探討某山區(qū)二級公路工可階段路線方案設(shè)計比選

汪明松

（貴州省公路勘察設(shè)計院有限公司,貴州 貴陽 550081）

0 引言

公路工程可行性研究主要是對工程建設(shè)必要性、技術(shù)標準、線形規(guī)劃、項目投資、經(jīng)濟及社會價值等實施系統(tǒng)性論證，科學(xué)選擇最佳規(guī)劃方案，并為工程決策提供依據(jù)[1]。而工可階段推薦方案的選擇是項目可行性研究的關(guān)鍵，應(yīng)全面結(jié)合地形特征、地質(zhì)環(huán)境、建設(shè)規(guī)劃、資源保護等諸多因素進行選擇，更加科學(xué)有效地為區(qū)域經(jīng)濟建設(shè)提供支持和幫助，在滿足人們生產(chǎn)生活需要的前提下，有效降低工程規(guī)模、減少投資，最大限度獲得經(jīng)濟和社會效益。

1 山區(qū)二級公路路線方案設(shè)計原則

山區(qū)二級公路對加強市縣及鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟、文化交流具有重要作用，是帶動區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展、文化融合的最基本交通運輸形式[2]。近年來，針對貧困山區(qū)，我國相繼實施了一系列幫扶政策，山區(qū)地帶交通基礎(chǔ)設(shè)施逐步完善，形成了二級公路為主的交通運輸網(wǎng)絡(luò)。但由于公路建設(shè)需占用大量的土地資源，且會對生態(tài)環(huán)境造成一定影響，因此，為保證山區(qū)公路建設(shè)的科學(xué)性、合理性、經(jīng)濟性，在進行具體設(shè)計時應(yīng)遵循如下原則：

（1）滿足交通網(wǎng)及土地資源使用規(guī)劃：為保證經(jīng)濟、社會的協(xié)調(diào)發(fā)展，統(tǒng)籌規(guī)劃今后經(jīng)濟發(fā)展形勢，政府部門應(yīng)結(jié)合當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展具體狀況，并全面考慮當?shù)厝藗兩钚枰?，建立科學(xué)有效的交通網(wǎng)及土地使用規(guī)劃。項目初步設(shè)計在工可階段，總體上應(yīng)滿足以上規(guī)劃標準。

（2）符合公路設(shè)計規(guī)范：山區(qū)公路通常地勢高、坡度大、地勢險峻、地質(zhì)條件復(fù)雜多變，經(jīng)常出現(xiàn)坍塌、滑坡等自然災(zāi)害，公路設(shè)計時不可避免會出現(xiàn)連續(xù)陡坡、迂回盤旋等施工難題。為最大限度確保公路通行的安全性、穩(wěn)定性、舒適性，保證公路設(shè)計的科學(xué)性、合理性，必須嚴格按照設(shè)計規(guī)范的相關(guān)標準合理布設(shè)線路[3]。

（3）符合生態(tài)環(huán)保要求：山區(qū)公路建設(shè)，勢必要進行土石方開挖、填筑和廢棄，對山區(qū)生態(tài)環(huán)境造成毀滅性破壞。因此，公路路線設(shè)計時，應(yīng)始終秉持生態(tài)環(huán)保理念，盡可能遠離自然生態(tài)環(huán)境保護區(qū)。結(jié)合山區(qū)地形特征科學(xué)設(shè)計公路路線，最大限度避免大規(guī)模土方作業(yè)，減少水土破壞對生態(tài)環(huán)境造成的不利影響，保持人與自然和諧相處的平衡局面。

（4）科學(xué)繞避房屋、礦區(qū)、農(nóng)地資源：山區(qū)對人類文明的生存繁衍具有十分重要的作用，蘊藏著充足的森林、礦產(chǎn)、林地、水源等寶貴資源，大量的鄉(xiāng)村依山而建，并逐步擴展[4]。但因山區(qū)環(huán)境復(fù)雜，農(nóng)耕土地資源匱乏。因此山區(qū)公路在工可階段線路方案設(shè)計前，必須對附近區(qū)域鄉(xiāng)村建設(shè)規(guī)劃、居民區(qū)、礦產(chǎn)資源開發(fā)區(qū)、農(nóng)地資源保護區(qū)等實施現(xiàn)場勘查。詳細了解其分布狀況，應(yīng)盡可能避開這部分區(qū)域，最大限度減少對山區(qū)稀缺資源的占用，確保公路路線規(guī)劃設(shè)計的科學(xué)性。

2 山區(qū)二級公路路線方案設(shè)計要點

2.1 平面線形設(shè)計要點

通過實地調(diào)查，全面了解現(xiàn)場周邊地形、地貌、水文、地質(zhì)環(huán)境、自然及礦產(chǎn)資源分布情況，以確定道路基本線形走向。平面區(qū)域以時速不超過60 km實施控制，具體設(shè)計時平曲線采用超高值位于2%~4%的半徑，針對偏角小、不受限部位應(yīng)選擇大于不設(shè)超高的最小半徑值。而緩和曲線長則根據(jù)超高變化率（1/175~1/330）結(jié)合半徑實際情況確定，回旋曲線指標A和半徑R之比應(yīng)符合標準要求。此外，還要全面考慮相鄰平曲線之間半徑的協(xié)調(diào)性，確保路線連續(xù)、均衡。

2.2 縱斷面線形設(shè)計要點

山區(qū)二級公路沿線地勢起伏較大，存在大量的橋涵等基礎(chǔ)設(shè)施?？v斷面線形設(shè)計時，必須科學(xué)控制橋梁高度和挖填方高度，全面考慮周邊地形特征，最大限度保證公路線路坡度均勻、平緩，降低填挖高度，平穩(wěn)過渡，確保填挖互補，盡量減少對耕地的占用和對環(huán)境的破壞。公路全線平緩坡度控制在2.5%，由于山區(qū)公路非機動通行較多，因此針對自由設(shè)計路段，其最大縱向坡度應(yīng)按照4%豎曲線設(shè)計，盡量采取滿足視覺效果的最小豎曲線半徑，橋梁盡量采取緩坡設(shè)計。

2.3 平縱面組合設(shè)計要點

平縱面組合設(shè)計時，應(yīng)統(tǒng)籌布局、仔細分析，防止將凸型、凹形豎曲線頂部和底部位置設(shè)計成反向圓拐點。在直線與圓曲線拐點位置，均不設(shè)豎曲線。各圓曲線僅設(shè)計一個變坡點，直形坡度區(qū)域、S形、卵形等曲線組合地段，通過駕駛員透視圖，根據(jù)線路走向，繪制透視圖，對駕駛員實施視覺檢驗，以實現(xiàn)安全、舒適的行車目標[5]。

2.4 確定路線關(guān)鍵控制節(jié)點

結(jié)合現(xiàn)場實際踏勘了解到的相關(guān)信息，確定山區(qū)公路線路設(shè)計重點所在，以便實施綜合性控制。如自然保護區(qū)、鄉(xiāng)村中心區(qū)、重要基礎(chǔ)設(shè)施、地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)等，公路路線規(guī)劃時應(yīng)合理繞避重要控制點。如重要交通設(shè)施下設(shè)橋涵，前期規(guī)劃擬建公路連接區(qū)、耕地保護區(qū)預(yù)留區(qū)域等，在路線設(shè)計時應(yīng)充分考慮連接控制。公路路線設(shè)計時，必須將重點控制項目標注在地圖上，以便設(shè)計時參考。

2.5 篩選可能跨越的埡口

埡口主要位于山脊部位，是山區(qū)公路穿越山嶺的重要地段，是克服公路高差最低的位置，因此該位置是山區(qū)公路線路設(shè)計的關(guān)鍵控制點。結(jié)合高程線總體分布狀況，選擇出不同的符合路線布局的埡口，按照各埡口具體位置，測量出各埡口克服高差具備的平面選線位置，計算出平均縱向坡度，并選擇合理的線路。通過縱坡計算值與規(guī)范值的比較，確定布線合理性。若計算值低于規(guī)范值，表明路線設(shè)計較為保守，應(yīng)根據(jù)初步設(shè)計方案進行完善；若計算值超過規(guī)范值，則需結(jié)合具體情況開辟新的展線位置，減小坡度[6]。如布線位置地質(zhì)狀況達不到要求，應(yīng)重新選擇埡口。

2.6 利用舊路優(yōu)化路線

山區(qū)二級公路因建設(shè)環(huán)境復(fù)雜、交通量小，通常投資有限。設(shè)計時應(yīng)盡可能選擇建設(shè)難度小、工程量相對較少的布線位置，可通過利用原始舊路對路線進行優(yōu)化。山區(qū)已有原始道路等級較低，大多數(shù)屬于三、四級公路，且路線總體沿山勢布設(shè)，埡口選用較為合理，其工程已初具規(guī)模，在此基礎(chǔ)上進行科學(xué)合理的擴建，能有效減少工作量，降低施工難度[7]。局部位置由于路況較差，彎道半徑不足，缺少必要的緩和曲線，道路彎道較多，因此必須統(tǒng)籌安全、經(jīng)濟等各方面進行調(diào)整，必要時應(yīng)重新進行路線選擇。

2.7 避繞其他影響資源

山區(qū)公路路線設(shè)計時，應(yīng)統(tǒng)籌各方面要求，盡可能避開沿線其他非關(guān)鍵性控制點，如林地、小型墳場、備用水源地、低壓電廠等，減少對自然環(huán)境的破壞[8]。

3 實例分析

3.1 項目概況

某省道山區(qū)二級公路工程全線長度約23 km，其關(guān)鍵控制點為龍頭鄉(xiāng)和廟神鄉(xiāng)。該工程為省級路網(wǎng)規(guī)劃的一部分，為加強區(qū)域經(jīng)濟、文化交流和實現(xiàn)道路互通而建。

3.2 項目技術(shù)指標

該公路工程地處山區(qū)、盆地過渡地段，是最具代表性的巖溶地貌發(fā)育區(qū)。工程區(qū)域內(nèi)山高林密，溝壑縱橫。工程起點廟神鄉(xiāng)海拔170 m，終點龍頭鄉(xiāng)海拔200 m，全線穿越山嶺路段海拔495 m，高差達295~325 m，地面坡度超過20°，是典型的山嶺重丘地段(Ⅲ類)。根據(jù)工程區(qū)域地勢復(fù)雜，路線布設(shè)難度較大的實際情況，為有效降低對原始地貌的大規(guī)模破壞，應(yīng)減少對土地資源的占用，并最大限度實現(xiàn)服務(wù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)、加強區(qū)域經(jīng)濟合作交流的目的。該山區(qū)公路工程交通等級為二級公路，設(shè)計車速40 km/h，路基寬8.5 m。

3.3 舊路情況

該山區(qū)公路工程建設(shè)區(qū)域內(nèi)，運營中的原始道路等級為四級公路，路基寬6.5 m，全線包括縣道X909、縣道X910、鄉(xiāng)道Y019公路，道路整體線形一般，少數(shù)原始道路局部位置存在連續(xù)回頭彎，為縱向陡坡。通過現(xiàn)場實際勘察，建設(shè)區(qū)域內(nèi)能夠滿足該工程下穿的分離式橋梁建設(shè)位置處于龍盤村和黃難村。因該工程無法避開高速公路，故兩處下穿是路線控制的關(guān)鍵點，將路線分為南、北走廊帶。

3.4 山區(qū)埡口情況

通過分析地形圖發(fā)現(xiàn)，工程建設(shè)區(qū)域內(nèi)埡口有三處：埡口1、埡口2、埡口3海拔高度依次為406 m、415 m、255 m，其中埡口1、埡口2位于北走廊帶，埡口3位于南走廊帶。埡口及關(guān)鍵點海拔高度如表1所示。

表1 埡口及關(guān)鍵點海拔高度一覽表

3.5 路線方案設(shè)計

3.5.1 結(jié)合北走廊舊路及埡口狀況，設(shè)計C線與E線方案

C線方案公路全線為越嶺線，前半段為廟神至埡口1段，沿原始縣道X909布設(shè)，應(yīng)克服高差236 m，坡長10.4 km，縱向平均坡度2.27%，滿足技術(shù)標準二級公路縱向平均坡度不超過5.5%的規(guī)定。后半段路線因埡口2至山腳平地位置需克服高差215 m，而坡長僅2.3 km，縱向平均坡度為9.35%超出標準規(guī)定，且埡口1至埡口2區(qū)域原始道路無法降低海拔高度。因此需進行重新布線，在埡口1位置展線下坡，順山勢及附近低埡口逐步降低海拔高度。通過自然展線，C線方案到達埡口2位置時，其海拔高度降低至320 m，此時路線布設(shè)至山腳平地位置只需克服高差120 m，縱向平均坡度為5.22%，符合標準要求。

E線方案公路全線同樣為越嶺線，前半段路線布設(shè)形式和C線方案相同，后半段則沿原始道路一直延續(xù)至埡口2。因埡口2至山腳平地位置高差較大，采取直接降坡難度較大，因此路線布設(shè)由對向山坡環(huán)繞展線，逐步降低海拔高度。通過展線設(shè)計，縱向平均坡度為5.03%，符合標準要求。

3.5.2 根據(jù)南走廊舊路及埡口情況，設(shè)計K線方案

K線方案前半段主要為沿河線，沿原始縣道X910布設(shè)，原始道路線形良好，橫穿永樂村、黃難村后直接跨越刁江；后半段則為越嶺線，總體沿鄉(xiāng)村道路布設(shè)，埡口3海拔高度為255 m，克服高差相對較小，縱向坡度布線相對富余，可以更加科學(xué)地利用原始路面高程，縱向平均坡度為3.67%，符合標準要求。

3.6 路線方案比選

通過三種路線方案比較，北走廊帶C線方案通過海拔高度較低的埡口1直接降坡。和E線方案相比，其路線相對較短，各方面指標較為優(yōu)良，工程量及土地占用少，且建設(shè)成本較低，因此，北走廊帶推薦C線方案。而南走廊帶K線方案大規(guī)模利用原始道路，經(jīng)過埡口3區(qū)域海拔較低，路線最短，相比C線方案各方面優(yōu)勢更為突出，且工程量及土地占用少，且建設(shè)成本較低。經(jīng)綜合比較，最終決定路線整體布設(shè)推薦K線方案。三種方案技術(shù)經(jīng)濟指標對比情況如表2所示。

表2 C線、E線、K線方案的技術(shù)經(jīng)濟指標對比

4 結(jié)論

山區(qū)二級公路工可路線方案設(shè)計是逐步深入和完善的過程，要求設(shè)計人員全面結(jié)合地形、交通、人文、自然、環(huán)保等諸多因素，對路線方案實施綜合性比選。初步設(shè)計時，應(yīng)綜合分析工程地質(zhì)、周邊環(huán)境、安全性指標，并對后期使用安全實施科學(xué)論證[9]。該文結(jié)合某山區(qū)二級公路工可路線方案設(shè)計案例，對各路線方案進行綜合比選，確定了最佳的推薦方案，并分析了埡口選擇、舊路利用在山區(qū)二級公路路線方案設(shè)計的作用，對山區(qū)二級公路路線選擇具有重要意義。