山區高速公路的線路選型與線路總體設計研究

楊寶生, 陳 鵬

(武漢理工大學 交通學院，湖北 武漢 430063)

0 引 言

我國近年來的公路建設領域不斷被拓展，取得了令人矚目的成績，但我國山區經濟雖得到一定程度的發展，但相比于城鄉經濟還是相對落后，公路建設遠遠不能滿足人們出行、經濟發展的需求，公路制約著經濟的發展，落后的經濟也導致了山區公路建設的相對不足，有些山區地區甚至還存在交通閉塞，經濟作物等難以流入市場的問題，造成有些地區資源過剩，有些地區資源不足，又無法實現資源調配的尷尬境地。因此，山區公路的建設和發展的加強，越來越引起人們的重視，而山區由于其復雜的地形，較大的高差，對其在線路選型與線路總體設計中有著更大的挑戰。為此，本文將重點進行山區高速公路的線路選型與線路總體設計研究工作，為山區高速公路的建設提供一些參考。

1 山區高速公路線路選型原則

(1)線路選型與總體設計注重安全性原則。安全是路線選型與總體設計的最基本原則。這里的安全不僅包括山區高速公路自身的穩定安全性，還包括人們出行行車的安全。具體來說，選線時不僅需要注意山區環境的特殊性，盡量避免不良地質，如滑坡、坍塌、泥石流等，對于一些不可避免的不良地質區域，需要采取相應的工程措施，或者橋梁跨越，穿山隧洞，或者相應的加固措施等，還要注意各種線形的選擇和組合。在設計時，一定保證線路在選擇時注意安全性原則，這是每個設計者都必須堅守的原則。

(2)線路選型與總體設計考慮經濟可行性。高速公路的造價一般都比較高，在修建時，不僅需要考慮修建成本，還要考慮后期能夠帶動的經濟效益，以一種發展的眼光進行綜合考慮。山區環境的復雜性，使得其建設成本更高，技術難度較大。在選線的過程中，充分考慮當地經濟發展的需求，合理選擇線形組合和線路布局，在考慮帶動周邊經濟發展的基礎上節約成本，筑路材料可以建議盡可能多利用當地原有的材料，不僅促進當地經濟的發展，還在一定程度上節約了成本，盡可能實現經濟效益最大化。

(3)線路選型與總體設計注意與山區生態相協調。公路建設過程中會對原有的生態環境造成破壞，為避免進一步對山區生態造成更大的影響，在線路選型與總體設計時，需要注意與生態環境的協調，盡可能地將已有的影響降低，使山區生態能夠自行恢復。因此，在選線時，盡可能避免大開大挖，對已經造成的破換，進行植被恢復，對于邊坡防護，多采用植被防護，防護帶盡可能利用原有的山區資源，并做好人工標識，在縱坡設計時應以填方為主，盡量減少對原地面的開挖。使路線選型和山區生態相協調，實現綠色公路的建設。

(4)線路選型與總體設計需要因地制宜。路線選型和總體設計時，除了滿足上述3條外，還需要因地制宜。每一處的山區環境都有其獨有的特性，不能以偏概全，都必須依據具體的環境進行相應設計。在設計時參照山區環境的特點，進行局部細化，保證視線的通視，依照山區的地形，進行平縱組合，也可以多多利用山區原有景觀，特色的景點，給人留下深刻印象，提升山區知名度，促進山區經濟的發展等等。參照不同的山區環境，因地制宜，進行有針對性的適應性的綜合設計。

2 山區高速公路路線設計的方法

山區高速公路的線路設計時，應考慮路線平縱線形設計，因地制宜進行合理布線。合理的路線設計不僅可以確保安全，減少交通事故的發生，還可以節約時間成本，一定程度減輕交通擁堵，因此，路線設計十分重要。

2.1 路線平縱線形設計

在進行路線平縱設計時，需要充分考慮汽車的性能，以駕駛員的角度進行設計更為合理。平曲線設計時，既要保證相互間的通視，又要保證行車的安全。車輛在平曲線上行駛時，需要有合理的平緩過渡，不能發生突變，不然駕駛員一時難以適應，無法做出正確的判斷，威脅行車安全。因此，在公路設計中引入了平曲線曲率半徑的限值并需設計相應的緩和曲線進行過渡，并對過渡段長度也有最小長度的要求。在山區高速公路路線設計時，更需注意這點的要求。其中曲率半徑不得低于400 m，或者曲率半徑較大時過渡連接長度超過100 m。為確保行車安全，這一點則十分重要。山區地形復雜，在設計時有很多細節不能忽視。

在進行豎曲線設計時，需要注意連接坡長和行車視距。長時間的爬坡和下坡都有著安全隱患，應予以避免。視線的通視在這里是由于豎曲線的坡點造成的，爬坡時，視距變短，下坡時，駕駛員沒有做出調整，車速會加快，存在安全隱患等等問題。具體設計時可參照表1進行對照設計，一定注意安全問題。

表1 不同設計速度豎曲線長度和半徑取值范圍

2.2 因地制宜，合理布線

山區高速公路的線路選型與總體設計時，要因地制宜，合理布線，依據不同的山區環境進行相應的設計。具體可分為以下情況進行設計：

(1)綜合地形情況進行多線布線。依據實際地形做出對比方案，山區高速地形差異較大，每一路線的選擇都會對后續設計造成很大的影響，在空間選擇上留出對比方案，選擇更優更合理的路線。在紙上定線時，對有疑問的地區，需對現場做更詳細的調研。尤其是不良地質段的勘察要更為詳細，考慮合理的規避，對于無法避開的不良地段，注意布線位置，盡量減少不良地質段對公路的影響，并注意后續設計中的加固措施，消除潛在的威脅。布線的好壞，直接影響著整個公路的設計和建設，因此布線時必須綜合考慮地形情況，進行因地制宜的布線。

(2)考慮高架橋位的選擇。山區公路地形起伏較大，很有可能出現橫跨山谷或者峽谷的情況，采取繞行方案造價太高，得不償失，在進行路線布局設計時，不能僅僅局限于公路的設計，要統籌兼顧，進行整體布局，對于一些特殊地區，要考慮高架橋的選擇，而對需要架設橋梁的地段，合理確定高價橋位的位置，考慮橋梁長度對造價和工期的整體影響以及修建高架橋的必要性。

(3)考慮隧洞的修建。山區高速公路，為了避免繞更多的彎路和減少對山區環境整體的影響，可以考慮隧洞的修建。隧洞的修建往往可以實現路線布局時以直代曲，極大減少整個路線的長度，為后期的運營減少時間成本。對需要采用隧洞形式的路段，則需要對隧洞的位置，形式等等的選擇都需要進行嚴密的考慮和設計。比如施工的難易程度、工程造價及整體的經濟效益等，進行綜合對比，做出更合理的設計。

在設計過程中，選線是首要的，也是十分重要的，路線線型完成之后，也即是完成了路線的平面設計，還需進行路線的縱斷面設計，進行拉坡和豎曲線的設計，路線縱坡的設計，對整個土石方的利用調配等有著極大的影響。豎曲線的選擇，位置等對行車安全和舒適有著極大的影響，在進行豎曲線的設計時，還要注意與平曲線的組合，避免不良組合的出現，為以后的山區高速公路埋下安全隱患。綜合以上考慮，在路線的設計階段的過程中，可參照以下步驟進行具體的設計工作。

(1)設計過程中首先依據實際地形確定變坡點，變坡點確定后才能保證整個路線縱斷面的設計更加合理。依據山區公路的實地情況，變坡點盡量取在直線段上，并與平曲線隔出一定距離，這樣就可以避免出現不良的平縱組合，減少不必要的安全隱患，也在一定程度上降低了設計難度。變坡點數依據山區公路實地情況進行確定，如果設計段過短，則可以只在路線中間設置一個變坡點。變坡點的設計時要依據實際情況進行靈活選擇。

(2)變坡點確定好后，下一步進行高程控制。在高程計算時可以利用切線控制法來確定曲線半徑，然后進行豎曲線的確定，設計時盡量使豎曲線的半徑應該與平曲線的半徑成比例設置，避免出現與平曲線交錯布置的情況發生，一旦發生這種情況，則說明設計存在缺陷，需要進行調整，再次利用切線控制曲線半徑，調整豎曲線半徑，出現豎曲線半徑存在小數時，取整處理即可。

(3)線形設計過程中，由于山區路況復雜，一旦遇到不得不改變斷面設計時，為保證整個設計線形符合組合要求，可只將變坡點的位置進行平移，從而達到線形組合不被破壞的目的，避免出現一旦調整過大，不僅容易出現線形不良組合，還會造成設計返工，增加設計工作。

(4)充分利用現有設備技術等，進行路線設計的優化等。如一般路線設計軟件都有智能自適布線，可對照進行對比分析，進行不斷調整，最終達到經濟效益的合理化和優化，完成最終路線設計。

3 工程實例

本文選定某公路，山區，地勢東高西低，全線海拔高差較大，140.0～1 530.0 m，設計最低點為225.0 m，設計最高點為875.0 m，相對高差為650.0 m。綜合考慮當地經濟發展，臨近已有的公路等現狀，給定了如圖1所示的路線設計圖。

對于選定路線，進行平縱線形設計。

路線在設計過程中盡可能采用了直線設計，其中路線設計部分結果見表2。

其中曲率半徑大于400 m，過渡連接長度大于100 m，曲率半徑和過渡段長度取值滿足要求。與表1對比，相應指標也均達標，滿足設計要求。

為了確保路線設計合理性，本文運用了運行速度進行了公路全線的平縱面指標的檢驗。這里將平曲線半徑小于1 000 m和縱坡坡度大于3%的特殊路段視為獨立單元，而其余一般路段上車輛運行視為勻速行駛。運行速度差的評價結果見表3，從中可以看出，路線設計中整體線形沒有突兀的現象，合乎要求。

圖1 路線設計圖

表2 路線相應指標實際值表

表3 線形設計的運行速度差評價

4 結 論

山區高速公路的線路選型與線路總體設計對于整個山區高速公路整體性能有著直接影響，路線的選定和其總體設計，直接決定了整個山區高速公路布局，影響了其使用性和安全性，其中包含的細節性東西 較多，無論哪個環節出現問題，都會可能影響到山區高速公路的整體質量，因此，本文進行了山區高速公路的線路選型與線路總體設計的研究，探討了山區公路路線選型的原則，和路線設計的原則，并給出了選定路線后，進行路線總體設計的具體操作步驟，使設計工作更加細化和可操作化，可為以后山區高速公路的設計提供一些借鑒。