山区高速公路设计优化的思路和方法

梁 飞

北京市工程咨询有限公司 北京 102200

当前，我国中东部平原区的高速公路网已大致建设完成，西南地区山区较多，地形地貌更为复杂，建设高速公路的成本更高且投资回报率也更差，建设高速公路的难度也相对更高。在山区高速公路建设项目前期，技术人员进行勘察设计时应当结合地质条件、技术标准等因素尽可能优化设计方案，在保障工程安全性的基础上减少建设成本，以争取更多的经济效益。因此，探索山区高速公路设计优化的思路与方法具有重要意义。

1 山区高速公路设计优化的基本概述

我国目前的高速公路建设模式多数为常规的建设管理模式，通过合理的市场竞争，选择具有正规资质的单位负责项目的勘察设计与施工工作[1]。随着我国社会经济水平的飞速发展，勘察设计行业所面临的市场竞争形式越发严峻。部分勘察设计单位存在设计经费不足、设计周期较短等问题，不够重视对技术人员的投入，在市场竞争中难以取得优势。还有一些勘察设计单位进取心不足，认为所得成果只要满足业主需求与行业相关规范便可，难以增长综合实力。因此，项目业主单位选择承担山区高速公路项目的勘察设计单位时要保持慎重的态度，选取具有正规资质与足够实力的勘察设计单位[2]。勘察设计单位在设计山区高速公路项目时容易被地形地质、周边环境等因素所影响，想要优化其设计存在一定的难度。

设计优化工作通常由项目业主单位交由勘察设计单位负责，勘察设计单位对山区高速公路设计进行优化需要于项目初设批复一直到交工验收的期间内，利用提升设计技术经济合理性、调整改进施工图设计方案等手段，将提升工程安全性与节约投资当作目标，开展设计优化活动，从而有效缩减项目的建设成本[3-4]。勘察设计单位要在满足设计规范与使用功能的基础上，提出更为科学可行的设计方案。山区高速公路有较高的桥梁隧道占比，同平原区相比，山区的水文地质、环境条件更为复杂，在山区建设高速公路需要面对基本农田补偿难度较大、环境敏感点较多等问题，勘察设计单位进行设计优化时要充分了解掌握工程的可行性研究报告、施工图文件等相关资料，还需深入研究施工难度、项目用地、建设运营成本等内容。

2 山区高速公路设计优化的基本原则

2.1 保障工程安全

简单来说，山区高速公路设计优化工作是在满足相关要求与规范、保证工程安全性的前提下，灵活选择路线平纵面技术指标，合理缩减工程规模，结合施工难度、保护环境等相关因素而进行的设计优化活动[5]。勘察设计单位在进行设计优化时要坚持安全至上的理念，保障项目建设安全与运营安全，坚守红线意识。

2.2 降低工程造价

现如今，受到勘察设计周期、建设成本等方面的影响，山区高速公路项目建设方案存在照搬照抄现象，设计太过粗放[6]。比如，桥梁设计时桩长不断增长、互通指标把握灵活性不足等。同时，还有一些勘察设计单位为规避风险，制定相关结构尺寸时选用太过保守。勘察设计单位在进行设计优化时应当将现场实际情况同地勘结果相结合，通过多次的比选论证，在保障工程质量的基础上缩减工程规模，以减少项目的建设成本。勘察设计单位在开展总体设计时需要全面勘察项目范围内的地形地质，按照地质条件明确路线走向，尽量避免不良地质或是特殊岩土，让构造物与路线指标更大程度适应地形走势，从而降低填挖工程量，降低工程造价。

2.3 保护自然环境

以往建设山区高速公路时曾出现环境污染、植被破坏、水土流失等问题，勘察设计单位在进行优化设计时要总结以往经验，规避以前出现过的问题，贯彻保护自然环境的理念，在优化方案时绕开不良地质地段，降低高填深挖次数，做好相关防护措施，尽量在降低工程造价与保护自然环境之间保持平衡，防止出现“先破坏后治理”现象，尽可能保护原有的生态环境[7]。

2.4 节约土地资源

山区的土地资源较为紧缺，农业用地比较贫瘠，建设山区高速公路容易占用基本农田用地，降低耕地面积，可能引发环境、人口与资源间的矛盾。勘察设计单位在建设山区高速公路时要科学确定建设规模，节约土地资源，不过分追求高标准，将用地指标当作设计优化的关键控制因素[8]。尤其是河谷阶地与山间平原，这些区域可能是当地居民的居住地，勘察设计单位在优化设计时要坚守土地红线，尽可能避免占用基本农田用地，降低拆迁工程量。

3 山区高速公路设计的重难点

3.1 复杂地形地质问题

3.1.1 水库塌岸

水库是用于调节水流、拦洪蓄水的建筑物，建造于河流或是山沟的狭口处，山区有一定的可能性出现水库。水库塌岸会对桥梁与路基形成严重影响，勘察设计单位针对水库塌岸问题，可对其进行勘察评价其稳定性，分析重点位置，研究其稳定性发展情况，对桥墩、边坡、隧道口等位置进行调查取样，通过库岸垂直方向的勘探剖面掌握其构造状态，以采取相对性的处理措施[9]。

3.1.2 地质复杂的隧道

山区的地质比平原区更复杂，建设山区高速公路时可能涉及特长隧道等路段，其构造变异性会被地质条件影响。勘察设计单位针对地质复杂的隧道，需结合地质勘察所得结果进行平面地质调绘，进行实地调研以健全地质数据，同时利用高密度电法等手段实施物探，全面掌握隧道情况后再制定施工方案。

3.1.3 隧道路段的地质环境中有大量灰岩

在山区高速公路建设时可能遇到岩溶路段，勘察设计单位需运用地质测绘选用合理的物探方法，可结合实际情况联合采用多种物探技术，在此前提下分析探究钻孔取芯分析结果。通常情况下，钻孔取芯需结合该地区的地形地势与地质条件进行孔位布置，密切监测孔内状态，通过应力测试等手段综合评估该地区的地质情况。

3.2 桥梁选型、设计与施工问题

3.2.1 制定科学的桥型方案

勘察设计单位需要结合当地的实际条件与工程建设需求制定科学的桥型方案，坚持因地制宜的观念，提前考量到施工阶段的风险并做好预防措施，从而提高施工的安全性与经济性，让桥型可符合多项工程的相关要求。

3.2.2 选择合理的下部结构

选择合理的下部结构可有效减小施工难度，勘察设计单位通常情况下可运用以下三种处理方法：第一，合理缩减桥墩的间距，可减轻桩基间的影响，减轻环境破坏程度，还可提升施工效率，加快施工进度；第二，采用扁墩设计，可减少开挖工程量，提高桥梁美观性；第三，采用整幅双柱结构，减轻对原地形的破坏[10]。

3.2.3 避绕地质灾害

勘察设计单位可能在山间遇到地质条件不良的区域，可利用隧道、大跨度桥梁等手段跨越此类不良地质条件的区域，防止出现结构损坏，还可减轻工程建设对于周边环境的扰动，有利于保护当地的自然环境。

3.3 连续长下坡路段运营安全设计

勘察设计单位面对连续长下坡路段，可在合理位置增设一定的工程量，使得各路段的纵坡变得更为平衡，科学调控纵坡坡度有助于提升行车安全性。与此同时，勘察设计单位还可对该路段的运行速度进行超前检测，将服务区设立在纵坡路段的上端，使其能够为过往车辆提供后续的路况信息与制动检查等服务[11]。勘察设计单位可结合该地区的地形地势分布情况，在连续长下坡路段的坡底位置建设避险车道，可分隔车流，降低失控车辆所造成的安全危害，还可对进入避险车道的车辆发挥降速、减伤的效果。勘察设计单位可按照路侧的地质条件与该地区的实际交通布置选择恰当的护栏型式与防撞等级，尽可能保障过往车辆的行车安全。

3.4 长隧道路段运营安全问题

勘察设计单位若是遇到隧道里程占比较高的山间高速公路施工项目，应当重视运营安全问题，长时间在隧道中驾驶可能会增加行车人员的焦躁情绪，对行车安全性产生不良影响。除此之外，如果在隧道中出现安全事故，救援人员开展救援工作时也会受到周边环境的干扰。为提升隧道运营的安全性，勘察设计单位可通过以下方法降低安全隐患：一是尽量扩大隧道边界，使得隧道的空间变得更大，减轻行车人员因为狭窄空间而产生的不适感，也可为救援人员开展工作提供更大的空间；二是设置长度超过100m 的紧急停车带，布置安全标识，利用较为显眼的标识牌对来往的行车人员进行警示。

3.5 互通选址与选型问题

山区地形复杂，许多区域存在地质条件差、互通交通高差高等弊端，建设高速公路难度较大。勘察设计单位进行互通选址时要考虑桥梁、隧道的分布情况，充分考量当地的地形条件，尽量降低对周边环境与居民的影响、避免占用农业用地，选择恰当的平纵线形指标。当勘察技术单位决定选用互通式后，要保证匝道的技术指标可满足该区域的场地条件与实际交通需求。如果互通式的连接范围不仅在山区，连接到乡镇及县城，勘察设计单位需合理提升指标选择标准，保障其功能的可靠性。

4 山区高速公路设计优化的思路与方法

开展山区高速公路设计优化工作需要发挥项目公司、承包单位与设计单位的主观能动性，通过勘察设计单位的团队智慧，尽量提升施工图设计文件的设计深度与经济合理性，积极对设计方案进行调整优化，以获取最优的设计方案。勘察设计单位优化山区高速公路应当在掌握施工图设计成果的前提下，结合项目地质勘察结果、土地资源条件、环境敏感区等因素，综合考量评估设计优化工作的实施条件。在工程建设中，设计是其灵魂。勘察设计单位优化山区高速公路设计时应当做到以下几点：第一，树立全寿命周期成本的观念，在优化设计时不仅要考虑经济效益，还要将提高山区高速公路的长期社会效益当作优化目标；第二，坚守安全至上的设计理念，特别是对于建设条件复杂的施工项目，在优化设计时需坚持地质选线、安全选线的原则，守住安全红线；第三，以缩减工程规模及投资为目的，在优化设计时保持避大治小、灵活实用、分级处理的思路；第四，降低施工难度并保证方案的合理性，合理调整路线方案；第五，坚持保护自然环境、节约社会资源的理念，选用占用资源少、对周边环境影响小的设计方案。

原施工图设计是进行山区高速公路设计优化工作的基础，勘察设计单位应结合原施工图深入探索具有造价优势的段落，不宜直接在全线开展调查研究。勘察设计单位开展山区高速公路设计优化工作可分为以下两个阶段：一是在完成施工图设计后至报批设计文件前。此时项目还没有进行实质性开工，勘察设计单位由路线总体角度开展平纵面研究，选取具有明显优势的段落实施优化设计，尽量提升设计深入，此阶段开展设计优化工作效果良好，无需面临太大风险，不会因为优化设计导致工程被废弃；二是在批复施工图设计文件后的施工时期。在此阶段开展设计优化工作的目的为深入发掘施工设计文件中内含的优化空间，利用局部优化提升施工方案的经济合理性，勘察设计单位要将优化设计维持在一个较小的范围内，比如减少桥梁孔跨、减少路基土石方等，以免出现废弃工程，浪费资金、人力的同时增加施工时间，延误施工进度。

5 结语

在山区高速公路建设前期对施工图设计进行优化，改进施工图设计方案，可有效提升设计技术的经济合理性，在保证工程安全性的基础上，降低项目建设与运营成本，获取更多的经济效益及社会效益。当前，设计优化在质量责任划分、项目管理与审批等方面尚无明确规定，存在一定争议，需相关部门加以管理。本文从技术角度分析山区高速公路设计的重难点，并提出山区高速公路设计优化的思路与方法，以期为后续的设计优化活动提供一定的资料参考。