高速公路的選線與路線設(shè)計(jì)策略

李 楠

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司，甘肅 蘭州 730000 ）

0 引言

經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步為社會(huì)的可持續(xù)性發(fā)展注入了新的動(dòng)力，為滿足社會(huì)的發(fā)展需求，基礎(chǔ)工程與配套設(shè)施數(shù)量相較以往也有了明顯增長。作為決定交通運(yùn)輸質(zhì)量的關(guān)鍵因素，高速公路的重要性毋庸置疑，該類工程建設(shè)工作推進(jìn)復(fù)雜且艱巨，因此為保證整體工程建設(shè)質(zhì)量需要明確其選線與路線設(shè)計(jì)對其最終建設(shè)效果的重要意義，路線設(shè)計(jì)效果直接決定了高速公路后期運(yùn)營狀況與其使用安全性，其使用壽命也與選線與路線設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)有著緊密聯(lián)系，因此對該類型工作應(yīng)用過程進(jìn)行深入分析具有極為重要的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值。

1 工程概況

本文舉例工程位于西部地區(qū)高速公路，設(shè)計(jì)總里程為45 千米。該條高速公路在對其主線進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要嚴(yán)格遵從高速公路的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，所需要修建的路基寬度為25.5 米，設(shè)計(jì)完成后需要滿足通行時(shí)速每小時(shí)80 千米的應(yīng)用需求。在高速公路與立交連接線位置所建設(shè)的道路所依據(jù)的為一級公路標(biāo)準(zhǔn)，為滿足這一要求需要修建路基寬度為12 米的雙向雙車道道路，需要滿足通行時(shí)速每小時(shí)60 千米的應(yīng)用需求。

2 高速公路路線選型設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 滿足路線安全性原則

在直行高速公路線路選型任務(wù)時(shí)所必須遵循的主要原則就是保證其應(yīng)用的安全性。對于高速公路來說其安全性不僅僅代表著高速公路本身的安全應(yīng)用性能以及使用壽命，更為關(guān)鍵的是需要確保在高速公路行駛車輛的通行安全，這就要求在高速公路選線過程中應(yīng)最大限度的避免其中囊括的不良地質(zhì)區(qū)，典型的包括泥石流以及滑坡等災(zāi)害頻發(fā)的位置、地震活動(dòng)發(fā)生頻繁的位置以及其他影響高速公路建設(shè)質(zhì)量的特殊地質(zhì)區(qū)域等[1]。另外若預(yù)計(jì)所建設(shè)高速公路所在區(qū)域的地基較軟，又或者其所在位置地質(zhì)構(gòu)造具有斷層區(qū)的特點(diǎn)，為避免高速公路建設(shè)效果與施工效率受到不良影響，也應(yīng)盡量避開此類型區(qū)域。而若所處位置特殊地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域無法有效規(guī)避，那么在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)對高速公路某些位置的道路結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊的加固處理，以保證線路的通行安全性與穩(wěn)定性。

2.2 以經(jīng)濟(jì)效益化為主要目標(biāo)

確保高速公路的建設(shè)經(jīng)濟(jì)效益同樣是在為高速公路選線時(shí)需要遵循的主要原則[2]。由于高速公路覆蓋范圍較廣且施工周期較長，因此資源消耗量極大，不僅僅在施工期間需要耗費(fèi)大量資金，由于高速公路的特殊性為保證其可持續(xù)性的安全使用效果也應(yīng)做好后期維護(hù)工作，維護(hù)環(huán)節(jié)同樣需要耗費(fèi)大量資金以保證護(hù)理養(yǎng)護(hù)效果。經(jīng)濟(jì)效益化主要指的是在高速公路建設(shè)完畢后的實(shí)際使用狀況以及公路的使用壽命。高速公路的選線環(huán)節(jié)通常需要穿越較多區(qū)域使得其所對應(yīng)的地形條件較為復(fù)雜，為保證企業(yè)建設(shè)效果就需要對其做科學(xué)有效的改造處理，這樣以來無論是高速公路的資金還是技術(shù)投入成本相較普通工程來說要大得多[3]。為縮減成本投入并提高高速公路建成后的應(yīng)用效益，就需要再選線環(huán)節(jié)關(guān)注其對于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的重要意義，例如服務(wù)業(yè)以及旅游業(yè)等均是需要重點(diǎn)考慮的經(jīng)濟(jì)發(fā)展要素，從而保證高速公路的高頻次使用效果，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步提升提供基礎(chǔ)條件。

2.3 達(dá)到生態(tài)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)

高速公路在建設(shè)過程中不可避免的會(huì)對周圍的生態(tài)環(huán)境造成一定破壞，因此在路線設(shè)計(jì)之初就應(yīng)考慮不同地域的生態(tài)環(huán)保要求，需要盡量保護(hù)高速公路所囊括區(qū)域內(nèi)的人文自然環(huán)境，尤其是對于有重要?dú)v史價(jià)值的文物、建筑更需要提前制定科學(xué)合理的防護(hù)方案，在無可規(guī)避的位置選擇延長線路繞行該區(qū)域[4]。在建設(shè)完畢后需要統(tǒng)計(jì)建設(shè)過程中對周圍生態(tài)環(huán)境造成的破壞，并需要在工程建設(shè)后期進(jìn)行環(huán)境修復(fù)以保證公路最終的建設(shè)質(zhì)量。

2.4 因地制宜

為高速公路設(shè)計(jì)路線時(shí)需要充分考慮到地域環(huán)境特征，只有充分考慮到當(dāng)?shù)氐牡匦螚l件才能保證高速公路路線設(shè)計(jì)的合理性。橫斷面的合理應(yīng)用以及保證其各個(gè)平面處于順暢狀態(tài)，同時(shí)融合地形優(yōu)勢，就能夠在聯(lián)系曲面設(shè)計(jì)與線型因素后達(dá)到高速公路與環(huán)境融為一體的目的，在保證公路運(yùn)行效果的同時(shí)也在一定程度上延長了公路的使用壽命。

3 高速公路路線設(shè)計(jì)方法與要求

3.1 嚴(yán)格依據(jù)工程地質(zhì)條件以保證線路規(guī)劃的合理性

由于本文所舉例的高速公路建設(shè)工程所在區(qū)域?yàn)槲鞑康貐^(qū)高原地帶，橫斷山脈較多且地勢的整體起伏較大，山路凸顯出了崎嶇特征。加上此處的高原峽谷與山間盆地分布交錯(cuò)，使得該位置的地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)發(fā)生頻率較高，某些位置經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)間歇性的強(qiáng)烈抬升甚至劇烈沉降[5]。這樣一來，長期的剝蝕使得該地區(qū)地形地貌具有獨(dú)特的構(gòu)造侵蝕堆積特點(diǎn)。從本工程的施工圖紙來看其整體構(gòu)造呈現(xiàn)歹字型，在其施工區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力場具有復(fù)雜特點(diǎn)，地震活動(dòng)產(chǎn)生頻率較高，平均每0.45 秒就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)較為明顯的地震應(yīng)力波，這就要求無論在此處所建設(shè)的何種建筑物均要求其抗震等級需要達(dá)到8 度以上。為保證高速公路工程的建設(shè)安全性與使用效果，選擇應(yīng)用了延長路線的方式最大限度的保證了施工的安全性，應(yīng)為其后期的運(yùn)營維護(hù)提供了方便條件。

3.2 豎向線形設(shè)計(jì)

豎向線性設(shè)計(jì)簡單來說就是以豎向變化為基礎(chǔ)所制定的高速公路線路設(shè)計(jì)圖。以高速公路修建坡度以及豎曲線半徑等設(shè)計(jì)參數(shù)確定環(huán)節(jié)為例，應(yīng)充分考慮到高速公路在建設(shè)過程中所凸顯出的數(shù)項(xiàng)變化情況以及周圍環(huán)境的建設(shè)狀態(tài)，所最終獲取到的數(shù)據(jù)與高速公路上行駛的車輛最大速度有著極為緊密的聯(lián)系。由于本條高速公路所在位置包含多處山脈，在地勢起伏波動(dòng)較大的情況下使得其海拔變化十分明顯[6]。為保證高速公路建設(shè)完成后的行車安全就需要對數(shù)曲線半徑的最小值予以充分考慮，以保證其坡長距離的最短效果。充分考慮到周圍環(huán)境條件并聯(lián)系設(shè)計(jì)圖紙分析結(jié)果后，發(fā)現(xiàn)縱向坡度變化在2%左右時(shí)能夠凸顯出最佳的應(yīng)用效果，滿足行車視距規(guī)定的基礎(chǔ)上能夠確保車速調(diào)節(jié)的有效性，其也是保證車輛在高速公路上行駛安全的重要基礎(chǔ)。

3.3 平面線形設(shè)計(jì)

若從物理學(xué)角度看車輛在平面線形條件下行駛時(shí)的運(yùn)動(dòng)為離心運(yùn)動(dòng)的一種，因此為保證車輛在該類型曲線條件下的行車安全性就必須確保所產(chǎn)生的橫向摩擦力與設(shè)計(jì)規(guī)范以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相符。平曲線條件下車輛在行駛狀態(tài)使車速平方與離心力之間呈現(xiàn)正比例關(guān)系，而若條件變?yōu)榍€半徑范圍內(nèi)則呈現(xiàn)反比例關(guān)系。由于行車過程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)離心力，這使得處于行駛狀態(tài)下的車輛極容易在離心力的作用下增大側(cè)向滑移以及橫向傾側(cè)現(xiàn)象的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，車輛中的駕駛員一旦感受到外界環(huán)境的不同變化將使得其精神立刻處于高度緊張狀態(tài)，慌亂下極容易導(dǎo)致其做出不理智行為，這也是在該類型高速公路中交通安全事故發(fā)生概率較大的主要原因。為解決以上問題，在平面線形設(shè)計(jì)之初就要充分考慮到以下幾種情況以保證行車安全性：第一是平曲線的限制條件應(yīng)以最小曲率半徑為基礎(chǔ)，第二則是在連接平曲線時(shí)應(yīng)盡量選擇緩和曲線。充分考慮以上條件后最終確定在本條高速公路中的平曲線設(shè)計(jì)上所選擇應(yīng)用的連接長度設(shè)定為150 米，模擬實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)車輛駕駛過程中若在曲線內(nèi)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)能夠保證其有足夠的橫向摩擦力。

3.4 豎向與平面線形組合設(shè)計(jì)

為盡量規(guī)避不良地質(zhì)條件或滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)要求，高速公路在修建過程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)繞行情況，這就要求作為公路設(shè)計(jì)師應(yīng)結(jié)合平面線型與豎向線型，線性組合舒適度以及其適應(yīng)決定了最終高速公路的行車安全以及其使用效果[7]。由于本公路所處位置地勢起伏較大，線型過度不自然，這就要求設(shè)計(jì)師應(yīng)充分考慮到行車安全性因此必須采取以下幾種措施：第一是應(yīng)構(gòu)建滿足設(shè)計(jì)條件的交通標(biāo)志線，交通標(biāo)志線的顏色應(yīng)醒目以更好的提醒司機(jī)對該路段的注意力；第二是應(yīng)設(shè)置適當(dāng)?shù)囊暰€誘導(dǎo)設(shè)施，構(gòu)建合理的防護(hù)設(shè)施能夠最大限度的降低交通事故的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

另外為保證高速公路建成后的使用安全性，線路設(shè)計(jì)之初還應(yīng)綜合考慮不同的地勢環(huán)境條件，直線、緩和曲線以及原曲線需要保證其應(yīng)用的合理性。地勢平緩地區(qū)應(yīng)盡應(yīng)用直線設(shè)計(jì)方案，但需要注意的是若在直線區(qū)域保持長期行駛極容易讓駕駛員產(chǎn)生駕駛疲勞，因此可以在其中融入緩和曲線以及原曲線以減少駕駛?cè)藛T的疲勞感[8]。另外在設(shè)計(jì)高速公路路線時(shí)還應(yīng)考慮到曲線應(yīng)用效果，平曲線與豎直線的良好結(jié)合是確保駕駛?cè)藛T行車過程中過度連續(xù)性的關(guān)鍵因素，從而避免出現(xiàn)安全事故。

3.5 線路交叉設(shè)計(jì)

作為高速公路在實(shí)際修建過程中不可避免的情況，線路交叉需要設(shè)計(jì)人員重點(diǎn)考慮，這其中互通立交又是工程建設(shè)過程中的重中之重，過多的線路交叉或線路交叉設(shè)置不當(dāng)將會(huì)提高高速公路建設(shè)難度，主要包含以下幾點(diǎn)：第一是若選擇應(yīng)用小范圍的交叉方案，受到本工程所在位置的地形限制因素的影響想要保證交叉面積的擴(kuò)展效果較為困難；第二是若選擇建設(shè)大坡度道路將會(huì)影響行車的穩(wěn)定性與舒適性，這也是在交叉口即容易出現(xiàn)交通安全事故的主要原因；第三是若行車視距較小，行車的安全風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)增大。為解決以上幾點(diǎn)問題，不僅需要對立交平縱線型進(jìn)行優(yōu)化，也需要做好匝道分合流段線型過度的完善工作，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)平交口渠化設(shè)計(jì)的重要性，聯(lián)合周圍實(shí)際條件制定高速公路服務(wù)質(zhì)量的提升方案，以保證行駛車輛安全性能與預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)相符。本工程設(shè)計(jì)施工圖紙立交采取了全互通方案，這與預(yù)先推薦的方案相同，需要對立交匝道的布設(shè)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化并需要增大高速匝道轉(zhuǎn)彎半徑，同時(shí)應(yīng)強(qiáng)化交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)以提升行車安全性。針對于高速公路連接立交橋的過度位置，應(yīng)將重點(diǎn)放在線型指標(biāo)提升與工程規(guī)?？s減上，并需要對互通立交方案進(jìn)行優(yōu)化與詳細(xì)設(shè)計(jì)，在與專家進(jìn)行溝通后對其中連接不暢的位置采取合適手段進(jìn)行處理，以確保連接的通暢性行車安全性。

4 結(jié)束語

綜上所述，對于高速公路來說在其選線時(shí)需要以環(huán)保原則為前提，且需要綜合考慮施工安全性以及其所在位置的地形條件，以綠色選線為基礎(chǔ)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，只有這樣才能在最大限度的避免對自然環(huán)境造成較大破壞的前提下制定科學(xué)合理的高速公路路線設(shè)計(jì)方案。這樣以來無論是高速公路的使用壽命還是其安全性能均與規(guī)定要求相符，其也是為高速公路所覆蓋區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度進(jìn)一步提升奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)的關(guān)鍵因素。