山区高速公路的线路选型与线路总体设计研究

杨宝生, 陈 鹏

(武汉理工大学 交通学院，湖北 武汉 430063)

0 引 言

我国近年来的公路建设领域不断被拓展，取得了令人瞩目的成绩，但我国山区经济虽得到一定程度的发展，但相比于城乡经济还是相对落后，公路建设远远不能满足人们出行、经济发展的需求，公路制约着经济的发展，落后的经济也导致了山区公路建设的相对不足，有些山区地区甚至还存在交通闭塞，经济作物等难以流入市场的问题，造成有些地区资源过剩，有些地区资源不足，又无法实现资源调配的尴尬境地。因此，山区公路的建设和发展的加强，越来越引起人们的重视，而山区由于其复杂的地形，较大的高差，对其在线路选型与线路总体设计中有着更大的挑战。为此，本文将重点进行山区高速公路的线路选型与线路总体设计研究工作，为山区高速公路的建设提供一些参考。

1 山区高速公路线路选型原则

(1)线路选型与总体设计注重安全性原则。安全是路线选型与总体设计的最基本原则。这里的安全不仅包括山区高速公路自身的稳定安全性，还包括人们出行行车的安全。具体来说，选线时不仅需要注意山区环境的特殊性，尽量避免不良地质，如滑坡、坍塌、泥石流等，对于一些不可避免的不良地质区域，需要采取相应的工程措施，或者桥梁跨越，穿山隧洞，或者相应的加固措施等，还要注意各种线形的选择和组合。在设计时，一定保证线路在选择时注意安全性原则，这是每个设计者都必须坚守的原则。

(2)线路选型与总体设计考虑经济可行性。高速公路的造价一般都比较高，在修建时，不仅需要考虑修建成本，还要考虑后期能够带动的经济效益，以一种发展的眼光进行综合考虑。山区环境的复杂性，使得其建设成本更高，技术难度较大。在选线的过程中，充分考虑当地经济发展的需求，合理选择线形组合和线路布局，在考虑带动周边经济发展的基础上节约成本，筑路材料可以建议尽可能多利用当地原有的材料，不仅促进当地经济的发展，还在一定程度上节约了成本，尽可能实现经济效益最大化。

(3)线路选型与总体设计注意与山区生态相协调。公路建设过程中会对原有的生态环境造成破坏，为避免进一步对山区生态造成更大的影响，在线路选型与总体设计时，需要注意与生态环境的协调，尽可能地将已有的影响降低，使山区生态能够自行恢复。因此，在选线时，尽可能避免大开大挖，对已经造成的破换，进行植被恢复，对于边坡防护，多采用植被防护，防护带尽可能利用原有的山区资源，并做好人工标识，在纵坡设计时应以填方为主，尽量减少对原地面的开挖。使路线选型和山区生态相协调，实现绿色公路的建设。

(4)线路选型与总体设计需要因地制宜。路线选型和总体设计时，除了满足上述3条外，还需要因地制宜。每一处的山区环境都有其独有的特性，不能以偏概全，都必须依据具体的环境进行相应设计。在设计时参照山区环境的特点，进行局部细化，保证视线的通视，依照山区的地形，进行平纵组合，也可以多多利用山区原有景观，特色的景点，给人留下深刻印象，提升山区知名度，促进山区经济的发展等等。参照不同的山区环境，因地制宜，进行有针对性的适应性的综合设计。

2 山区高速公路路线设计的方法

山区高速公路的线路设计时，应考虑路线平纵线形设计，因地制宜进行合理布线。合理的路线设计不仅可以确保安全，减少交通事故的发生，还可以节约时间成本，一定程度减轻交通拥堵，因此，路线设计十分重要。

2.1 路线平纵线形设计

在进行路线平纵设计时，需要充分考虑汽车的性能，以驾驶员的角度进行设计更为合理。平曲线设计时，既要保证相互间的通视，又要保证行车的安全。车辆在平曲线上行驶时，需要有合理的平缓过渡，不能发生突变，不然驾驶员一时难以适应，无法做出正确的判断，威胁行车安全。因此，在公路设计中引入了平曲线曲率半径的限值并需设计相应的缓和曲线进行过渡，并对过渡段长度也有最小长度的要求。在山区高速公路路线设计时，更需注意这点的要求。其中曲率半径不得低于400 m，或者曲率半径较大时过渡连接长度超过100 m。为确保行车安全，这一点则十分重要。山区地形复杂，在设计时有很多细节不能忽视。

在进行竖曲线设计时，需要注意连接坡长和行车视距。长时间的爬坡和下坡都有着安全隐患，应予以避免。视线的通视在这里是由于竖曲线的坡点造成的，爬坡时，视距变短，下坡时，驾驶员没有做出调整，车速会加快，存在安全隐患等等问题。具体设计时可参照表1进行对照设计，一定注意安全问题。

表1 不同设计速度竖曲线长度和半径取值范围

2.2 因地制宜，合理布线

山区高速公路的线路选型与总体设计时，要因地制宜，合理布线，依据不同的山区环境进行相应的设计。具体可分为以下情况进行设计：

(1)综合地形情况进行多线布线。依据实际地形做出对比方案，山区高速地形差异较大，每一路线的选择都会对后续设计造成很大的影响，在空间选择上留出对比方案，选择更优更合理的路线。在纸上定线时，对有疑问的地区，需对现场做更详细的调研。尤其是不良地质段的勘察要更为详细，考虑合理的规避，对于无法避开的不良地段，注意布线位置，尽量减少不良地质段对公路的影响，并注意后续设计中的加固措施，消除潜在的威胁。布线的好坏，直接影响着整个公路的设计和建设，因此布线时必须综合考虑地形情况，进行因地制宜的布线。

(2)考虑高架桥位的选择。山区公路地形起伏较大，很有可能出现横跨山谷或者峡谷的情况，采取绕行方案造价太高，得不偿失，在进行路线布局设计时，不能仅仅局限于公路的设计，要统筹兼顾，进行整体布局，对于一些特殊地区，要考虑高架桥的选择，而对需要架设桥梁的地段，合理确定高价桥位的位置，考虑桥梁长度对造价和工期的整体影响以及修建高架桥的必要性。

(3)考虑隧洞的修建。山区高速公路，为了避免绕更多的弯路和减少对山区环境整体的影响，可以考虑隧洞的修建。隧洞的修建往往可以实现路线布局时以直代曲，极大减少整个路线的长度，为后期的运营减少时间成本。对需要采用隧洞形式的路段，则需要对隧洞的位置，形式等等的选择都需要进行严密的考虑和设计。比如施工的难易程度、工程造价及整体的经济效益等，进行综合对比，做出更合理的设计。

在设计过程中，选线是首要的，也是十分重要的，路线线型完成之后，也即是完成了路线的平面设计，还需进行路线的纵断面设计，进行拉坡和竖曲线的设计，路线纵坡的设计，对整个土石方的利用调配等有着极大的影响。竖曲线的选择，位置等对行车安全和舒适有着极大的影响，在进行竖曲线的设计时，还要注意与平曲线的组合，避免不良组合的出现，为以后的山区高速公路埋下安全隐患。综合以上考虑，在路线的设计阶段的过程中，可参照以下步骤进行具体的设计工作。

(1)设计过程中首先依据实际地形确定变坡点，变坡点确定后才能保证整个路线纵断面的设计更加合理。依据山区公路的实地情况，变坡点尽量取在直线段上，并与平曲线隔出一定距离，这样就可以避免出现不良的平纵组合，减少不必要的安全隐患，也在一定程度上降低了设计难度。变坡点数依据山区公路实地情况进行确定，如果设计段过短，则可以只在路线中间设置一个变坡点。变坡点的设计时要依据实际情况进行灵活选择。

(2)变坡点确定好后，下一步进行高程控制。在高程计算时可以利用切线控制法来确定曲线半径，然后进行竖曲线的确定，设计时尽量使竖曲线的半径应该与平曲线的半径成比例设置，避免出现与平曲线交错布置的情况发生，一旦发生这种情况，则说明设计存在缺陷，需要进行调整，再次利用切线控制曲线半径，调整竖曲线半径，出现竖曲线半径存在小数时，取整处理即可。

(3)线形设计过程中，由于山区路况复杂，一旦遇到不得不改变断面设计时，为保证整个设计线形符合组合要求，可只将变坡点的位置进行平移，从而达到线形组合不被破坏的目的，避免出现一旦调整过大，不仅容易出现线形不良组合，还会造成设计返工，增加设计工作。

(4)充分利用现有设备技术等，进行路线设计的优化等。如一般路线设计软件都有智能自适布线，可对照进行对比分析，进行不断调整，最终达到经济效益的合理化和优化，完成最终路线设计。

3 工程实例

本文选定某公路，山区，地势东高西低，全线海拔高差较大，140.0～1 530.0 m，设计最低点为225.0 m，设计最高点为875.0 m，相对高差为650.0 m。综合考虑当地经济发展，临近已有的公路等现状，给定了如图1所示的路线设计图。

对于选定路线，进行平纵线形设计。

路线在设计过程中尽可能采用了直线设计，其中路线设计部分结果见表2。

其中曲率半径大于400 m，过渡连接长度大于100 m，曲率半径和过渡段长度取值满足要求。与表1对比，相应指标也均达标，满足设计要求。

为了确保路线设计合理性，本文运用了运行速度进行了公路全线的平纵面指标的检验。这里将平曲线半径小于1 000 m和纵坡坡度大于3%的特殊路段视为独立单元，而其余一般路段上车辆运行视为匀速行驶。运行速度差的评价结果见表3，从中可以看出，路线设计中整体线形没有突兀的现象，合乎要求。

图1 路线设计图

表2 路线相应指标实际值表

表3 线形设计的运行速度差评价

4 结 论

山区高速公路的线路选型与线路总体设计对于整个山区高速公路整体性能有着直接影响，路线的选定和其总体设计，直接决定了整个山区高速公路布局，影响了其使用性和安全性，其中包含的细节性东西 较多，无论哪个环节出现问题，都会可能影响到山区高速公路的整体质量，因此，本文进行了山区高速公路的线路选型与线路总体设计的研究，探讨了山区公路路线选型的原则，和路线设计的原则，并给出了选定路线后，进行路线总体设计的具体操作步骤，使设计工作更加细化和可操作化，可为以后山区高速公路的设计提供一些借鉴。