多方案比選、長大縱坡控制、防災抗災、保護生態、棄渣處置、互通布設、橋梁選型、造價控制等成為復雜山區高速公路建設的關鍵性技術問題。

2.1 靈活應用技術指標，多層次方案優選，控制造價問題

受地形困難、地質復雜、生態脆弱等建設條件控制，復雜山區高速公路橋隧比例高、規模大，工程造價高，投資巨大。

如何結合艱巨復雜的建設條件，著力于防災避災、抗災減災、生態保護，靈活運用技術指標，合理優化設計方案，針對重點工程、難點路段、重大不良地質地段，從路線布設、特殊處治措施、橋隧結構選型、互通立交型式等方面多層次進行多方案比選，是減小工程規模、降低實施難度、控制工程造價的關鍵。

2.2 高烈度地震區、地質災害多發區公路防災、抗災問題

復雜山區高速公路多位于地質構造復雜區，地震烈度高，地層破碎，構造發育，地質災害頻發，地震及其誘發的次生災害對公路交通的安全暢通危害極大。

加強公路防災、抗災技術研究，應從路線布設的防災避災、工程結構的抗震減災采取行之有效的防治措施，從根本上提高公路的防災抗災能力。

2.3 連續長大下坡與冰雪組合段運行安全及應急救援問題

復雜山區高速公路地形抬升大，路線克服高差大，氣候垂直變化明顯，多存在冰雪影響。連續長大下坡與冰雪路段的組合，對運行安全極為不利。

應從路線布設、方案比選、平縱線形、路面結構、交通工程等設計方面、營運管理及應急救援方面采取主被動相結合的綜合處置措施，提高連續長大下坡及冰雪路段的運行安全性。

2.4 極其脆弱生態環境保護、巨量棄渣合理處置問題

復雜山區高速公路沿線環境極其脆弱，公路局部開挖山體和坡面將對生態環境產生不利影響。路基開挖及隧道修建將產生大量棄方、棄渣，由于地形非常復雜，棄置十分困難。

如何從路線平縱面布設、分項工程設計等方面采取針對性措施，最大限度地避免和減少開挖，減少挖方、棄方及棄渣規模，如何合理選擇場地，設置場址，處置棄土、棄渣，做好棄渣專項設計，是保護沿線環境、維護生態平衡的關鍵。

2.5 陡峻地形、高烈度區橋梁選型、設計及施工問題

復雜山區高速公路施工場地狹窄，材料運輸成本高，可施工工期短，路線縱坡大，橋型選擇關系橋梁設計的合理性、可施工性、環保友好和工程造價等。

2.6 狹窄地形條件互通選型及沿線設施場坪布設問題

橋隧比例高的典型特點決定了復雜山區高速公路互通式立交及其服務、管理設施場地設置極其困難，且工程規模較大。另一個普遍性問題是互通式立交匝道加減速車道漸變段起、止點與隧道洞口的距離不能滿足規范要求。

特別是“V”形河谷地貌區，由于地表橫坡陡峭、地質條件復雜、場地極其狹窄，可選擇的場地位置極少，需要研究和采用互通變異型式，以及與服務、安全及管理設施場坪合址設置的綜合體型式，以適應場地條件，安全組織交通，減小工程規模。

2.7 復雜艱巨條件下施工組織及規模、造價控制問題

復雜山區高速公路地形陡峻，施工場地狹窄，區內運輸通道單一，施工條件惡劣，控制工程、關鍵工程點多面廣，工程集中而艱巨，施工極其困難。

從設計著手，細化相關工程施工方案、施工工藝設計，完善施工便道與便橋修建、施工場地建設、施工用電線路架設等施工組織設計，不漏缺項目，做好永臨結合工程專項設計，打足數量、費用，控制好工程規模及造價，是確保建設順利實施的關鍵。

3 復雜山區高速公路關鍵問題解決方案

3.1 綜合選線，靈活應用技術指標，實現建設總體目標

（1）堅持貫徹安全選線、地形選線、地質選線和環保選線的原則。

基于運行速度的設計方法，通過測算單元運行速度，按照相鄰單元運行速度協調性良好的要求，動態配置及調整設計指標，達到路線線形的連續性和協調性，并根據運行速度確定分路段營運最高限速，從而確保車輛行駛安全。

（2）對技術指標按照功能性、安全性及線形性進行分類。

對影響公路功能性的建筑限界、車道數、橫斷面寬度、平曲線設置超高、保證視距等指標值應嚴格執行，不能突破。

對影響行車安全的圓曲線半徑及緩和曲線、超高、加寬、縱坡及豎曲線半徑、不同縱坡最大坡長、合成縱坡等指標，必須在滿足技術標準及設計規范要求的基礎上，強調靈活應用，使平縱橫指標連續、均衡、相互配合，達到行車安全，與沿線地形、景觀、環境相協調。

對如平曲線間夾直線長度、連續平曲線參數比、平縱線形組合等線形指標可根據實際情況靈活掌握。

（3）靈活運用路線平縱指標值。

路線平面設計重點考慮指標的均衡性和漸變過渡，連續平曲線的半徑值應由大到小或由小到大漸變布置，相鄰半徑比宜小于2；盡量避免生硬的長直線，多采用貼切地形的平曲線、S型曲線及卵型曲線，增大平曲線比例；平曲線半徑的極限值應在技術經濟論證的基礎上采用；直線長度宜≤20 V，反向曲線間直線長度宜≥2.5 V，同向曲線間直線長度宜≥4 V；平曲線盡量避免小偏角，宜≥10°;位于平曲線上的特大、大跨度橋梁，應采用與跨度相適應的較大平曲線半徑;隧道段平曲線最小半徑宜采用超高≯4%的半徑；隧道洞口前后各3 s運行速度行程內應滿足線形一致性要求，短隧道可不受此限，隧道內盡量避免采用S形曲線。

縱面設計應充分順應地形、地勢，合理采用坡率和坡長，力求指標均衡，避免大坡率、長坡段，合理設置凹凸豎曲線，盡量采用較大的半徑，視覺順適，同一平曲線范圍內縱坡變化不宜超過2次；特大跨度橋宜采用≤2%的縱坡，對橋梁高度小于40 m的低矮橋梁，根據橋型及結構受力特點、構造要求，可采用4%～5%的最大縱坡；長隧道平均縱坡宜采用≤2.5%的縱坡，對于短隧道，當條件受限制時，在技術經濟論證的基礎上，可采用3%～4%的最大縱坡；平曲線與縱面線形應相互配合，當平面半徑≥2500 m，縱面坡差≤1%時，可以放寬。

沾會高速經過優化，平曲線最小半徑710 m，最大縱坡4.5%，豎曲線半徑均滿足視覺行駛需要。經過小客車、大貨車正向和反向檢算，沾會高速運行速度梯度小于10 km/h/100 m，相鄰路段的運行速度差△V85小于20 km/h，則滿足線形的連續性設計標準。

3.2 分層次多方案綜合比選，合理確定建設規模及投資

（1）重大路線總體方案比選

不遺漏任何有價值的路線方案，對重點路段進行大范圍海選，擬定多個不同走廊，分論述性、同精度等層次進行綜合比選論證，擇優推薦經濟合理的總體方案。

（2）路線局部方案比選

對地形艱巨、不良地質及其次生災害、高填深挖、陡坡等地段擬定多個不同線位，進行局部方案比選，優選環境協調、經濟合理的方案。

（3）工程方案比選

對特殊路基處治措施、路基支擋防護型式、排水構造物型式、路面結構型式、橋涵孔跨布置及結構型式、隧道結構及洞門型式、互通式立交位置及型式等，擬定多方案進行綜合比選，優選功能適用、安全耐久、經濟節省的設計方案，研究和應用新結構、新型式、新技術、新工藝，盡量推行標準化、定型化設計，方便工廠化和裝配化施工。

沾會高速的多層次及多方案比選以降低造價為核心，圍繞該項目路線曲折、橋隧比例高、地震烈度高及特殊結構物多、長大縱坡安全、平縱面指標優化進行設計。在方案綜合比選的基礎上，最終推薦挖灰溝取直、解家村跨越打車溝、繞避平頂山隧道的組合方案。

3.3 路線整體防災，結構抗震減災，提高公路抗災能力

（1）從路線設計角度注重整體防災，選擇安全的走廊、安全的線位及安全的構筑物。

（2）合理采用利于抗震的路基、橋梁及隧道結構型式，如降低路基填挖高度、選擇路堤通過、盡量避免采用斜橋和小半徑彎橋、降低高烈度區橋梁高度、減少隧道淺埋及偏壓段落等。

3.4 優化路線布設，完善交安設施，確保長下坡運行安全

（1）比選優化路線平縱線形，改善行車安全條件。

從路線平縱面布設方面主動改善連續長大下坡行車安全條件，充分利用地形、地質條件，通過繞山咀、支溝，合理增長坡段長度、減緩平均縱坡，縱面指標力求均勻。

結合路段地形、地質、氣象條件，擬定多個不同走廊、跨河展線方式的路線方案進行綜合比選論證，合理推薦平均縱坡緩、利于運行安全的方案。

下坡方向路線盡量靠山一側布設，以便避險車道等安全設施的設置，并增加行車安全感。坡底段平面指標宜適當提高，利于安全避險。續長大下坡段的特長隧道及長度＞2 km的長隧道平均縱坡≤2.5%。

（2）主被動措施相結合，采用設置避險車道、綜合設置交通安全設施、大小車型分道限速行駛、加強營運期交通管理和管制等方式，保障連續下坡運行安全。

3.5 保護環境，專項處置巨量棄方、棄渣

（1）尊重環境，綜合選擇公路走廊及路線方案，不破壞是最大的保護；順應環境，靈活布設路線及應用技術指標，最大限度地保護環境；協調環境，合理采用各分項工程結構型式，最小程度地影響環境；恢復環境，重視細節處理及景觀設計，塑造精美舒適的公路環境。

（2）盡量減小棄方、棄渣規模，合理選擇和設置棄渣場地，專項設計永臨結合棄渣場，加強渣場擋防、排水，做好復耕還林。

3.6 陡峻地形、高烈度震區，橋梁選型、設計及施工方案

選擇合理的橋型與跨徑，繞避地質災害；選擇合理的下部結構，適應陡坡地形；采用鋼-混凝土組合結構，提高橋梁抗震能力；采用合理的技術，解決橋隧相連難題；合理確定橋梁修建的預置場地、構件架設、安全措施。

3.7 靈活布設互通及沿線設施，適應狹窄場地，減小規模

（1）轉換型樞紐立交在保障交通安全、快速轉換的基礎上，靈活應用技術指標布設匝道平縱面，力求型式緊湊，適應和協調場地條件，盡量減小占地及工程規模。

（2）服務型互通靈活布設互通匝道及線形、選擇互通位置。轉向交通量小的互通可采用簡易型、菱形、環道形等型式，場地狹窄的互通可采用變異單喇叭形、T型、Y型等型式。

3.8 場地狹窄陡峻、工程艱巨集中條件下施工及組織

對于復雜山區高速公路施工及組織，應加強重點控制工程施工方案設計，做好永、臨相結合工程專項設計，完善和細化指導性施工組織設計。

5 優化成果

沾會高速按以上原則經過充分的方案比選、優化線形設計，著力縮短路線長度，提高長大縱坡安全性，注重防災抗災，降低橋高，減少特殊橋梁，合理選取橋隧方案，采用靈活多變的立交型式，降低對環境破壞，最終在提高設計指標的情況下，減少投資約15億元，取得了良好的效果。

6 結語

復雜山區高速公路由于其特殊的建設條件，在總體設計方面提出了更多、更高的要求。設計應以路線為龍頭，綜合工程設置、防災救災、抗震、環境保護及施工難度等進行總體把握，以便取得更好的使用效益、社會效益和環境效益。

U412.36+6

B

1009-7716（2017）11-0021-04

2017-03-21

王茂（1978-），男，四川簡陽人，碩士，高級工程師，高級程序員，從事道路咨詢審查工作。

10.16799/j.cnki.csdqyf h.2017.11.006