山区高速公路路线设计建议

山区高速公路路线设计建议

何兴昱

江苏瑞沃建设集团有限公司 江苏 扬州 225600

[摘要]：随着国家经济的快速发展，国家的基础设施建设特别是高速公路的建设得到了爆发式的发展，截至2021年初全国的高速公路通车里程达到了16.1万公里。以山区高速为代表的云南省全省高速公路通车里程更是超过9000公里排名全国第二。山区高速也从原来的以量扩张的发展思路开始转向了以质量提高得发展思路。“安全、适用、经济、环保”的原则成为了当下山区高速公路设计的主要理念。本文从本人近年来从事高速公路设计的总结对山区高速公路选线以及路线的设计提出一些建议。

[关键词]：山区高速  平面  纵断面  平纵组合 横断面

1、山区高速设计的一些常见的问题

在设计山区高速公路时，需要认识到自然环境的复杂性以及地质条件的特殊性。山区地形多样，包括陡峭的山脊、深邃的沟壑和起伏的地势。这种复杂地形可能导致土壤侵蚀和地质灾害的风险增加。滑坡、崩塌、泥石流和采空区是常见的地质问题，对道路的稳定性和可行性构成挑战。因此，在路线规划中，需要通过详细的地质调查和工程勘察，尽量避让这些不利的地质区段，减少自然灾害对道路造成的影响。山区还可能包含珍贵的生态系统和自然保护区。这些地区具有丰富的生物多样性和独特的生态功能，需要得到保护和尊重。在设计过程中，应尽量避开环境敏感点，减少对生态环境的破坏。这可能需要对道路进行绕行或采取其他环境友好的措施，以保护山区的生态系统，同时提供安全和便捷的交通通道。

节约用地和投资经济性是需要综合考虑的重要因素。由于山区的土地资源有限，而且往往被用于农业、生态和城镇发展，因此在路线规划中需要最大限度地节约用地。这可以通过避免占用耕地、减少土地挖填和合理规划路线来实现。一种常见的策略是选择沿山坡或山谷的线路，以减少对宝贵耕地的占用，并最大程度地利用山区的自然地形。山区的地形复杂性还可能需要修建大量的桥梁和隧道。在桥梁和隧道的设计和建设中，需要考虑地质条件、地震安全性以及工程造价等因素。选择合适的设计方案和施工方法，确保桥梁和隧道的稳定性和安全性，并尽量减少对山区自然环境的干扰。

施工难度和维护管理也是需要考虑的重要因素。山区地形陡峭、交通不便，施工难度较大。由于地形复杂，施工过程中可能需要采用爆破、挖掘和填方等复杂的工程技术。此外，山区气候多变，可能存在恶劣的天气条件，如大雨、雪灾和低温等，对施工造成额外挑战。因此，需要制定合理的施工计划，选择适当的施工方法和设备，确保施工的安全性和效率。山区道路的维护管理也是一项具有挑战性的任务。由于山区地势复杂，道路易受到雨水侵蚀、山体滑坡和泥石流等自然灾害的影响。维护工作需要定期检查道路状况，清理排水系统，修复损坏的路面和护栏，并采取必要的防洪和防滑措施。此外，山区道路的养护还需要考虑交通管制和交通安全，以保障用户的行车安全。为了解决施工难度和维护管理的问题，可以采用先进的工程技术和设备，如遥感技术、无人机巡检和智能监控系统，以提高施工效率和管理水平。此外，与当地政府、环保组织和社区居民的密切合作也至关重要，共同努力解决施工和维护中的挑战，确保山区高速公路的安全、可靠和可持续运营。

2、针对山区高速设计的一些建议

2.1避让不良地质路段路线设计

图1  某高速公路K114+000～K114+060线位右侧避让滑坡体

该路段右侧38-48m处为滑坡，滑坡体纵长约15m，横宽约20m，高约8m，滑坡体为粉质粘土，厚约2-5m，滑坡体积约800m3，滑坡方向125°。坡体为旱地，整体坡度相对较缓，约20～35°，坡脚标高约1795m，后缘标高约1803m。考虑到该滑坡体对工程项目的安全隐患较大，即使在避开滑坡体的路线设计下，最不利情况下滑坡体仍可能沿着主线方向发生滑动。如果该路段以路基填方的形式通过滑坡体，这意味着在道路运营期间，如果发生滑坡或其他地质灾害，可能导致整个路段发生位移。这不仅会引发安全事故，而且后期对道路的维修成本将大大增加。

因此，针对这种情况，考虑将该路段设计为桥梁形式，以通过滑坡体，并且需要加强桥墩的刚度设计，以最大程度地降低滑坡体对工程项目的安全隐患。通过建造桥梁，可以避免路基填方形式下滑坡体对道路稳定性的威胁，并且提供一个可靠的交通通道。

在桥梁设计过程中，需要充分考虑滑坡体的稳定性和影响范围，以确定桥墩的布置和强度要求。此外，还需要进行充分的地质勘察和工程评估，以确保桥梁的抗滑坡能力和整体结构的稳定性。同时，在运营期间，需要定期监测滑坡体的变形和地质情况，采取必要的维护和防护措施，确保桥梁的安全运营。

综上所述，通过将该路段设计为桥梁形式，并加强桥墩刚度的设计，能够有效降低滑坡体对工程项目的安全风险，并提供一个可靠、安全的交通解决方案。这种措施不仅可以保护道路使用者的安全，还能减少后期的维修成本和不便。

2.2平纵组合和其他专业的衔接以及投资经济的选线问题

图2 某高速9标段公路K494+000～K498+000线位平纵组合优化

该路段前后无特殊结构制约路线的控制点，根据路线走廊带的选择该路段必须设置长隧道才能通过。洋红色路线为修改前的路线，隧道进口与地面线相交角度小于30度且进隧道后多次穿越沟壑，隧道下穿沟壑的路段均为浅埋段且整个隧道长度大于三公里为特长隧道。红线路线为优化后路线，平面朝山坡高处移动并调整纵断面使得隧道进口与自然地面线之间的夹角接近于90度使得隧道洞口受到自然岩体对其的偏压力较小，平面移动后整个隧道的埋置深度无浅埋段且整个隧道的长度缩短到三公里以内变为长隧道。路线优化后不仅大大减小了工程投资规模而且极大地增加了工程的安全性，由于隧道洞口与岩体角度较大所以还能实现零进洞开挖把对环境的干扰降到最低。

2.3避让环境敏感区以及考虑当地未来规划用地的路线设计

图3 某高速9标段公路K517+000～K512+000线位穿越环境敏感区

该路段穿过当大片茶山以及生态保护非核心区域，洋红色路线为修改前路线，路线直接从中间较为平缓的区域中心穿过，该方案虽然在工程造价上很节约但是它对生态环境破坏较大不说还大量占用了可以开发的土地限制了该区域未来的规划发展也制约了当地的经济。

为了减少对生态环境的破坏并促进当地的经济发展，进行了路线优化，采用了红色路线。这个优化后的路线考虑了实际情况，适当地降低了平纵面指标，并将整体平面朝向山坡进行布置。在穿过环境敏感区时，通过采用短隧道的形式，大大降低了对环境的干扰。

该路线还经过茶山旁边，符合了“近而不进”的设计原则，更好地辐射了当地的经济，并且与当地政府对片区的旅游开发规划相符。这样的设计不仅减少了对茶山的直接干扰，还为当地的旅游业提供了更好的交通便利性，促进了旅游业的发展。

此外，通过优化后的路线，还有助于保护生态环境，维持生物多样性，并确保生态保护非核心区域的完整性。这有利于维持当地的生态平衡，并为未来的可持续发展提供了基础。

综上所述，通过对该路段的优化设计，从洋红色路线到红色路线的改变，不仅在工程造价、生态环境和土地利用方面带来了积极影响，还符合了当地的经济和旅游开发规划。这种设计考虑了多个方面的因素，并追求平衡，以实现道路建设与环境保护、经济发展的双赢局面。

2.4横断面的设计形式

图4 某高速公路分离式路基总体图

图5 某高速公路整体式路基总体图

因为山区具有地质情况复杂、可开发用地较少等的特点所以在横断面的设计上可以结合现场实际的情况考虑采用整体式路基与分离式路基相结合的形式来设计。特别是在重山岭区域采用分离式路基的设计可以降低工程造价特别是在隧道或者特大桥梁等特殊结构物存在的路段。路线使用分离式路基的路段可结合现场实际的地形地貌对纵断面进行不同的设计更加贴近山区高速“安全、适用、经济、环保”的原则。

3、山区高速指标的选用

山区高速公路指标的选用不单单要满足规范还要结合其他专业比如桥梁、隧道以及立交专业的相关规范选取合适的线型指标且还要考虑高速公路运营期驾驶员对道路驾驶安全感或舒适感。

以云南一般地区的新建设计时速为100km/h的高速公路为例，圆曲线最小半径应该避免采用规范中圆曲线半径的极限值，建议采用按照最大超高4%的最小圆曲线半径来控制。在普通桥梁和特殊桥梁的路段，路线采用的圆曲线半径和纵坡均应按照相关专业的要求布设。桥梁和隧道等结构物上尽量不要布设凹型圆曲线避免造成运营期道路积水导致的交通事故或者由于积水引发的次生灾害。

立交区最小圆曲线半径按照最小1500m，纵坡小于%2.5来控制。停车区以及服务区的主线纵断面坡度不宜过大因为还要考虑服务区和停车区匝道加减速车道的控制范围。

隧道区域圆曲线半径按照最小1300m,平均纵坡按照小于2.5%来控制。隧道洞口内外无论是平纵指标都应该满足3秒设计速度行程长度范围的平纵线型应保持一致。遇到隧道群的路段，如果平面必须要设置S型曲线的情况下尽量采用圆曲线+缓和曲线+直线+缓和曲线+圆曲线的布线形式。

在竖曲线的指标上尽量采用规范上使用的一般值但是如果遇到单曲线或复曲线的时候在一般路段凹曲线使用最小半径的指标为10000m,凸曲线使用最小半径为16000m。隧道因为本身的采光受限等问题尽量避免使用同向竖曲线的形式，如果条件受限必须要使用同向竖曲线的形式那使用的竖曲线的指标应该在一般路段使用的指标上进一步地增大。

4、结语

总而言之，山区自然环境复杂，路线的设计限制条件较多而且路线的设计除了要考虑“安全、适用、经济、环保”等原则还要考虑整个工程项目的可实施性并且在未来运营期驾驶员行车的舒适性，因此应当明确山区高速公路设计的各项要点并在对公路路线进行设计的过程中，规避各种不良地质路段，协调各专业以多目标进行设计，做好多方案论证的工作选定最优的路线方案。

[参考文献]

[1]中交第一公路勘查设计研究院有限公司，《公路路线设计规范》JTG D20-2017

[2]中交第一公路勘查设计研究院有限公司，《公路路线设计细则》JTG-T D20-2009

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