山区高速公路的选线与路线设计要点分析

文/彭侃、丁强

1 前言

高速公路项目建设具备一定的周期性，在公路建设初期做好公路路线确定的路线设计尤为关键。公路选线与路线设计效果的高低直接影响工程的建设质量以及通车后的车辆行驶的安全与舒适性，所以我们需要考虑公路选线与路线设计的需求，从而保证各项指标达到预期的目标。

2 高速的路线选型设计要求

2.1 满足路线安全性

高速公路项目选型设计环节，首先要遵循的原则就是安全性，这是最基本的性能指标。保证公路运行的安全性，不仅仅可以使高速公路达到安全性、耐久性的要求，同时还能保证交通参与者的生命安全。因此，在高速公路选线环节，应该尽量避免在不良地质条件下施工，比如泥石流发生率较高、地震活动频繁、容易产生山体滑坡的区域内。此外，地基强度不足或者处于断层地带，也要尽量避免。对于无法规避的恶劣地形条件，应该采取必要处理措施，以提升高速公路运行的安全性和稳定性[1]。

2.2 以经济效益化为目标

高速公路毕竟也是商业化运行的项目，所以经济效益是重要考虑原则之一。高速公路建设投资额是巨大的，且后续运营阶段的维护与保养也需要付出较多的资金。而本文所说的经济效益化，就是使高速公路建设完成投入运营后的使用寿命得以延长，特别是高速公路选线的过程中，很多项目都会穿越地形复杂的区域，必须要加强改造处理，而这也就导致高速公路投入资金增多，成本上升，影响经济效益。因此，高速公路选线环节，需要尽量带动区域经济的发展，比如引领旅游业、服务业的发展等，以提高高速公路的利用率。

2.3 满足生态环保要求

高速公路建设施工阶段，容易给周边环境产生一定程度的影响与破坏。因此，在路线设计时应该充分保护生态环境，确保施工范围内的人文与自然环境不会被严重破坏，确保历史文化景观与当地的生态环境免受损坏，如果可以预见发生严重的损坏问题，则应该进行必要的绕行或者调整，并且对于损坏的生态环境进行修复处理，尽快恢复生态系统[2]。

3 工程概况

某高速公路工程，线路全长45km，该线路主路线按照高速公路标准要求修建，路基宽度设计为25.5m，行车速度设计为120/h。该公路工程建设初期，考虑到公路路线行车质量，对选线与路线设计内容进行综合评定，故而做出了相关的处理方案。该工程选线与路线设计内容如下文所述。

4 高速的路线设计方法和要求

4.1 根据地质条件确定线路规划方案

该高速公路项目处于横断山脉的地形条件，地形变化比较复杂，交通运行难度较高。当地有高原峡谷、山地河谷平原、山间盆地等地形交错分布，地质构造活动频率较高，有些地带会存在间歇性的抬升，还有些地方会出现沉降严重的情况。经过多年的演变与反应，形成了类型比较丰富的地貌条件，比如低山地貌、岩溶地貌、河流侵蚀平原等。整个项目从空中俯瞰以“歹”字形式存在，且施工地带的复杂性比较高，还容易发生地震等灾害。经过当地的地震监测资料分析发现，该区域范围内的地震活动峰值加速度可以达到0.3g，平均0.45g 就会有一个地震应力波，建筑抗裂烈度在8°以上。经过上述原因分析，该高速公路项目在初稿设计审核中就直接被推翻了，而这正是因为该地带中的隧道穿越区域内的地质条件复杂性比较高。经过全面分析，本次工程设计决定取消隧道的形式，全部采用地面路面的形式，以此大幅度提升施工的安全性，保证交通参与者的生命安全[3]。

4.2 竖向线形设计

竖向线形的设计就是根据竖向变化设计确定所形成的高速公路线形，这也是一种设计方案的形式。比如，在高速公路设计中，需要确定坡度、坡长、曲线半径等方面的技术参数，并根据高速公路竖向变化的情况确定这些参数，保证高速公路运行的速度、高度等满足要求。在该工程中，经过地形勘察分析，其山脉起伏变化比较剧烈，海拔升高也非常明显。为了达到公路交通运行安全性的要求，应保证竖曲线的半径是最小的，坡长距离也是最短的。经过相关数据分析发现，纵向坡度变化处于-2%～2%之间效果是最好的，可以达到行车视距的标准，驾驶员也能够根据运行情况调整车速，确保交通运行的安全性。

4.3 平面线形设计

结合物理学的相关理论，车辆在平面曲线形式内进行运动，会有离心力产生。因此，为了使车辆行驶安全性合格，可以按照要求做好横向摩擦力测算分析。在平曲线内，车辆行驶所形成的离心力与车速的平方是正比关系，而曲线半径则是反比的关系。经过离心力的作用，行驶时极易产生横向侧倾或者滑移，驾驶人员如果在车内有明显的感受，精神会比较紧张，进而导致操作出现失误，诱发交通事故。从这一情况出发，在平曲线设计中，应用最小曲率半径限制平曲线，并采取缓和曲线的方法和平曲线连接。在该项目中，平曲线选择的连接长度为90m，可以保证车辆行驶的安全性[4]。

4.4 竖向与平面线形组合设计

由于不良地质条件、设计标准不达标等因素，设计人员应根据需要选择竖向线形与平面线形联合的方法。这些线形的方法会给交通运行舒适度、安全性产生影响。另外，地势变化明显的地带，线形也会发生较大的起伏变化，为了保证交通运行安全性合格，应该设置必要的交通标志线，提醒驾驶员注意路段特殊性；恰当采取必要的诱导措施，设置防护设施，防止发生交通事故。为了保证高速公路投入运营后的安全性，线路设计要充分考虑当地的地势变化情况，综合分析直线、圆曲线、缓和曲线。比如，地势相对平缓的地带，高速公路设计中最好采取直线的设计方案；但是如果直线过长，则会使驾驶员产生疲劳感，所以应适当增加圆曲线、缓和曲线的线形。另外，高速公路线路设计中，还要尽量防止过多使用直线而忽视曲线，最好是平曲线和竖曲线组合起来，保证驾驶人员驾驶车辆可以连续性过渡，避免发生严重的安全事故[5]。

4.5 线路交叉设计

线路交叉是高速公路建设中不可避免产生的情况，特别是互通立交的项目中，线路交叉会导致高速公路设计的难度升高，具体从下述几点分析：

4.5.1 对于小范围交叉再加上山区地形的影响可以适当减小交叉面积。

4.5.2 坡度如果较大，车辆的稳定性会有一定的问题，还会导致舒适性不足，所以交叉口设置应该保证安全性达标。

4.5.3 行车视距如果较小，也会导致车辆安全性不足。从这个方面分析，该工程中应进行立交平纵线形的优化设计，使匝道的分河流部分的线形可以平稳过渡，加强平交VI 渠化设计，保证高速公路的运行质量合格，促进车辆行驶安全性提升。设计环节需要注意，有蝙蝠洞立交的存在，可以选择应用半互通的方法。这与初步设计是相同的，根据标准优化匝道，有效增加该位置上高速的匝道半径，提高安全性。施工图设计中进行立交方案的优化和详细设计，可以使整个高速公路的运行达到安全、通畅的要求，满足交通运行标准。

5 质量控制措施

5.1 在路线设计阶段，相关人员需要对各种影响因素进行综合考虑。例如，对地势、居民区、环境保护区以及矿山资源区等。同时，在路线设计的过程中还需要将社会环境与自然环境纳入考虑范围内，尽量使这两方面的因素能够有效结合。另外，在具体的项目实践中，还需要进入实地进行考察，在了解相关地理信息以及工程特征的基础上开展相关设计工作，从而减少设计变更情况。

5.2 在高速公路项目建设环节给环境造成破坏是难以避免的，因此在具体设计时我们需要将环境破坏问题降低到最低。在选线路时，需要综合考虑施工给环境破坏造成的面积大小，尽可能在不大量破坏环境的基础上确定路线；此外，在设计过程中，还需要按照就近原则对设计内容进行优化，使路线设计不会给环境造成影响。另外，在实践的过程中还可以采用BIM 技术对路线设计的质量进行控制，通过BIM 技术构建的软件模型，能够直观地在模型中优化路线设计，从而保证设计时出现的问题得到有效控制。

6 结语

综上所述，高速公路线形设计非常重要，因此要满足经济性、环保性、安全性、舒适性的要求，符合绿色标准，尽量减少农田占用、降低对于自然环境的不利影响，选择最佳的线路设计方式，进而延长使用寿命，达到安全性的标准，确保高速公路运行更加顺利，带动周边区域经济的发展，为我国的经济与社会全面发展起到一定的促进作用。