高速公路路線設(shè)計基本思路及選線方法研究

呂耀龍

惠州市道路橋梁勘察設(shè)計院，廣東惠州 516000

1 高速公路路線設(shè)計基本思路

1.1 高速公路選線原則

1.1.1 地形選線原則

在開展高速公路路線規(guī)劃設(shè)計上，地形選線的主要原則是保證縱面均衡、平面瞬時和橫面合理。高速公路建設(shè)周圍地形相對復(fù)雜，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，高差較大，所以在選線時必須充分考慮地形特點(diǎn)，詳細(xì)勘察路線經(jīng)過區(qū)域的工程地質(zhì)和水文條件，了解影響工程施工的因素，盡量避開復(fù)雜崎嶇地形。

1.1.2 地質(zhì)選線原則

在山區(qū)地帶修建高速公路，山區(qū)地帶地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生相對頻繁，山區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，所以在選線中要全面把握地質(zhì)水文環(huán)境情況，對施工沿線范圍的地質(zhì)進(jìn)行調(diào)查，通過物探探測技術(shù)進(jìn)行探測，盡量避開滑坡、崩塌、泥石流、巖溶等自然災(zāi)害發(fā)生聚集的地帶，選擇合理的跨域或穿越路線。比如，盡量靠近河谷，避開巖溶發(fā)育帶，采取線路標(biāo)高抬高、施工長度縮短等方式穿越巖溶地段。

1.1.3 環(huán)境保護(hù)選線原則

路線選線時要綜合調(diào)查分析山區(qū)的自然環(huán)境和自然資源，比如生物種類、生物數(shù)量、居住人口、氣象和歷史文化等，在選線時盡量不破壞水利設(shè)施，減少農(nóng)田占用，避開村鎮(zhèn)，避免大規(guī)模拆遷。對于路線經(jīng)過的村鎮(zhèn)，可結(jié)合發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行設(shè)計。在選線時還要考慮交通需求，協(xié)調(diào)交通和土地之間的關(guān)系，加強(qiáng)敏感區(qū)域調(diào)查，路線選擇盡量避開高度敏感區(qū)域。

1.1.4 安全選線原則

在高速公路施工中，選線時要考慮施工安全問題。比如區(qū)間正線的最大坡度要控制在20‰范圍內(nèi)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)化坡度設(shè)計，抬高線路標(biāo)高，減小水壓，從而降低施工難度，控制施工工區(qū)。通過隧道長度的縮短有效降低施工風(fēng)險，減少工程投資的同時，保證施工和運(yùn)營安全。此外，堅持安全選線原則，制定合理的路線方案能有效降低公路坡度和彎曲度，改善行車視距，減少駕駛員的視覺障礙，使駕駛員精確掌握公路狀況，方便明確車輛行駛方向，從而避免撞車等事故發(fā)生。

1.2 高速公路工程選線需考慮的因素

根據(jù)地形特點(diǎn)選擇合適的選線方案和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性因素，要根據(jù)工程建設(shè)規(guī)模確定工程造價，同時避免路線設(shè)計破壞周圍環(huán)境。如果在山區(qū)沿河段選線，應(yīng)充分考慮河岸、路線和跨河換岸之間的關(guān)系，避開如泥石流、滑坡等不良地質(zhì)路段，路線和河流間保持一段安全距離，合理設(shè)計沿河段的縱坡，避免路面滑坡引起安全事故，對于陡峭地段做好防護(hù)措施，詳細(xì)勘察跨河換段的地質(zhì)條件，確定最合理的設(shè)計方案。此外，在公路路線選擇時，埡口的選擇是越嶺線地段的重要控制點(diǎn)，最優(yōu)線路是埡口不用展線同時能靠近路線的總方向，并且標(biāo)高較低且兩側(cè)低于展線。在大高差或者短直線距離路段選線時，可采用山凹螺旋展線升降破或借助橋梁、隧道等構(gòu)造物。

2 高速公路路線選線的步驟和方法

2.1 路線方案的選擇

路線方案的選擇是為了解決路線起點(diǎn)和終點(diǎn)之前路線基本走向的問題，一般是利用平面線路圖，在小比例尺地形圖上找出各種可能的路線方案，然后對收集的方案資料進(jìn)行評價分析，初步選定有價值的線路方案。之后通過現(xiàn)場調(diào)查和勘察，綜合各種數(shù)據(jù)對比得到最優(yōu)線路方案。當(dāng)出現(xiàn)沒有小比例尺地形圖情況時，則可以直接采取勘察的方式現(xiàn)場收集所需要的資料，然后對各方案進(jìn)行評選。在地形比較復(fù)雜或區(qū)域范圍較大時，可綜合利用無人機(jī)技術(shù)、遙感技術(shù)和航攝資料進(jìn)行選擇。

2.2 路線帶的選擇和具體定線

路線帶選擇是在上述路線基本方向確定之后，根據(jù)地形、地質(zhì)和水文等自然條件確定細(xì)部控制點(diǎn)，然后將這些控制點(diǎn)連接起來形成線路帶。在對這些細(xì)部控制點(diǎn)進(jìn)行選擇時，也是采取比較選擇的方式來確定。同樣，地形相對簡單、線路設(shè)計方案已經(jīng)明確的施工路線，可以直接在現(xiàn)場選定。當(dāng)路線方案和路線帶確定之后，綜合考慮技術(shù)要求、路線方案和施工條件等，在定線范圍內(nèi)進(jìn)行平面、縱面和橫面上的設(shè)計，具體制定道路中心工作。

2.3 路線方案比擬

根據(jù)已經(jīng)制定的路線總方向和所設(shè)計公路的性質(zhì)、公路功能，將社會、經(jīng)濟(jì)、交通和環(huán)境因素綜合考慮在內(nèi)，然后擬定路線走向和路線方案，路線方案的最終確定是有效解決所設(shè)計道路起點(diǎn)、終點(diǎn)和線路走向的關(guān)鍵。隨著對公路建設(shè)要求的提高，在現(xiàn)場勘察設(shè)計中，要結(jié)合路線性質(zhì)、該路線在整個公路網(wǎng)中的作用、政治經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、交通量要求以及關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)、自然環(huán)境等因素，然后進(jìn)一步確定路線的起終點(diǎn)和中間線路。一般來說，公路路線必須要經(jīng)過重要的城鎮(zhèn)，這樣可以充分發(fā)揮該路線帶動區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會聯(lián)系等功能。此外，由于路線方案的合理性關(guān)系著工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益、運(yùn)行效率和該路線在公路網(wǎng)中作用的發(fā)揮，所以關(guān)于路線方案的選擇需要綜合考慮各種因素，尤其要考慮長遠(yuǎn)利益。

3 高速公路路線方案選取中遇到的主要問題和路線方案選取要點(diǎn)

3.1 高速公路路線方案選取中的問題

3.1.1 平面直線設(shè)計

因山區(qū)地質(zhì)地形條件復(fù)雜，平面直線設(shè)計在山區(qū)高速公路線路設(shè)計中困難較大。在平原區(qū)域高速公路路線設(shè)計中，如果所設(shè)計的平面直線路段較長，會增加駕駛員疲憊感，影響行車安全，在較長平直路段上，容易出現(xiàn)車輛超速情況。如果這時駕駛員精神力不集中或疲勞駕駛，可能會無法及時發(fā)現(xiàn)前往道路轉(zhuǎn)向，無法穩(wěn)定操作，從而引發(fā)安全事故。在山區(qū)地帶，地形復(fù)雜，曲線指標(biāo)較多，所以很少出現(xiàn)長直線路面，但是圓曲線間的直線長度也不能太短，必須保證道路線形的連續(xù)性，如果直線長度過短則會呈現(xiàn)快速的線形變化，這樣駕駛員便無法對道路線形變化做出準(zhǔn)確有效判斷。

3.1.2 平曲線設(shè)計

平曲線設(shè)計問題主要發(fā)生在山區(qū)高速公路線路的設(shè)計中，因?yàn)樯絽^(qū)公路路線選線受到地形地質(zhì)限制，在路線設(shè)計時往往不敢合理地設(shè)置隧道和高架橋，要么設(shè)置極限指標(biāo)，要么所設(shè)置的指標(biāo)過低，影響工程建設(shè)質(zhì)量和使用功能。當(dāng)駕駛員精神力不集中時，如果車速過快或車載量較大，可能在局部指標(biāo)較低的平曲線路段上發(fā)生安全事故。

3.1.3 超高緩和段設(shè)計

在豎曲線或平曲線半徑較小路段，需要設(shè)計超高緩和路段，該超高緩和段的設(shè)計應(yīng)該設(shè)置漸變段，且漸變段的位置要在全緩和段或緩和曲線中的某個指定特殊位置上，如果在橋梁上設(shè)計超高緩和段，會影響公路施工，而在橋梁上設(shè)置超高緩和段漸變段，會導(dǎo)致橋面坡度變得更加復(fù)雜。

3.2 高速公路路線方案選取要點(diǎn)

3.2.1 平面直線設(shè)計要點(diǎn)

在路線方案選擇和優(yōu)化中，平面直線路段長度的設(shè)計關(guān)系著該路線方案是否合理。所以在設(shè)計中應(yīng)充分考慮實(shí)際工程情況，綜合考慮成本、環(huán)境和安全行駛等因素，使得所設(shè)計的方案符合車輛行駛要求。一般來說，在進(jìn)行平面直線段設(shè)計時，該線路長度的上限是該路段所規(guī)定時速的20倍左右，而該平面直線路段長度的下限是所規(guī)定時速的2倍左右。不過在實(shí)際設(shè)計規(guī)劃中，平面直線路段長度的值還需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦巫兓?，尤其是高度差變化和坡度變化來進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。對技術(shù)人員來說，則必須充分掌握地形地質(zhì)條件信息，然后結(jié)合信息數(shù)據(jù)分析估算最優(yōu)的直線路段長度。

3.2.2 平面曲線設(shè)計要點(diǎn)

平面曲線段設(shè)計不合理性引起交通事故頻繁，主要是因平面曲線路段指標(biāo)不完善，為保證該線路行車安全，需對曲線半徑、線路段長度和變化率等進(jìn)行深入分析研究。首先，在對安全事故發(fā)生原因分析中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)曲線半徑小于400m時，事故發(fā)生概率最大，而隨著曲線半徑增大，事故發(fā)生概率逐漸降低，尤其在半徑大于400m以后，事故發(fā)生概率逐漸趨向平緩。由此可得結(jié)論，在進(jìn)行平面曲線設(shè)計時，應(yīng)適當(dāng)提高曲線半徑，使曲線變得平滑，控制平面曲線半徑在400m以上。同時，還應(yīng)合理控制平面曲線轉(zhuǎn)角，一般來說，曲線轉(zhuǎn)角小于30°較容易發(fā)生安全事故，而曲線轉(zhuǎn)角在45°以上比較合適。

3.2.3 超高緩和段設(shè)計要點(diǎn)

為了降低復(fù)雜地形地質(zhì)條件給高速公路路線設(shè)計帶來的負(fù)面影響，會進(jìn)行超高緩和段設(shè)計工作。該線段設(shè)計的作用是將圓曲段和直線段連接起來，從而可減少地形地質(zhì)給設(shè)計工作帶來的限制。在緩和段設(shè)計中，橫坡向平坡過渡需要的曲線段半徑應(yīng)大于規(guī)定的最低半徑大小，標(biāo)準(zhǔn)路段向平坡過渡的曲線變化率應(yīng)比排水系統(tǒng)設(shè)計規(guī)定的變化率大，這樣做的目的是便于公路排水工程運(yùn)行。

4 結(jié)語

綜上所述，路線設(shè)計是高速公路總體設(shè)計的基礎(chǔ)，路線設(shè)計是否合理關(guān)系著公路整體性功能的發(fā)揮，而路線方案的好壞直接影響高速公路后期使用和安全運(yùn)行。因此，在高速公路工程設(shè)計施工中，需綜合考慮影響該路線方案的因素，將自然條件、技術(shù)指標(biāo)、工程造價、施工工期、施工設(shè)備等內(nèi)容考慮在內(nèi)，然后對比多種方案，選取最合理的線路設(shè)計方案。