黃土山區主要集散國道改建項目路線技術研究

張文賀

(甘肅省交通科學研究院集團有限公司，甘肅 蘭州 730030)

0 引言

黃土山區地形地貌復雜，滑坡、崩塌、黃土陷穴等不良地質發育，受地形地貌、不良地質、征地拆遷、環保水保、舊路狀況、資金籌措等因素影響，主要集散國道改建路線方案選擇時需要綜合考慮舊路利用、城鎮路段布設、橋涵利用與擴建、耕地保護、保通保暢等因素，加強比較、優化與論證，分門別類、因地制宜選用不同技術標準和等級，選擇合理設計參數，注重與其他專業的銜接，以此保障改建項目合理、安全、高效地服務促進地方經濟社會發展。

1 項目特點

1.1 地質情況復雜

項目多區屬黃土高原丘陵壑區(見圖1)，多黃土梁峁和河谷階地，總體呈現梁峁丘陵地貌景觀。區內溝壑縱橫，地形破碎，相對高差較大，項目沿線出露地層主要有第四系上更新統(Q3)風積黃土及全新統(Q4)各種成因堆積物。項目區由于強烈的構造運動，使得溝谷剝蝕較深，基巖風化程度高，表層松散堆積物發育，路段內主要不良地質有滑坡(滑塌、溜塌及潛在滑坡)、崩塌、采空區(人為坑洞)等多種類型。

圖1 黃土山區地形地貌

1.2 耕地、環保等約束強

雖為舊路改建項目，但由于舊路平縱指標較低，路基寬度不足，改造中不可避免地需要新增占地，部分占用土地為基本農田保護區和林地，項目區土地資源緊缺，群眾收入主要來源為土地耕作，且基本農田用地指標調劑困難，林地恢復周期較長[1]。項目沿線分布有不同規模的環境敏感區，包括依法設立的各級各類自然保護區、風景名勝區、飲用水水源保護區，以及對改建項目產生環境影響特別敏感的區域(居民區、衛生院、學校等)，生態環境保護要求高，且前期手續辦理繁雜。

1.3 舊路使用狀況普遍較差

項目現有舊路多為山脊線、越嶺線，部分路段線形指標差，局部路段僅能達到四級公路技術標準，上下山路段回頭曲線多，線型指標較低、連續性較差，局部路段視距不良，公路通行能力較低。現有大部分路段的路面已破損，面層龜裂、坑槽、砂化等病害十分嚴重，公路抗災害能力弱，雨季易發生水毀，春融季節易發生凍脹、翻漿等病害；沿線部分橋梁涵洞建成年代較早，結構整體性差、耐久性差、抗震性能低，不能滿足重載交通通行的需要；沿線標志標線設置不夠完備，尤其在視距不良的事故多發路段缺乏必要的警示標志，不利于行車安全。

1.4 其他限制因素多

由于為舊路改建項目，項目沿線一般分布鄉鎮，不可避免地會遇到邊施工邊通車的問題。區域為黃河流域重要涵養區，歷史文化底蘊深厚，文物分布廣泛。黃土山區部分路段涉及戰國秦長城世界文化遺產文物保護實體，根據《長城保護條例》中相關規定，任何單位或者個人不得在長城保護總體規劃禁止工程建設的保護范圍內進行工程建設，一般長城保護范圍為以墻基外緣為基線向兩側各擴50 m，建設控制地帶為以保護范圍四周邊界各向外擴500 m，設計過程中，確實無法繞避時，必須布設橋梁跨越長城遺址段，對長城進行保護。

2 路線方案選擇原則

1)路線方案布設時須加強地質勘察和分析評價，結合黃土山地生態環境較弱的實際，有針對性地對線位進行優化處理。

2)路線布設時須注重不良地質的影響，盡量繞避滑坡，減少對線位安全的影響。路線需遠離溝岸邊緣，留足安全距離，對臨近溝岸及崩塌邊緣段要采取支擋防護措施。路線布設需考慮采空區、黃土陷穴、膨脹性泥巖等路段的處理難度。

3)路線選擇時要始終堅持“十分珍惜”土地資源的原則，將土地保護和利用貫穿全過程，靈活控制線形指標，加強方案比選和線位優化，盡量少占或不占耕地，“能占劣地、不占好地”，合理控制路基填挖高度，減少占地寬度。

4)必須貫徹綠色公路設計理念，路線方案選擇時盡可能避讓保護區域，對環境敏感區域要盡可能滿足規定距離，并加強交通安全設施設計，對局部平均縱坡超標路段加強安全風險論證，減少工程量[2]。

5)路線方案選擇時要加強舊路現狀調查與分析，要科學認識舊路經過區各類病害表現形式及成因，路線布設時要全面總結舊路線位布設經驗，盡可能規避選線風險。

6)設計路線方案時必須盡可能考慮施工階段的保通方式，加強交通組織設計，降低項目施工對沿線群眾出行的不利影響，并有利于加快施工進度[3]。

7)路線布設時要盡可能繞避文物區，保護文化遺產，以此減少因文物考古調查對項目前期和施工階段工期的影響。

8)路線經過鄉鎮路段，要綜合考慮現有穿城鎮路段狀況、城鎮規劃、對當地經濟帶動作用、安全性和可實施性等因素，加強方案比選與論證。

3 路線技術應用效果

結合黃土山區主要集散國道改建項目特點，遵循路線設計8個方面的原則，摸清沿線不良地質情況，因地制宜選用技術標準和平縱面指標，全方位設計組合比選，能有效達到安全、便捷、綠色、經濟的應用效果，實現提高公路安全性、節約工程造價、保護生態環境、提高公路服務能力、提升經濟社會效益等多重可觀的設計目標。

3.1 地質選線提高公路運行安全性

通過加強路線經過區域地質情況的勘察與調查，保證滑坡路段地勘深度與質量，徹底查明滑坡類型、滑坡成因、滑坡深度、滑坡區域和影響范圍，以此確定線位布設位置，綜合比較繞避或治理后的經過方案。對膨脹性泥巖等不良地質區域盡可能予以繞避，穩定的老黃土區可適當增加開挖深度以爭取上下山降坡空間，通過綜合地質選線來保障項目后期運行的安全性與穩定性。通過加強橋涵調查、路線交叉調查、征地拆遷調查、取棄土及排水調查、臨時工程調查、筑路材料調查及施工組織、概算資料調查，與地方政府、相關部門調查了解地方城鎮總體規劃、山水溝河道治理和實施情況，以及沿線被交道路等規劃情況，充分征求各方意見，并就主要方案進行溝通，提高方案的可行性。

3.2 合理選用技術指標提高舊路利用率

通過應用勘設新技術，利用GPS和RTK技術進行數字化勘測，結合舊路調查數據，利用金思路路線設計系統、EI-CAD等設計軟件對舊路平縱面實現高精度擬合[4]，舊路加寬以單側加寬為主，平面擬合時根據加寬方式選擇好中線布設位置，達到經濟技術效益綜合優的效果。根據舊路平縱面線形及沿線地形、地質條件，分段采用不同的設計標準，設計速度一般路段采用60 km/h，上下山等條件受限路段采用40 km/h，路基寬度10 m、8.5 m，不同技術指標變化設過渡段，提高與舊路的適應性。鄉鎮路段通過利用舊路穿越和繞開鎮區規劃外新布設路線2個方案的比選(見圖2)，路基寬度按《城鎮化地區公路工程技術標準》(JTG 2112—2021)布設，或采用地下排水方式爭取行車道與路肩寬度滿足標準要求，達到因地制宜利用舊路減少征遷的效果。

圖2 某城鎮路段方案比選

3.3 平縱組合設計和運行速度分析提高行車穩定性

在滿足平面線形設計控制要素的同時，將平面線形變化點與縱面地形變化拐點綜合考慮，貫徹“平包豎”的原則，盡量使縱面曲線位于平曲線中央，達到最佳組合。在設計中盡量避免出現小半徑豎曲線與小半徑平曲線相接的情形，便于汽車行駛的舒適與順暢。在擬合現有舊路平縱面線形路段，局部很難達到“平包豎”原則線形組合較低的路段，需要加強交安設施設計。通過盡早對舊路路面狀況開展檢測評定，分段確定是否可以再生利用，以此確定本段路線線位和縱面設計高程。舊路擬合中平面易出現交點轉交小于7°的“小偏角”問題，曲線長度要盡可能滿足一般值，限制條件較多難以達到一般值時滿足最小值要求。

上下山路段多位于積雪冰凍地區，平面上回頭曲線多，縱坡應力求均勻，避免陡坡與急彎的組合。通過運行速度分析，及時發現運行速度差絕對值|Δv85∣不小于20 km/h、運行速度梯度絕對值|ΔIv∣大于10 km/(h.m)的相鄰路段速度協調性較差路段并進行平縱面調整，受地形地物限制，平縱面調整易引發不良地質災害或工程量急劇增加，在論證后通過增設震蕩減速標線、增加提醒標志等方式，加強交通安全設施設計提高行車安全性[3]。

3.4 路線設計與其他專業有效銜接節約工程造價

通過對原有平面交叉改線路段平縱面調整情況的分析，根據工程量、沿線群眾出行方便等合理選擇新的平面交叉位置，保障與現有路網有效銜接，避免形成新的通行不暢路段或安全隱患。通過加強橋梁路段線位比選，對原有橋涵要早開展使用狀況評估，明確加固利用或拆除重建方案，加強對設計洪水位的分析與計算，深入分析溝岸穩定性，合理選擇橋位和橋面高程，綜合確定橋涵路段平面線位和縱面高程[5]，有效節省工程造價。

對高填深挖、特殊路基處理等影響工程造價的重要路段，通過加強方案技術經濟綜合比選，深入分析各方案優缺點和利弊，綜合確定適用經濟社會效益優的方案。通過對局部展線困難路段加強交通安全設施設計，加強各種各類標志標線的有效銜接，保障禁止標志和解除標志信息連續，限速標志科學合理，避免各類交通安全設施布設信息不足或信息過載，提高集散公路安全的實用性、經濟性。

4 結語

公路路線方案在項目設計中處于非常關鍵的位置，必須結合地區地域和項目特點合理確定路線原則和選線技術。黃土山區主要集散公路改建項目有著地質情況復雜、生態環境約束多、舊路狀況差、限制因素多的特點，通過堅持地質優先、保護生態環境、充分利用舊路、加強交安設施設計、合理選用技術指標、加強平縱組合設計、注重與其他專業銜接等思路，可促進黃土山區公路改建項目路線方案選擇的合理性、科學性，提升公路改建項目的社會影響和經濟效益。