楊寶生, 陳 鵬
(武漢理工大學(xué) 交通學(xué)院,湖北 武漢 430063)
我國(guó)近年來(lái)的公路建設(shè)領(lǐng)域不斷被拓展,取得了令人矚目的成績(jī),但我國(guó)山區(qū)經(jīng)濟(jì)雖得到一定程度的發(fā)展,但相比于城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)還是相對(duì)落后,公路建設(shè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們出行、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求,公路制約著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,落后的經(jīng)濟(jì)也導(dǎo)致了山區(qū)公路建設(shè)的相對(duì)不足,有些山區(qū)地區(qū)甚至還存在交通閉塞,經(jīng)濟(jì)作物等難以流入市場(chǎng)的問(wèn)題,造成有些地區(qū)資源過(guò)剩,有些地區(qū)資源不足,又無(wú)法實(shí)現(xiàn)資源調(diào)配的尷尬境地。因此,山區(qū)公路的建設(shè)和發(fā)展的加強(qiáng),越來(lái)越引起人們的重視,而山區(qū)由于其復(fù)雜的地形,較大的高差,對(duì)其在線路選型與線路總體設(shè)計(jì)中有著更大的挑戰(zhàn)。為此,本文將重點(diǎn)進(jìn)行山區(qū)高速公路的線路選型與線路總體設(shè)計(jì)研究工作,為山區(qū)高速公路的建設(shè)提供一些參考。
(1)線路選型與總體設(shè)計(jì)注重安全性原則。安全是路線選型與總體設(shè)計(jì)的最基本原則。這里的安全不僅包括山區(qū)高速公路自身的穩(wěn)定安全性,還包括人們出行行車的安全。具體來(lái)說(shuō),選線時(shí)不僅需要注意山區(qū)環(huán)境的特殊性,盡量避免不良地質(zhì),如滑坡、坍塌、泥石流等,對(duì)于一些不可避免的不良地質(zhì)區(qū)域,需要采取相應(yīng)的工程措施,或者橋梁跨越,穿山隧洞,或者相應(yīng)的加固措施等,還要注意各種線形的選擇和組合。在設(shè)計(jì)時(shí),一定保證線路在選擇時(shí)注意安全性原則,這是每個(gè)設(shè)計(jì)者都必須堅(jiān)守的原則。
(2)線路選型與總體設(shè)計(jì)考慮經(jīng)濟(jì)可行性。高速公路的造價(jià)一般都比較高,在修建時(shí),不僅需要考慮修建成本,還要考慮后期能夠帶動(dòng)的經(jīng)濟(jì)效益,以一種發(fā)展的眼光進(jìn)行綜合考慮。山區(qū)環(huán)境的復(fù)雜性,使得其建設(shè)成本更高,技術(shù)難度較大。在選線的過(guò)程中,充分考慮當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的需求,合理選擇線形組合和線路布局,在考慮帶動(dòng)周邊經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)上節(jié)約成本,筑路材料可以建議盡可能多利用當(dāng)?shù)卦械牟牧希粌H促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展,還在一定程度上節(jié)約了成本,盡可能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。
(3)線路選型與總體設(shè)計(jì)注意與山區(qū)生態(tài)相協(xié)調(diào)。公路建設(shè)過(guò)程中會(huì)對(duì)原有的生態(tài)環(huán)境造成破壞,為避免進(jìn)一步對(duì)山區(qū)生態(tài)造成更大的影響,在線路選型與總體設(shè)計(jì)時(shí),需要注意與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào),盡可能地將已有的影響降低,使山區(qū)生態(tài)能夠自行恢復(fù)。因此,在選線時(shí),盡可能避免大開大挖,對(duì)已經(jīng)造成的破換,進(jìn)行植被恢復(fù),對(duì)于邊坡防護(hù),多采用植被防護(hù),防護(hù)帶盡可能利用原有的山區(qū)資源,并做好人工標(biāo)識(shí),在縱坡設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以填方為主,盡量減少對(duì)原地面的開挖。使路線選型和山區(qū)生態(tài)相協(xié)調(diào),實(shí)現(xiàn)綠色公路的建設(shè)。
(4)線路選型與總體設(shè)計(jì)需要因地制宜。路線選型和總體設(shè)計(jì)時(shí),除了滿足上述3條外,還需要因地制宜。每一處的山區(qū)環(huán)境都有其獨(dú)有的特性,不能以偏概全,都必須依據(jù)具體的環(huán)境進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)時(shí)參照山區(qū)環(huán)境的特點(diǎn),進(jìn)行局部細(xì)化,保證視線的通視,依照山區(qū)的地形,進(jìn)行平縱組合,也可以多多利用山區(qū)原有景觀,特色的景點(diǎn),給人留下深刻印象,提升山區(qū)知名度,促進(jìn)山區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展等等。參照不同的山區(qū)環(huán)境,因地制宜,進(jìn)行有針對(duì)性的適應(yīng)性的綜合設(shè)計(jì)。
山區(qū)高速公路的線路設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)考慮路線平縱線形設(shè)計(jì),因地制宜進(jìn)行合理布線。合理的路線設(shè)計(jì)不僅可以確保安全,減少交通事故的發(fā)生,還可以節(jié)約時(shí)間成本,一定程度減輕交通擁堵,因此,路線設(shè)計(jì)十分重要。
在進(jìn)行路線平縱設(shè)計(jì)時(shí),需要充分考慮汽車的性能,以駕駛員的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)更為合理。平曲線設(shè)計(jì)時(shí),既要保證相互間的通視,又要保證行車的安全。車輛在平曲線上行駛時(shí),需要有合理的平緩過(guò)渡,不能發(fā)生突變,不然駕駛員一時(shí)難以適應(yīng),無(wú)法做出正確的判斷,威脅行車安全。因此,在公路設(shè)計(jì)中引入了平曲線曲率半徑的限值并需設(shè)計(jì)相應(yīng)的緩和曲線進(jìn)行過(guò)渡,并對(duì)過(guò)渡段長(zhǎng)度也有最小長(zhǎng)度的要求。在山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)時(shí),更需注意這點(diǎn)的要求。其中曲率半徑不得低于400 m,或者曲率半徑較大時(shí)過(guò)渡連接長(zhǎng)度超過(guò)100 m。為確保行車安全,這一點(diǎn)則十分重要。山區(qū)地形復(fù)雜,在設(shè)計(jì)時(shí)有很多細(xì)節(jié)不能忽視。
在進(jìn)行豎曲線設(shè)計(jì)時(shí),需要注意連接坡長(zhǎng)和行車視距。長(zhǎng)時(shí)間的爬坡和下坡都有著安全隱患,應(yīng)予以避免。視線的通視在這里是由于豎曲線的坡點(diǎn)造成的,爬坡時(shí),視距變短,下坡時(shí),駕駛員沒(méi)有做出調(diào)整,車速會(huì)加快,存在安全隱患等等問(wèn)題。具體設(shè)計(jì)時(shí)可參照表1進(jìn)行對(duì)照設(shè)計(jì),一定注意安全問(wèn)題。
表1 不同設(shè)計(jì)速度豎曲線長(zhǎng)度和半徑取值范圍
山區(qū)高速公路的線路選型與總體設(shè)計(jì)時(shí),要因地制宜,合理布線,依據(jù)不同的山區(qū)環(huán)境進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)。具體可分為以下情況進(jìn)行設(shè)計(jì):
(1)綜合地形情況進(jìn)行多線布線。依據(jù)實(shí)際地形做出對(duì)比方案,山區(qū)高速地形差異較大,每一路線的選擇都會(huì)對(duì)后續(xù)設(shè)計(jì)造成很大的影響,在空間選擇上留出對(duì)比方案,選擇更優(yōu)更合理的路線。在紙上定線時(shí),對(duì)有疑問(wèn)的地區(qū),需對(duì)現(xiàn)場(chǎng)做更詳細(xì)的調(diào)研。尤其是不良地質(zhì)段的勘察要更為詳細(xì),考慮合理的規(guī)避,對(duì)于無(wú)法避開的不良地段,注意布線位置,盡量減少不良地質(zhì)段對(duì)公路的影響,并注意后續(xù)設(shè)計(jì)中的加固措施,消除潛在的威脅。布線的好壞,直接影響著整個(gè)公路的設(shè)計(jì)和建設(shè),因此布線時(shí)必須綜合考慮地形情況,進(jìn)行因地制宜的布線。
(2)考慮高架橋位的選擇。山區(qū)公路地形起伏較大,很有可能出現(xiàn)橫跨山谷或者峽谷的情況,采取繞行方案造價(jià)太高,得不償失,在進(jìn)行路線布局設(shè)計(jì)時(shí),不能僅僅局限于公路的設(shè)計(jì),要統(tǒng)籌兼顧,進(jìn)行整體布局,對(duì)于一些特殊地區(qū),要考慮高架橋的選擇,而對(duì)需要架設(shè)橋梁的地段,合理確定高價(jià)橋位的位置,考慮橋梁長(zhǎng)度對(duì)造價(jià)和工期的整體影響以及修建高架橋的必要性。
(3)考慮隧洞的修建。山區(qū)高速公路,為了避免繞更多的彎路和減少對(duì)山區(qū)環(huán)境整體的影響,可以考慮隧洞的修建。隧洞的修建往往可以實(shí)現(xiàn)路線布局時(shí)以直代曲,極大減少整個(gè)路線的長(zhǎng)度,為后期的運(yùn)營(yíng)減少時(shí)間成本。對(duì)需要采用隧洞形式的路段,則需要對(duì)隧洞的位置,形式等等的選擇都需要進(jìn)行嚴(yán)密的考慮和設(shè)計(jì)。比如施工的難易程度、工程造價(jià)及整體的經(jīng)濟(jì)效益等,進(jìn)行綜合對(duì)比,做出更合理的設(shè)計(jì)。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中,選線是首要的,也是十分重要的,路線線型完成之后,也即是完成了路線的平面設(shè)計(jì),還需進(jìn)行路線的縱斷面設(shè)計(jì),進(jìn)行拉坡和豎曲線的設(shè)計(jì),路線縱坡的設(shè)計(jì),對(duì)整個(gè)土石方的利用調(diào)配等有著極大的影響。豎曲線的選擇,位置等對(duì)行車安全和舒適有著極大的影響,在進(jìn)行豎曲線的設(shè)計(jì)時(shí),還要注意與平曲線的組合,避免不良組合的出現(xiàn),為以后的山區(qū)高速公路埋下安全隱患。綜合以上考慮,在路線的設(shè)計(jì)階段的過(guò)程中,可參照以下步驟進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)工作。
(1)設(shè)計(jì)過(guò)程中首先依據(jù)實(shí)際地形確定變坡點(diǎn),變坡點(diǎn)確定后才能保證整個(gè)路線縱斷面的設(shè)計(jì)更加合理。依據(jù)山區(qū)公路的實(shí)地情況,變坡點(diǎn)盡量取在直線段上,并與平曲線隔出一定距離,這樣就可以避免出現(xiàn)不良的平縱組合,減少不必要的安全隱患,也在一定程度上降低了設(shè)計(jì)難度。變坡點(diǎn)數(shù)依據(jù)山區(qū)公路實(shí)地情況進(jìn)行確定,如果設(shè)計(jì)段過(guò)短,則可以只在路線中間設(shè)置一個(gè)變坡點(diǎn)。變坡點(diǎn)的設(shè)計(jì)時(shí)要依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行靈活選擇。
(2)變坡點(diǎn)確定好后,下一步進(jìn)行高程控制。在高程計(jì)算時(shí)可以利用切線控制法來(lái)確定曲線半徑,然后進(jìn)行豎曲線的確定,設(shè)計(jì)時(shí)盡量使豎曲線的半徑應(yīng)該與平曲線的半徑成比例設(shè)置,避免出現(xiàn)與平曲線交錯(cuò)布置的情況發(fā)生,一旦發(fā)生這種情況,則說(shuō)明設(shè)計(jì)存在缺陷,需要進(jìn)行調(diào)整,再次利用切線控制曲線半徑,調(diào)整豎曲線半徑,出現(xiàn)豎曲線半徑存在小數(shù)時(shí),取整處理即可。
(3)線形設(shè)計(jì)過(guò)程中,由于山區(qū)路況復(fù)雜,一旦遇到不得不改變斷面設(shè)計(jì)時(shí),為保證整個(gè)設(shè)計(jì)線形符合組合要求,可只將變坡點(diǎn)的位置進(jìn)行平移,從而達(dá)到線形組合不被破壞的目的,避免出現(xiàn)一旦調(diào)整過(guò)大,不僅容易出現(xiàn)線形不良組合,還會(huì)造成設(shè)計(jì)返工,增加設(shè)計(jì)工作。
(4)充分利用現(xiàn)有設(shè)備技術(shù)等,進(jìn)行路線設(shè)計(jì)的優(yōu)化等。如一般路線設(shè)計(jì)軟件都有智能自適布線,可對(duì)照進(jìn)行對(duì)比分析,進(jìn)行不斷調(diào)整,最終達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益的合理化和優(yōu)化,完成最終路線設(shè)計(jì)。
本文選定某公路,山區(qū),地勢(shì)東高西低,全線海拔高差較大,140.0~1 530.0 m,設(shè)計(jì)最低點(diǎn)為225.0 m,設(shè)計(jì)最高點(diǎn)為875.0 m,相對(duì)高差為650.0 m。綜合考慮當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展,臨近已有的公路等現(xiàn)狀,給定了如圖1所示的路線設(shè)計(jì)圖。
對(duì)于選定路線,進(jìn)行平縱線形設(shè)計(jì)。
路線在設(shè)計(jì)過(guò)程中盡可能采用了直線設(shè)計(jì),其中路線設(shè)計(jì)部分結(jié)果見表2。
其中曲率半徑大于400 m,過(guò)渡連接長(zhǎng)度大于100 m,曲率半徑和過(guò)渡段長(zhǎng)度取值滿足要求。與表1對(duì)比,相應(yīng)指標(biāo)也均達(dá)標(biāo),滿足設(shè)計(jì)要求。
為了確保路線設(shè)計(jì)合理性,本文運(yùn)用了運(yùn)行速度進(jìn)行了公路全線的平縱面指標(biāo)的檢驗(yàn)。這里將平曲線半徑小于1 000 m和縱坡坡度大于3%的特殊路段視為獨(dú)立單元,而其余一般路段上車輛運(yùn)行視為勻速行駛。運(yùn)行速度差的評(píng)價(jià)結(jié)果見表3,從中可以看出,路線設(shè)計(jì)中整體線形沒(méi)有突兀的現(xiàn)象,合乎要求。
圖1 路線設(shè)計(jì)圖
表2 路線相應(yīng)指標(biāo)實(shí)際值表
表3 線形設(shè)計(jì)的運(yùn)行速度差評(píng)價(jià)
山區(qū)高速公路的線路選型與線路總體設(shè)計(jì)對(duì)于整個(gè)山區(qū)高速公路整體性能有著直接影響,路線的選定和其總體設(shè)計(jì),直接決定了整個(gè)山區(qū)高速公路布局,影響了其使用性和安全性,其中包含的細(xì)節(jié)性東西 較多,無(wú)論哪個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題,都會(huì)可能影響到山區(qū)高速公路的整體質(zhì)量,因此,本文進(jìn)行了山區(qū)高速公路的線路選型與線路總體設(shè)計(jì)的研究,探討了山區(qū)公路路線選型的原則,和路線設(shè)計(jì)的原則,并給出了選定路線后,進(jìn)行路線總體設(shè)計(jì)的具體操作步驟,使設(shè)計(jì)工作更加細(xì)化和可操作化,可為以后山區(qū)高速公路的設(shè)計(jì)提供一些借鑒。