論路線總體設計思路與應用

王 科

（中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710075）

0 引言

總體設計貫穿于設計各個階段。預可行性研究階段側重于大范圍的路網(wǎng)結構研究，確定大的路線走廊帶；工程可行性研究階段在預可基礎上逐段落實走廊范圍，通過OD調(diào)查確定項目的建設標準，推薦路線走廊，控制工程造價；初步設計結合建設條件，在核準工可推薦走廊基礎上，對走廊帶內(nèi)重點路段進行多方案研究比選，協(xié)調(diào)路線與外部建設環(huán)境的關系，最終推薦一條合理的方案；施工圖階段重點在于線位優(yōu)化以及公路內(nèi)部各工程間的協(xié)調(diào)上。

綜合四階段的主要研究內(nèi)容，路線總體設計主要體現(xiàn)在建設標準的確定、路線走廊的選取、路線方案的布設及比選、路線方案與內(nèi)外部環(huán)境的協(xié)調(diào)四個方面。

1 建設標準

建設標準在預可、工可兩個階段研究確定。表征建設標準的關鍵參數(shù)包括公路等級、路基寬度以及設計速度。 《公路工程技術標準》（JTG B01—2003）及《公路路線設計規(guī)范》（JTG D20—2006）根據(jù)公路功能、適應交通量以及服務水平對建設標準各參數(shù)選取均做了詳盡規(guī)定。在具體實踐中，應結合具體的建設環(huán)境以及公路作為實體工程一旦實施，再次升級難度大、影響大的特點，靈活并適度超前地選擇建設標準。

2 路線走廊

路線走廊在預可階段提出，在工可階段研究、確定，在初步設計階段進一步核實、確認。確定路線走廊的關鍵參數(shù)包括路線起點、終點以及中間控制點。

2.1 起、終點

起、終點取決于項目區(qū)的路網(wǎng)結構。新建項目起終點應與規(guī)劃（地塊、路網(wǎng)）相結合，定于交通流生成區(qū)的外圍環(huán)線上，避免公路建設限制區(qū)域發(fā)展；公路某設計標段起終點，應結合建設條件向前、向后各順延3～4km，甚至更長范圍進行研究，確保銜接的合理性。

2.2 控制點

控制點是指項目影響區(qū)內(nèi)，由于交通需求、社會因素、地形條件、技術水平及建設環(huán)境影響路線必須通過或者不能通過的點（或者區(qū)域），對路線走向具有控制性作用。

在預可、工可研究階段，從路網(wǎng)結構及交通需求的角度，控制點包括起點、終點以及中間必須通過的交通量生成節(jié)點，比如城市、集鎮(zhèn)、村莊、廠礦和旅游區(qū)等；從地形條件的角度，控制點包括山、江、河和谷等；從建設環(huán)境的角度，控制點包括軍事區(qū)域、自然保護區(qū)域等。此類控制點統(tǒng)稱為“Ⅰ類控制點”。

隨著兩階段設計的開展，路線方案研究逐步深入，對方案布設具有控制性作用的點逐漸增加，不僅包括鐵路交叉點，軍事、自然保護區(qū)邊界角點，特長隧道隧址、特殊結構橋址等較大的點位，還包括學校、寺廟、古墓、古樹和高壓鐵塔等相對較小的點位。此類控制點統(tǒng)稱為“Ⅱ類控制點”。

“Ⅰ類控制點”確定路線走廊，“Ⅱ類控制點”確定路線方案。

2.3 路線走廊布設方法

將“Ⅰ類控制點”按上行線方向以多段線依次串連，再以多段線為中心，橫向向兩側搜索，用公路線形要素替代多段線，尋求“可行”的方案。

確定路線走廊應從路網(wǎng)結構開始，從小比例尺地形圖著手，遵循“由大到小，由粗到細”循序漸進的研究過程。公路工程具有永久性特點，路線走廊一旦確定，工程方案一旦實施，因工程實施而改變的走廊內(nèi)地形、地貌、生態(tài)和環(huán)境等一切原有的自然條件便不可再生，因此預可與工可階段方案的研究重點在于找全“可行”的路線走廊，進行多層次、多角度綜合比選，最終確定出合理的走廊。所謂“可行”就是既滿足路網(wǎng)功能，又使平縱面方案均可實現(xiàn)，還不違背控制點要求。

平原微丘區(qū)當Ⅰ類控制點確定后，走廊一般比較明確，重點是處理公路與Ⅰ類、Ⅱ類控制點的關系，以平面為主進行方案布設。

山嶺重丘區(qū)受地形、地質(zhì)、生態(tài)和城鎮(zhèn)分布等因素影響，在Ⅰ類控制點確定的情況下，可能存在多條路線走廊。即使在同一走廊帶內(nèi)，由于布設線位高度的不同也可能存在多種走廊方案（比如同河谷通道內(nèi)的沿溪線、山腰線和山脊線），重點在于正確處理公路與地形、與生態(tài)的關系，平、縱結合進行方案布設。

3 路線方案的布設

主要在初步設計階段進行。路線方案布設的關鍵因素是選擇合理的幾何技術指標，正確處理路線與Ⅱ類控制點的關系。

3.1 技術指標的選取

研究表明，在各種設計速度路段范圍內(nèi)，小客車的運行速度始終比設計速度高出10～20km／h。因此在設計過程中，建議以小客車運行速度為依據(jù)，將設計速度提高10～20km／h，采用高一級別的指標值，并限制采用“極限最小”值。

3.2 影響路線方案布設因素

路線走廊確定后，影響路線方案布設的因素是客觀存在的，設計中應關注以下幾點：

a）城鎮(zhèn)規(guī)劃及土地類型分布；

b）不良地質(zhì)的分布；

c）環(huán)境敏感點分布；

d）盡早與文物主管部門溝通，了解走廊內(nèi)是否存在的文物分布點并采取相應處置措施；

e）重點構造物的總體分布，包括互通式立交、特殊結構橋梁和特長隧道的分布區(qū)段；

f）水系、河流的分布及規(guī)模，對于跨越河流及沿溪線項目應考慮防洪設計；

g）走廊內(nèi)的交織情況，特別是與鐵路的交叉相對關系；

h）電網(wǎng)分布，盡可能減少對10kV以上高壓線路的干擾，對110kV以上鐵塔應采取避繞措施。

3.3 方案布設要點

方案布設是在路線走廊內(nèi)，綜合考慮建設條件的前提下，采用與項目建設標準相適應的技術指標，利用線形要素組合轉(zhuǎn)化成為具有指示性、可量化、比較和實施的路線方案的過程。方案布設主要方法有交點定線法和曲線定線法，采用的線形一般有“基本型、S型和卵形”。設計過程中應注意以下幾點：

a）緩和曲線 根據(jù)規(guī)范規(guī)定，當R大于3 000m時，A宜小于R／3，也就是說緩和曲線的長度最大不宜超過333m。

b）平曲線 在地形路段相同的情況下，圓曲線半徑應界定于一個區(qū)間內(nèi)，避免采用過大或過小的曲線半徑；圓曲線長度應不小于最小緩和曲線長度，避免類“凸形”曲線組合出現(xiàn)，確保線形協(xié)調(diào)；

c）S型曲線 曲線定線方法中，連續(xù)頻繁使用S型曲線，易使駕車人感覺疲勞，對方向判斷產(chǎn)生誤差，存在一定的安全隱患，建議連續(xù)S型曲線不宜超過10km；

d）不設超高最小半徑 規(guī)范根據(jù)路拱橫坡及設計時速給出了臨界值，條文說明中建議在有條件時宜選用較高的標準，提法較為模糊，設計過程中，建議將設計時速提高一個等級考慮，同時均設置回旋線；

e）停車視距 當受地形條件限制，曲線內(nèi)側行車道不滿足停車視距要求時，應予以說明，并采取一定的安全預防措施，如將中央分割帶內(nèi)移設置帶防眩板的獨柱波形護欄，以植草代替植灌綠化或外移行車道標線，強制限速等，確保規(guī)定對停車視距的要求；

f）隧道段線型組合 隧道區(qū)段的線形應盡量簡潔，特長、長隧道軸線宜采用直線，應避免在隧道內(nèi)部設置彎道；進出口宜采用較大半徑（3%超高）的曲線，且在不小于3s設計速度行程長度內(nèi)不應有急驟的方向改變；

g）平、縱、橫綜合設計 將縱面高程設計及橫斷面設計用于到平面定線過程，通過多次往復優(yōu)化、檢驗，達到平縱面協(xié)調(diào)，橫斷面布置合理的效果。

4 路線方案比選

4.1 比選種類

路線方案比選種類是多方面的，其中典型的有：平面方案比選，縱面方案比選，整體式路基與分離式路基比選；橋與高路堤比選，隧道與深路塹比選。

4.2 比選方法

4.2.1 多指標綜合分析法

根據(jù)前期調(diào)查踏勘，明確路線方案各項控制影響因素指標，根據(jù)各指標與路線方案的關系擇重排序，并逐項分析各指標對各方案的影響程度，最后綜合評定方案優(yōu)劣，擬定方案推薦順序，確定最優(yōu)方案。評價指標因建設環(huán)境的不同應予以具體分析，一般應包含以下內(nèi)容：

a）線形指標 比較各方案的路線長度、與地形的契合度，最小平曲線半徑、最大縱坡、平縱組合情況以及線形連續(xù)均衡性等內(nèi)容；

b）建設條件 比較各方案的地形地貌、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、氣候條件和施工條件等內(nèi)容；

c）社會環(huán)境 分析路線與區(qū)域規(guī)劃的關系，就路線方案征詢地方政府意見；綜合考慮方案建設，比如房屋拆遷、土地征用和電力線改移等對沿線村莊、單位的影響；

d）環(huán)境因素 綜合分析各方案在建設過程及建成后對沿線地形、植被和水系等自然環(huán)境的影響力，以及對沿線居民生產(chǎn)生活產(chǎn)生的影響，比如噪音、大氣污染等；

e）建設規(guī)模 包括路線長度、路基土和石方數(shù)量，排水防護規(guī)模，橋梁、隧道規(guī)模，控制性工程數(shù)量等；

f）交叉工程 綜合分析互通式立交的布設位置及與路網(wǎng)的銜接效果；分析方案沿途與其他地方道路、鐵路、特殊電力線和光纜的交叉干擾情況；

g）其他因素 分析路線與項目區(qū)內(nèi)其他影響因素的關系，比如與鐵路、自然保護區(qū)、大型水庫、文物保護區(qū)、礦產(chǎn)資源、采空區(qū)、軍用設施、人文景觀和重點單位等環(huán)境敏感點的關系；

h）工程投資 對比各方案的工程造價和每公里的平均造價。

以上評定指標列表如下（見表1），在方案比選過程中，可根據(jù)具體情況列取。

表1 路線方案綜合評價指標表

4.2.2 優(yōu)劣判斷法

表1 路線方案綜合評價指標表（續(xù)）

對應于評價指標，根據(jù)方案布設理由及比選側重點，按序排列出各方案優(yōu)、缺點，如表2所示，認真比較方案間的優(yōu)劣關系后確定方案推薦順序。

表2 路線方案優(yōu)缺點對照表

4.2.3 適用條件

優(yōu)劣判斷法適用于方案布設初期、工可階段或初步設計前期，對于“定性、定性＋定量”比選方案具有較高的工作效率。評價指標綜合分析法適用于初步設計階段，當方案研究進入一定深度、不能輕易判斷方案優(yōu)劣的時候，可使“同深度”比選方案的比選思路清晰、層次明確、角度全面，有助于科學、準確、合理的下定推薦結論。

4.3 典型方案比選

4.3.1 平面方案比選

在服從路線走向的前提下，平面方案的比選主要圍繞方案布設的原因、方案特點、方案與地形、地物等建設條件的關系，線形指標以及工程規(guī)模等方面。

4.3.2 縱面方案比選

縱面方案的比選主要是由同樣高差條件下不同的縱坡組合引起的，比選體現(xiàn)在縱面線形指標、平均填挖高度以及特殊工點的工程方案、工程規(guī)模上。

4.3.3 整體式路基與分離式路基比選

整體式路基優(yōu)勢在于工程集中，有利于施工組織管理，節(jié)省占地，便于沿線設施布置和道路的養(yǎng)護運營；分離式路基的優(yōu)勢在于上、下行線可獨立設計，形式靈活、適應性強。設計中應根據(jù)具體的地形條件分析采用。

4.3.4 高路堤（16m以上）與橋梁比選

高路堤設計方案優(yōu)點在于能充分利用前后路段挖余，減小棄方、施工方便；缺點是占地多等特點、景觀效果差，路基沉降問題無法避免，工程可靠度低，防洪能力弱。采用橋梁方案替代，可避免填筑高路基帶來的各種負面影響，但有可能造成工程費用的增加。設計中應結合地形條件，從經(jīng)濟、環(huán)保、施工、工期和質(zhì)量可靠度等多方面綜合分析比較后，因地制宜地選定。

4.3.5 深路塹（坡口高度大于30m）與隧道比選

深路塹優(yōu)點在于施工工藝簡單、周期短；缺點是廢方多、防護量大、景觀差、占地多等特點，另外高邊坡易誘發(fā)新的地質(zhì)病害。隧道方案可大大改善縱面指標、避免大填大挖，利于環(huán)保，但施工工藝復雜，進出口條件要求高、工程造價和后期運營成本高。設計中應結合地形、地質(zhì)條件及前后路段總體設計情況具體分析選用。

5 路線方案與內(nèi)外部環(huán)境的協(xié)調(diào)

5.1 與外部環(huán)境的協(xié)調(diào)

公路外部環(huán)境主要是指項目區(qū)地形地貌、地質(zhì)、地物、自然生態(tài)、社會和人文等建設條件。正確處理公路建設與外部環(huán)境的關系應關注以下幾個方面。

5.1.1 同一項目中可能存在多種地形地貌特征，路線布設前應劃分地形地貌單元，分段采用與地形條件相適應的布線方法及線形指標。例如河谷平原、沖洪積平原和河谷漫灘路段地形平坦，路線布設可按交點法采用較高的技術指標；中低山嶺區(qū)地形起伏較大，路線布設可按曲線定線方法，采用相對中等、中等偏低的技術指標。

5.1.2 地質(zhì)選線與環(huán)保選線。通過前期踏勘、地調(diào)等基礎性工作，了解沿線工程地質(zhì)病害和環(huán)境敏感點分布等信息，為路線布設提供準確的地質(zhì)依據(jù)及環(huán)保依據(jù)，在有限的走廊寬度內(nèi)“趨利避害、消除或降低干擾”。

5.1.3 公路建設不可避免對原地形地表植被、水系結構、生物活動規(guī)律、環(huán)境景觀造成影響和破壞，因此在設計過程中應綜合考慮，因地制宜、靈活設計，通過景觀再造與生態(tài)設計盡量保持路與自然環(huán)境的和諧，保證交通環(huán)境的安全協(xié)調(diào)。

5.1.4 公路建設對沿線社會人群的生產(chǎn)生活影響巨大，主要表現(xiàn)在占用土地、拆遷房屋和影響生產(chǎn)生活習慣等方面，因此在設計過程中應認真吸納落實群眾意見，在設計細節(jié)上體現(xiàn)人文關懷與可持續(xù)發(fā)展的思路。

5.2 與內(nèi)部環(huán)境的協(xié)調(diào)

公路內(nèi)部環(huán)境是指路線與路基防護、排水、橋梁、隧道、互通、服務區(qū)、停車區(qū)、通道、天橋等具體工程之間以及各工程相互之間的關系。具體工程應服從路線方案總體設計要求，不宜過分強調(diào)工點工程難度而輕易改變設計初衷；同樣總體設計過程中也應兼顧具體工程的設置需要，特別是具有控制意義的特殊結構橋梁、特長隧道等，確保方案的可行性。

6 結語

本文以“建設標準確定、路線走廊選取、路線方案布設及比選、路線方案與內(nèi)外部環(huán)境的協(xié)調(diào)”為切入點，分析了路線總體設計在工程實踐中的應用方法及考慮因素，對公路規(guī)劃和設計具有一定的指導作用。

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[4]JTG B01—2003，公路工程技術標準[S].

[5]JTG D01—2006，公路路線設計規(guī)范[S].