喀斯特地区高速公路地形选线方法研究

韦世明，韦明邮，闭雄飞

(广西桂山高速公路有限公司，广西 都安 530700)

喀斯特地区高速公路地形选线方法研究

韦世明，韦明邮，闭雄飞

(广西桂山高速公路有限公司，广西 都安 530700)

喀斯特地区地形条件特殊，公路选线较为困难。针对该问题，文章分析了喀斯特地区岩溶地貌的个体形态和组合形态，提出了喀斯特地区高速公路地形选线一般原则。将喀斯特地区选线问题进一步细化为孤峰(峰林)平原区路线选线问题、岩溶山区沿河线和越岭线路线布设问题，研究三种地形下的选线与布线方法，为喀斯特地区高速公路选线方法提供参考。

喀斯特地区；高速公路；地形；选线方法

0 引言

喀斯特(岩溶)地区地质条件复杂，地形条件特殊，在该地区进行高速公路选线工作难度相对较大。

近年来，随着我国高速公路建设的逐步发展，众多研究人员针对喀斯特地区复杂的地形条件，就地形选线的方法进行了总结，取得了丰硕的成果。

就国内目前的研究和工程实践分析，仍然存在一些问题：(1)缺乏普遍性，往往只针对于具体项目的具体问题而言，并未上升为普遍规律；(2)缺乏系统性，往往以设计的某一目标为主导，而忽视各设计目标间的协调。

本文以喀斯特地区高速公路地形选线的方法为主要研究内容，分析喀斯特地貌形态与特点，根据高速公路选线操作手法和考虑因素的要求，将岩溶地貌形态分为孤峰(峰林)平原区、山岭区进行研究，其中山岭区分为沿河线和越岭线。在广泛收集岩溶地区高速公路设计资料的基础上，提出喀斯特地区高速公路地形选线的一般原则，并分别就喀斯特地区的孤峰(峰林)平原区选线要点、岩溶山区沿河线布线要点和越岭线布线要点进行研究和总结。

1 喀斯特地貌形态与地形选线一般原则

1.1 喀斯特地貌形态与类型[1][2][3][4]

喀斯特地貌的岩溶个体形态可分为地表形态和地下形态两种(如图1所示)，与公路工程关系密切的，有以下几种：

(1)地表岩溶形态

包括溶沟和石芽、落水洞、漏斗与洼地、岩溶谷地、峰丛、峰林和残丘等。

(2)地下岩溶形态

包括溶洞、暗河(地下河)、洞穴堆积等。

(3)岩溶地貌的组合形态

主要包括：孤峰(峰林)平原区、溶丘洼地区、峰林谷地区、山地河谷区。

图1 岩溶地貌示意图

1.2 喀斯特地区公路地形选线一般原则

喀斯特地区，碳酸盐岩受流水的作用，形成典型的岩溶地貌景观。从公路路线设计角度，按岩溶地貌组合类型，可分为孤峰(峰林)平原区、溶丘洼地区、峰林谷地区、山地河谷区四种地形特征。按照传统公路地形选线操作手法，可分为平原区选线、山岭区选线(沿河线、越岭线、山腰线)、丘陵区选线。

喀斯特地区地形选线应综合考虑自然、社会等多种因素的影响，妥善处理好各方面的关系，其基本原则如下：

(1)以“多目标协调”的公路设计理念为指导，协调公路功能、安全、经济、环保、美观和交通质量等多个公路设计目标的关系。

(2)喀斯特地区地形选线应与地质选线相结合，充分考虑线位的岩溶地质发育条件，对绕避和穿越方案进行综合比选。

(3)喀斯特地区一般土地资源较为宝贵。路线布设时，要少占田地，尽量不占高产田、经济作物田和经济林园等。对沿线必须占用的田地，应按国家有关法规，做好造地还田等规划和必要的设计。

(4)喀斯特地区风景优美，路线布设时，应充分考虑与周围环境、景观的协调，灵活布设路基断面，合理选用平纵线形指标。

(5)喀斯特地区，受到地形、地质、城镇村庄等条件制约，走廊带资源受限，路线布设需综合协调路线与各种线路工程的关系。

(6)喀斯特地区生态环境脆弱，路线在布设时，应本着“生态优先”的原则，协调公路各设计目标的关系。

(7)路线设计应注意立体线形设计中平、纵、横面的舒顺、合理配合，不应轻易采用最小或极限指标，也不应片面追求高指标。

2 孤峰(峰林)平原区路线选线要点

2.1 孤峰(峰林)平原区选线环境分析及路线特点

从地形及公路选线特点考虑，孤峰(峰林)平原区选线环境具有以下特点：

(1)孤峰(峰林)平原区的孤峰和残丘，是喀斯特平原区难得的景观资源，路线布设时应尽量考虑绕避。

(2)孤峰(峰林)平原区地表水丰富，地下水埋藏较浅，多存在软土地基等不良地质现象。

(3)孤峰(峰林)平原区一般较为狭小，总体区域不大，土地资源宝贵，路线在布设时应充分考虑。

(4)孤峰(峰林)平原区低洼平坦地带有较多的土层覆盖，基岩下的隐伏岩溶极易导致岩溶地面塌陷，破坏地基稳定，危及安全。

孤峰(峰林)平原区环境特点决定了路线具有如下特点：

孤峰(峰林)平原区地形对路线限制不大，路线的基本线形应短直顺畅，路线布设应在符合路线走向的前提下正确处理对地形、地物、不良地质路段的避让与穿越，以平面为主安排路线(如图2所示)。喀斯特平原区路线面临的工程地质突出问题在于基底稳定。

图2 孤峰(峰丛)平原区绕避障碍物方法示意图

孤峰(峰林)平原区选线，先把路线总方向内所规定经过的地点作为大的控制点；然后在大控制点间进行实地勘察，建立起一系列中间控制点。路线一般应由一个控制点直达另一个控制点，不做任意扭曲。

2.2 孤峰(峰林)平原区选线要点

(1)孤峰(峰林)平原区布线既不片面求直而占用大量农田，也不片面强调不占某块田而使路线弯曲过多。但在可能的条件下要做到少占或不占高产田。

孤峰(峰林)平原区的地貌特点多为残丘、峰林、峰丛环绕下的平原微丘地形，路线在布设时，可将线位布设于残丘、峰丛坡脚。

(2)孤峰(峰丛)平原区高速公路选线应尽量避免穿越城镇、工矿区及较密集的居民点，以绕避为主。但考虑到沿线城镇出入要求，既应做到“靠村不进村，利民不扰民”，也要通过修建支路和规划集散公路，承担居民的出行需求。在避让局部障碍时，要注意线形的连续舒顺。

(3)孤峰(峰丛)平原区选线应将孤峰作为重要景观节点进行考虑，路线在布设时应考虑绕避；对于峰丛和峰林，路线也应绕避为主，可将路线布设于峰丛、峰林和残丘山脚下，必须开挖时，应考虑植物恢复措施，最大限度地保证景观资源的完整性。

(4)孤峰(峰丛)平原区路线应短直。为了绕避障碍而使路线偏离短直方向时，必须尽早绕避，尽量减少曲线数目，并力求减小偏角，采用大而平缓的平曲线。

(5)孤峰(峰丛)平原区突出的岩溶地质问题表现在地面塌陷，路线方案布设要点如下[5][6]：

①线路避开取水点可能形成的最大下降漏斗范围。

②路线宜选在覆盖土较厚的地段。

④路线远离构造线或以最大交角通过。

⑤设计路线标高要高于最高地下水位或降低路线标高于基岩中挖方通过。

⑥路线宜避开多元土层结构地段。

⑦路线宜避开地表水与地下水变化幅度较大的地段。

⑧路线宜避开近期发生过岩溶地面塌陷的地段。

⑨岩溶塌陷易发区，路线应以填方通过，力求保留原覆盖土厚度。

(6)处理好路线与桥位的关系。特大桥是路线基本走向的控制点，大桥原则上应服从路线总方向并满足桥头接线的要求，桥路综合考虑。中、小桥和涵洞位置应服从路线走向。

3 喀斯特地貌山区沿河线选线要点

3.1 岩溶山区沿河线环境及路线特点

岩溶山区沿河线按河谷及河谷两侧地貌特点，可分为岩溶U形河谷区(峰林谷地区、溶丘洼地区)、岩溶V形河谷区(山地河谷区)。

(1)岩溶U形河谷区主要特点在于洼地、谷地与溶丘、峰林、峰丛相间并存。覆盖层多分布于洼地、谷地中，其他部位基岩裸露。洼地、谷地中常发育有落水洞、漏斗等垂直岩溶形态，并常与暗河联通。路线在布设时，应考虑河岸选择及绕避或穿越峰林、溶丘等问题，前者属于沿河线问题，后者则属于越岭线问题。

(2)岩溶V形河谷区河流多呈深谷，阶地狭窄，河床陡峻。有些地区峡谷深切、峰峦高耸，山顶与谷底的相对高差可达数百米以上，其地形与一般山地峡谷相似。高速公路在经过时，多采用隧道群或纵向桥的方式通过。

(3)岩溶U形河谷区是山区人口聚居和便于耕作之地，路线在通过时，必须处理与村镇、农田之间的关系。同时，这种地形又是线性工程(铁路、地方道路、高压线等)合适的线路走廊带，高速公路在通过时，须协调与线性工程之间的相互关系。

(4)河谷地带地质条件较为复杂，多发育有漏斗、落水洞、溶洞和岩溶泉等，河谷底部雨季受洪水威胁比较大，路线在布设时，应充分考虑地质条件及河流水文条件。

3.2 岩溶山区沿河线选线要点

从宏观路线方案布设或走廊带选择的角度，沿河线首先应解决河谷选择问题。因而，本文针对岩溶山区沿河线选线特点，主要研究河谷选择、河岸选线、线位布设与高度选择、路线与暗河的关系四个主要问题。

3.2.1 河谷选择

岩溶山区河谷可分为U形河谷和V形河谷。U形河谷区农田村镇、各种线性工程较为密集，高速公路通过时常占用大量农田和造成大量拆迁，且必须处理与各种线性工程的关系。V形河谷受强烈新构造运动上升影响，垂直通道发育很深，岩溶强烈发育，对道路工程影响较大。

在路线方案选择过程中，应从工程地质、征地拆迁、工程难易及造价以及与各种线性工程之间的关系等方面对路线方案进行比选。一般情况下，应优先选择U形河谷地带通过。

3.2.2 河岸选择

河岸选择时应充分调查，掌握路线所经区域的自然特征和村镇分布情况，充分利用有利的一岸，必要时跨河换岸，绕避艰巨工程或利用地形提高线形标准。喀斯特地区河岸选择一般有以下要点：

(1)路线应选择在岩溶发育较弱的一岸。

(2)以侧蚀作用发育于谷坡上的层状岩溶地带，路线宜靠山里通过。

(3)岩溶区高速公路河岸选择应充分考虑河谷两侧村庄分布、工农业发展、地方道路、人文自然景观等因素。

3.2.3 线位布设与高度选择

沿河线分为低线和高线。从路线布设方法来看，对U形河谷，有沿河岸、直穿田、靠山脚、山腰布设等方式；对V形河谷，则有纵向桥、隧道穿越、路基穿越等方式。路线在布设时要点如下：

(1)在溶丘洼地和峰林谷地区(U形河谷区)，高速公路宜靠山布设，设计高程略高于洪水位。

(2)山地河谷区(V形河谷区)，路线应提高设计高程，离开排泄带。

(3)对于V形河谷地貌或谷地资源较为宝贵的情况下，路线在通过时，可采用纵向桥的方式布设通过，以减少对山体的开挖及占地、拆迁。

(4)路线布设时应充分考虑当地城镇规划，避免直穿，尽量选择在城镇边缘通过。

(5)沿河线高线(斜坡地带路线)，在选线时还应注意选择在以下部位：

①斜坡地带路线宜于垂直渗流带及负地形间通过。

②岩溶斜坡地带，路线宜靠外于安全带中通过。条件困难时，路线可走行于安全带中，如下页图3所示。

图3 路线通过斜坡安全带示意图

③碳酸盐岩与非碳酸盐岩间互组成的斜坡地区，路线还可选择于岩溶裂隙水带中和非碳酸盐岩中通过，如图4所示。

图4 路线通过斜坡岩溶裂隙水带示意图

3.2.4 路线跨越暗河时布设要点

(1)路线高程低于暗河时，有三种可选方案。①路线在暗河下游，可将顶板揭开，设桥涵通过；②以长路堑通过，挖方工程大，路基排水需特殊处理；③以隧道通过，水文地质条件不佳，顶板也要求有足够厚度。实际工作中，可根据具体条件进行选择。如图5所示。

图5 路线高程低于暗河示意图

(2)路线高程接近于暗河标高时，应将路线选定在暗河出口下游稳定地层通过。当受条件限制时，最好揭开暗河，以桥涵代替路基通过。如图6所示。

图6 路线高程接近暗河标高示意图

(3)路线高程高于暗河时，如果暗河顶板岩层较完整且有足够厚度，可采用低填或浅挖方式通过，如顶板岩层厚度太薄，应对路基底下部的暗河加固。如图7所示。

图7 路线高程高于暗河标高示意图

4 喀斯特地貌山区越岭线选线要点

喀斯特地貌山区，谷地、洼地与峰丛、峰林、孤峰、残丘交错混杂，因而本文所研究的喀斯特地貌山区高速公路越岭线与一般地区越岭线在选线要点存在主要差异在于：

(1)一般地区越岭线分水岭通常是必须翻越的地形障碍。

(2)喀斯特地区峰林谷地、残丘洼地中分水岭并不连续，路线布设时可考虑绕避与穿越两种方案。穿越时，需考虑越岭方案，峰林、残丘的地形特点多不具备展线特点，高速公路通常采用隧道穿越方式通过。

考虑到岩溶山区地质、地形特点，岩溶山区越岭线选线要点如下：

(1)对于峰林、峰丛地区，高速公路选线与一般地区越岭线选线要点类似，仍需考虑垭口选择、过岭高程选择及展线方式等问题，但对于垭口的地质条件应慎重论证。

(2)峰林谷地、溶丘洼地区，路线在翻越分水岭时，应合理处理绕避与越岭问题。避免隧道、桥梁等艰巨工程，也避免开挖山体造成的环境、景观破坏。路线绕避居民耕地和住所时，多沿山脚布设。

(3)路线宜避开垭口中心，选在地质条件好的一侧通过。

(4)路线通过分水岭地区，常以隧道通过为主，宜选在地下水分水岭地带通过。

(5)不能在纵向岩溶水地下分水岭地带通过时，位置宜选在岩溶负地形间通过。

5 工程案例

河池至都安高速公路肯仁村至凉峒段，初步设计中初步确定了K线和B线方案(如图8所示)。K线方案经那伦村沿山脚至拉甫后，在U形开阔河谷内布线，仅需在方案起终点处布设隧道3座。B线方案从肯仁村后向西南方向布线，选择另一个河谷走廊带布线，由图8可见，该河谷为V形峡谷，峡谷两侧峰丛林立，无开阔地形适合布线，需采用桥隧结合的方式布线，设隧道6座，大桥3座，其中BK17+355～BK20+300段以4座隧道组成的隧道群方式穿越峡谷，工程艰巨。K线方案虽然占地较多，与水泡水库存在干扰，但路线短捷、顺畅，工程量及造价较低，且在K16+200处有利于服务区的布设。因此，在初步设计外业验收后，舍弃B线方案[7]。

崇左至靖西高速公路峒牌电站至力行段，如图9所示，初步设计布设了K线、C4线、C5线三个方案。K线方案隧道穿越湖润镇与同德乡间的分水岭后，主要沿山脚布设，其间穿过峰丛间垭口(峡谷)至比较线终点。C4线方案穿越湖润镇与同德乡间的分水岭后，沿山脚布设与现有二级公路走向一致，至比较段终点。C5方案起点段绕避分水岭，沿山脚布设至叫逢屯后进入山地越岭，以桥隧结合方式穿越后，与C4线基本重合至终点。三个方案在路线不同路段分别考虑了绕避与越岭方案，以达到保护环境、降低造价、线形流畅等目标。经综合比选，K线方案在桥隧构造物、拆迁房屋及对二级公路的影响方面占优，推荐K线方案[8]。

图8 河都高速公路K线与B线方案比选平面缩图

图9 崇左至靖西高速公路峒牌电站至力行段路线方案平面图

6 结语

(1)对喀斯特地区地貌形态进行了全面分析，提出了该地区高速公路地形选线一般原则。可为喀斯特地区高速公路选线提供决策支持。

(2)将地形划分为孤峰(峰林)平原区和岩溶山区。分别研究了孤峰(峰林)平原区路线选线问题、岩溶山区沿河线和越岭线路线布设问题。

(3)地形选线是多目标协调问题，在工程实践中，需全面掌握区域地质地形资料，综合分析，多方比选。

[1]铁道部第二勘测设计院.岩溶工程地质[M].北京：中国铁道出版社，1984.

[2]交通部第二公路勘察设计院，等.公路设计手册·路基[M].北京：人民交通出版社，1982.

[3]康厚明，罗 强，凌建明，等.岩溶地区公路修筑理论与实践[M].北京：人民交通出版社，2008.

[4]任美锷，刘振中.岩溶学概论[M].北京：商务印书馆，1983.

[5]铁道部第二勘测设计院.岩溶工程地质[M].北京：中国铁道出版社，1984.

[6]陈国亮.岩溶工程论文集[M].北京：中国铁道出版社，2009.

[7]广西壮族自治区交通规划勘察设计院.河池至百色高速公路两阶段初步设计说明书[R].南宁，2012.

[8]广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，等.崇左至靖西高速公路初步设计说明书[R].南宁，2011.

Study on Expressway Terrain Route Selection Method in Karst Area

WEI Shi-ming，WEI Ming-you，BI Xiong-fei

(Guangxi Guishan Expressway Co.，Ltd.，Du’an，Guangxi，530700)

The terrain condition is special in karst area，thus the highway route selection is difficult.In view of this problem，this article analyzed the individual form and combination form of karst topography，and proposed the general principle of expressway terrain route selection in karst area.The route selection problem in karst area was further subdivided into the route selection problem in single peak(peak forest)plain area，the layout of route along the river and the line across the ridge in karst mountain area，and studied the route selection and routing method under three kinds of terrain，thereby providing the reference for expressway route selection method in karst area.

Karst area；Expressway；Terrain；Route selection method

韦世明(1968—)，高级工程师，主要从事高速公路工程技术管理工作；

韦明邮(1967—)，高级工程师，主要从事高速公路工程技术管理工作；

闭雄飞(1980—)，主要从事高速公路工程管理工作。

U412.32

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.11.008

1673-4874(2016)11-0042-06

2016-10-26