復(fù)雜地形山區(qū)公路選線的關(guān)鍵技術(shù)研究

張樹楠

（中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司，西安 710075）

1 引言

山區(qū)地形復(fù)雜，且生態(tài)環(huán)境異常脆弱，因此，在山區(qū)公路工程建設(shè)中，選線成為重點工作內(nèi)容。然而，在實際的山區(qū)高速公路選線過程中，仍有部分設(shè)計人員不注重選線與周邊地形的結(jié)合，隨意提高選線指標(biāo)，會出現(xiàn)大量的開挖路基，導(dǎo)致土方開挖量大、山體結(jié)構(gòu)破壞和水土流失。更為嚴(yán)重的是，極易引發(fā)滑坡、塌方等地質(zhì)災(zāi)害，由此給后期公路的安全運營帶來安全風(fēng)險及隱患[1]。由于線路指標(biāo)不合理，高填深鉆，橋梁、隧道等工程規(guī)模不斷擴(kuò)大，工程造價高，后期施工、維護(hù)、運營難度不斷增大、成本高。因此，科學(xué)合理地選擇路線非常重要，既要滿足公路工程設(shè)計的相關(guān)規(guī)范，又要盡量減少對地形的破壞，減少土地占用，防止不必要的次生地質(zhì)災(zāi)害，還要合理確定項目的規(guī)模和成本，為后期建設(shè)、維護(hù)和運營創(chuàng)造更便利的條件。

2 復(fù)雜地形下山區(qū)公路選線的原則

為切實保障山區(qū)公路選線的科學(xué)合理性，要求選線設(shè)計人員嚴(yán)格遵守相關(guān)設(shè)計原則來開展工作。具體的選線原則包括以下幾方面。

2.1 繞避不良地形

由于山區(qū)地形復(fù)雜，實際選線過程要慎重考慮，針對可能經(jīng)過的地區(qū)進(jìn)行水文地質(zhì)調(diào)查分析，盡量避免穿越不良地形，如存在障礙物、河流等。

2.2 進(jìn)行水文與地質(zhì)條件的勘察

由于山區(qū)的水文以及地質(zhì)條件差異較大，要求公路工程選線過程深入研究區(qū)域內(nèi)的水文與地質(zhì)勘察信息。如果在選線時不了解沿線的水文地質(zhì)情況，既難以設(shè)計施工，也難以保證通行后的安全。因此，工作人員應(yīng)重視水文與地質(zhì)條件的研究，并將其作為科學(xué)選線的依據(jù)[2]。

2.3 安全原則

山區(qū)海拔高、地形起伏較大，存在較多的危險因素，因此，在選線設(shè)計時需要進(jìn)行深入、細(xì)致的勘察，以此來全面規(guī)避安全隱患的產(chǎn)生。同時，參考地形地質(zhì)條件分析的最終結(jié)果科學(xué)選線，保證施工與通行安全。

2.4 環(huán)境保護(hù)原則

在選線過程中，要考慮道路建設(shè)不得破壞灌溉設(shè)施、農(nóng)田、村鎮(zhèn)等生態(tài)環(huán)境，最大限度地保護(hù)自然環(huán)境。此外，需要分析土地利用模式和土地利用之間的關(guān)系，以盡量減少公路污染。

3 復(fù)雜地形山區(qū)公路選線的關(guān)鍵指標(biāo)

3.1 技術(shù)指標(biāo)

山區(qū)公路選線設(shè)計必須符合JTG B01—2014《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和JTG D20—2017《公路路線設(shè)計規(guī)范》的要求。在此基礎(chǔ)上，要合理利用各項技術(shù)指標(biāo)，結(jié)合山區(qū)實際情況進(jìn)行技術(shù)與經(jīng)濟(jì)論證，最終選擇合適的公路線形。在具體選線中，需要切實保證高速公路的平曲線具有連續(xù)性和平滑性，與周邊環(huán)境融為一體。此外，公路路線設(shè)計還要考慮車輛的行駛安全，保證山路的連續(xù)性，避免圓曲線半徑過小的問題[3]。

在實際選線過程中，工作人員必須合理組合曲線、直線，形成連續(xù)的公路路線。需要注意的是，選線過程應(yīng)避免出現(xiàn)長直線型。由于山區(qū)地形起伏特征明顯，出現(xiàn)長直線的可能性較小。但是，如果長直線型不可避免，則應(yīng)在公路設(shè)計中加入醒目的交通警示，做好對車輛駕駛員的交通預(yù)警工作。此外，可合理利用直線線型，結(jié)合超車視距以及地形相對較好的公路路段，合理確定路線線形的各項參數(shù)。

3.2 安全指標(biāo)

相比平原地區(qū)的公路路線選擇，山路的路線選擇具有更為顯著的特殊性。具體來說，山區(qū)公路選線設(shè)計因其復(fù)雜的地形與地質(zhì)條件，存在一系列的危險因素，若選線不合理，會給未來的交通帶來潛在的安全問題。例如，長直線路段會使駕駛員產(chǎn)生視覺疲倦，不利于行車安全。為保障山區(qū)公路選線安全性，工作人員可以采取平均縱坡的方式進(jìn)行選線設(shè)計，合理減小長直線型所占比例，提高平曲線的利用率[4]。此外，在設(shè)計減速路段時，相關(guān)工作人員可以采用大半徑的豎曲線來滿足平包縱的要求。總之，安全是山路選線時需要重點考慮的問題，由此才能切實全面提升公路交通的安全性。

4 復(fù)雜地形山區(qū)公路選線的案例分析

4.1 工程概況

某公路工程項目所在地區(qū)為典型的西部山區(qū)，地形條件復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，由此對公路選線設(shè)計工作提出了更高的要求。

4.2 工程特點

項目地處西部山區(qū)，位于斷裂地形分布廣泛區(qū)域，同時具備地震高發(fā)、巖溶發(fā)育等不利因素，整個公路工程項目勘察設(shè)計的主要特點表現(xiàn)為以下幾個方面。

4.2.1 不良地質(zhì)多，基巖土質(zhì)特殊

根據(jù)勘察結(jié)果和區(qū)域地質(zhì)資料，項目區(qū)不利地質(zhì)主要包括滑坡、巖溶、崩塌和沉積物。特殊性土質(zhì)主要包括紅黏土和膨脹土。不良地質(zhì)及特殊土質(zhì)是本項目的重點研究內(nèi)容之一。在選線設(shè)計中，需要深化研究，優(yōu)化路線規(guī)劃，減少或避免不利地質(zhì)情況對工程建設(shè)的影響，并根據(jù)不同特點制定有效的工程處置措施。同時，在勘察設(shè)計的過程中，要重點加強(qiáng)對路基填料處理的設(shè)計和試驗工作[5]。

4.2.2 項目規(guī)模大，重點難點項目多

本公路工程項目地處山區(qū)，橋梁和隧道比例較高。全線平均橋隧比為68.5%。重大工程難度大，建設(shè)條件差。

4.2.3 土地資源規(guī)劃不足

當(dāng)?shù)赝恋刭Y源3 280 km2，不同程度開發(fā)利用的土地約占總面積的1/4。農(nóng)業(yè)和耕地資源尤為寶貴。本項目建設(shè)應(yīng)有效保護(hù)項目區(qū)的耕地資源，盡量減少對耕地的占用，在此基礎(chǔ)上最大限度地利用土地，嚴(yán)格控制土地利用規(guī)模。

4.2.4 對地方道路干擾大

公路工程項目與城市既有主干線交叉口較多，且交叉角度較小，與主干線邊坡相沖突，需進(jìn)行遷移設(shè)計。

5 復(fù)雜地形山區(qū)公路選線的關(guān)鍵技術(shù)及要點

5.1 完善可行性研究計劃

在地形地質(zhì)復(fù)雜的山區(qū)，選線工作要求高、任務(wù)重，可行性研究階段側(cè)重于走廊帶確定，選線方案的制訂常出現(xiàn)顧此失彼的情況，導(dǎo)致選線方案很有可能存在不合理路段。若項目存在邊坡不穩(wěn)定、塌方甚至滑坡等不利地質(zhì)條件區(qū)段，需要在勘察設(shè)計階段嚴(yán)格按照具體的地質(zhì)條件和工程規(guī)模來進(jìn)行方案比選，由此進(jìn)一步完善可行性研究計劃。

5.2 區(qū)域規(guī)劃與地質(zhì)優(yōu)化

公路工程項目起點為城市旅游規(guī)劃區(qū)，初期調(diào)整時采用繞避方案。但經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，繞避方案需下穿大塊塌陷泥沙層，土層厚度超過30 m，存在較大的安全隱患?？紤]到工程建設(shè)和運營的安全性，最終將采用避開塌陷泥沙、盡可能少占用規(guī)劃面積的路線規(guī)劃。

5.3 明線與暗線方案比較

案例工程項目所經(jīng)山坡存在大量崩塌堆積體，堆積體下方為河流深切河谷，堆積體前緣形成陡峭的凌空面，存在較大的滑動可能性，切堆積體上方是陡峭的裸露基巖，基巖經(jīng)風(fēng)化后形成危巖，對施工和線路運營都存在安全隱患。經(jīng)勘察，案例工程項目路線所經(jīng)區(qū)域堆積體前緣凌空，而后緣上方存在危巖，在高地震烈度區(qū)堆積體本身存在滑塌風(fēng)險，危巖滾落的風(fēng)險也極大。對這種地質(zhì)條件較差的段落，采用明線（橋梁和路基）方案對施工和運營都存在較大風(fēng)險，最佳的方案就是采用暗線（隧道）方案完全避讓，將風(fēng)險降到最低。

在工程項目的村段山坡地形較陡，下方是一些常規(guī)老路，老路邊坡開挖后有巖石裸露。就本段地形來說，采用隧道方案能避開陡坡路段，并減少對老路的干擾。但隧道出口是本段唯一可以設(shè)置互通的位置，為滿足互通對明線長度的要求，考慮本段地質(zhì)條件較好，村段路線不得不采用陡坡橋的明線方案，并制訂出詳細(xì)的施工方案和老路保通措施，保證方案切實可行。

當(dāng)然，在地質(zhì)條件差且路線無法避讓，只能采用路基和橋梁的明線方案時，則采取樁板墻、抗滑樁等防護(hù)措施進(jìn)行治理。如項目K441+021 處滑坡，其小里程方向為互通范圍，不能采取隧道避讓方案，還存在一處房屋密集區(qū)。路線布設(shè)綜合考慮以上3 個控制因素，在采用明線方案的條件下，從滑坡上緣通過，并盡量減少房屋拆遷。為保證工程安全，在房屋密集區(qū)的路塹邊坡范圍設(shè)置樁板墻進(jìn)行支擋，在滑坡段路基坡腳處設(shè)置抗滑樁進(jìn)行加固[6]。

5.4 互通位置及互通形式的選擇

1）項目互通除終點與高速公路相接處采用樞紐互通外，其余互通功能以聯(lián)絡(luò)地方道路交通為主，所以，采用單喇叭互通，不同互通形式的選擇，主要根據(jù)地形和交通量來選擇。

2）項目主線在沿河坡面上布線時，盡量利用地形平緩的位置布線，這為互通的布設(shè)創(chuàng)造了較好的條件。所以，互通形式均為較典型的單喇叭形式，互通規(guī)模較小。

3）在爬坡展線段，為了獲得較好的互通設(shè)置條件，互通位置往往成為路線方案的重要控制點。為設(shè)置良好的互通形式，路線在互通前后設(shè)置了長大縱坡段和長隧道方案，因為互通設(shè)置條件要求較為苛刻，路線的布設(shè)必須遷就互通位置。在爬坡展線段，互通規(guī)模及連接線長度往往也較大。為設(shè)置崇崗互通，設(shè)置了約2 km 的連接線，并且因為主線位置山坡陡峭，互通匝道以橋梁為主，路基段則以高邊坡為主，互通工程規(guī)模較大。

5.5 定測對初測方案的優(yōu)化

根據(jù)初測確定的工程規(guī)模，定測路線方案以實測地形和斷面為主，以此進(jìn)一步控制填挖高度，確保實現(xiàn)路基擋土墻和防滑樁，以盡可能地消耗更多的棄方。此外，還需進(jìn)一步驗證隧道進(jìn)口的可行性，并確定隧道的準(zhǔn)確起點和終點范圍。在項目決策階段，對初步研究路線的部分路段（如九街壩路段）的平面和豎曲線進(jìn)行了調(diào)整，挖方高度明顯降低，垂直平面更為平緩，棄方減少約1.5×105m3，優(yōu)化效果非常顯著。

6 結(jié)語

綜上，復(fù)雜地形山區(qū)公路工程選線階段的關(guān)鍵技術(shù)，主要表現(xiàn)為以下幾個方面：

1）在可行性研究階段，可行性研究計劃與路線計劃往往存在較大偏差。要認(rèn)真考慮建設(shè)工作和可能的方案，更全面地考慮各種因素，組織比較路線方案，分階段制訂合理的方案。

2）對地質(zhì)條件的勘察非常重要，直接決定了方案的可行性。在比較多個方案時，往往更強(qiáng)調(diào)安全性和經(jīng)濟(jì)性。

3）明線與暗線方案的比較，需要重點考慮地形地質(zhì)條件、互通設(shè)置條件、工程規(guī)模、社會影響等方面的因素，并通過詳細(xì)的方案比較，逐步篩選最佳路線方案。

4）互通的設(shè)置主要是為連接沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)，帶動地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展?；ネㄔO(shè)置需要考慮鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布及出行交通量，考慮互通設(shè)置間距合理，還要結(jié)合沿線地形地質(zhì)條件，降低互通設(shè)置難度及工程規(guī)模。

5）定測路線對建筑圖紙設(shè)計質(zhì)量起決定性影響。優(yōu)化定測路徑是一個循序漸進(jìn)的過程。完善各工地的工程處理措施，確保工程處理措施切實可行，同時兼顧實施后的實體效果。

總而言之，復(fù)雜地形山區(qū)公路選線工作是一項綜合性的工作，要求全面系統(tǒng)地把控包括地形、地質(zhì)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、成本等諸多指標(biāo)與內(nèi)容。因此，要求公路路線設(shè)計人員進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)、全面的勘察，長期積累思考，充分結(jié)合各個階段、時期、地質(zhì)地形的情況等因素，逐步做好針對各個環(huán)節(jié)的選線設(shè)計，由此才能切實保障山區(qū)公路工程的安全，最終實現(xiàn)山區(qū)公路工程的經(jīng)濟(jì)、舒適、安全及環(huán)保等的性能。