李志厚　張航　李忠海　王春　房銳

摘要：為了使云南省的自然環(huán)境融入到山區(qū)高速公路設(shè)計中，按照總體設(shè)計的指導思想，通過路線方案比選、地形地質(zhì)選線、典型工程綜合比選、植被恢復、行車安全要求等，結(jié)合工程實例對其設(shè)計原則進行了總結(jié)闡述，對山區(qū)高速公路的設(shè)計原則進行了優(yōu)化。提煉出了山區(qū)高速公路的設(shè)計原則，并形成了云南特有的山區(qū)高速公路設(shè)計理念，為云南山區(qū)高速公路設(shè)計提供參考和依據(jù)。

關(guān)鍵詞：山區(qū)高速；錯臺式路基；路線設(shè)計；行駛安全

中圖分類號：U412.3文獻標志碼：B

Abstract： In order to get the natural environment of Yunnan Province integrated into the design of mountain highways， the overall design philosophy of mountain highways was optimized based on route schemes comparison， survey of terrain and geology， comparison with typical projects， restoration of vegetation and the requirement of driving safety. Design principle was obtained in combination with actual projects， and the design philosophy of mountain highways particularly for Yunnan was formed， which provides basis for the design of mountain highways in Yunnan.

Key words： mountain highway； faulted subgrade； route design； driving safety

0引言

伴隨中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，山嶺重丘區(qū)的高速公路建設(shè)日益增多。該地區(qū)地質(zhì)地形、海拔、水文條件、氣候復雜多變，并且其水土保持要求比較嚴格，非常重視和關(guān)注保護自然景觀 [12]。目前，高速公路設(shè)計的靈魂主要是總體設(shè)計，山區(qū)高速公路建設(shè)主旨已由“大填大挖”、“不破壞就是最大的保護”轉(zhuǎn)變?yōu)椤笆构啡谌胙鼐€自然”。

云南省山地約占94%，其地貌、地質(zhì)以及地形復雜多變，道路建設(shè)難度較大，而且云南省少數(shù)民族數(shù)量較大，具有豐富多彩的民族文化特色，在公路建設(shè)中如何將這些特色融入其中具有重大的現(xiàn)實意義。

1總體設(shè)計思想

云南省山區(qū)高速公路總體設(shè)計的指導思想應當側(cè)重于以下方面：堅持公路建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的要求，重視環(huán)境保護，并努力將其建設(shè)成環(huán)保路、生態(tài)路；樹立動態(tài)設(shè)計的理念，確保勘測和設(shè)計的周期，保證設(shè)計質(zhì)量；合理掌握、靈活運用技術(shù)指標，滿足公路的服務水平；廣泛采用新技術(shù)、新工藝、新材料，注重技術(shù)創(chuàng)新的同時保證行車安全；充分融入沿線的文化特色，打造沿線文化走廊。

2總體設(shè)計優(yōu)化原則

2.1環(huán)保指導方案

2.1.1大麗高速公路九河路線方案

影響本段路線方案的主要因素有基本農(nóng)田、村莊拆遷、地形地質(zhì)和工程數(shù)量。為此，初步設(shè)計階段擬定了K線、D3線和P3線3個方案。

K線方案起于干木河村西側(cè)（K149+360），路線由南向北沿國道214線東側(cè)山腳布線，以避開國道214沿線村莊，止于白漢場水庫東側(cè)（K168+253.888）。路線全長18.894 km。

D3線方案起于干木河村西側(cè)（K149+360），路線由南向北沿白漢場狹長平坦谷地布線，止于白漢場水庫東側(cè)（K167+700，接近K線K168+200處）。路線全長1834 km，較K線方案短554 m。

P3線方案起于干木河村西側(cè)（K149+360），路線由南向北沿白漢場狹長平坦谷地西側(cè)山幅布線，過回龍水庫、老水庫，穿越赤土禾、小阿昌、水磨房村等村莊，于白漢場水庫東側(cè)接上K線，止點為K168+702320，接近K線K168+253.888處。P3路線全長19342 km，較K線方案長448 m。

充分考慮以上3個方案，對路線方案進行優(yōu)化[34]，九河路線方案如圖1所示。

2.1.2方案比選

（1）建設(shè)條件對路線總體方案布置和設(shè)計的影響：以地形條件D3線最優(yōu)，K線次之，P3線最差；從地質(zhì)條件來看P3線巖性以灰?guī)r為主，條件最好；K線巖性以泥巖為主，條件次之；D3線為水田地段，溝谷軟基多，條件最差。

（2）平、縱指標及連續(xù)、均衡情況：K線方案平面最小半徑為888.770 m，P3線方案平面最小半徑為320 m，最大縱坡均為5%，平、縱面指標相當，線形連續(xù)、均衡、順適；D3線方案平面最小半徑為905933 m，最大縱坡均為4%，平、縱面線形連續(xù)、均衡、順適，指標相對較高。

（3）行車安全、通行能力及服務水平的分析情況：D3線方案行車安全、通行能力、服務水平最優(yōu)，行車安全性較高，通行能力較強；K線次之，但能達到二級服務水平；P3線路線最長，平面指標較低，行車安全、通行能力、服務水平較差。

（4）公路用地：D3線方案大量占用優(yōu)質(zhì)農(nóng)田，與國家現(xiàn)行基本農(nóng)田政策嚴重不符；P3線占用土地以旱地及林地為主，同時由于村莊密集，不可避免有大量拆遷；K線方案主要占用旱地及荒山，同時少量占用林地，由于避開了村莊，拆遷量較小。

（5）鐵路、原有公路、水利設(shè)施及管線等的干擾情況：K線方案與國道214線發(fā)生1次交叉，P3及D3線與國道214線無交叉。

（6）環(huán)境保護方面：K線、P3線方案環(huán)境保護壓力稍大，D3線環(huán)境保護壓力較小。

（7）里程數(shù)量：K線方案路線里程較D3線方案長554 m，較P3線短448 m。

（8）社會效益和經(jīng)濟效益：D3線方案大量占用優(yōu)質(zhì)農(nóng)田，可能會惡化沿線群眾的生產(chǎn)生活條件，社會效益和經(jīng)濟效益最差；P3線方案雖不占用農(nóng)田，但需大量拆遷民房，社會效益和經(jīng)濟效益同樣較差；相比較而言，K線既不占大量用農(nóng)田，又無需大量拆遷，社會效益和經(jīng)濟效益最優(yōu)。

（9）此外，D3線需大規(guī)模處置軟基，同時需大量設(shè)置通道。

經(jīng)綜合比選，K線、P3線和D3線方案各有優(yōu)勢，在初步設(shè)計階段考慮到經(jīng)濟效益，本著可持續(xù)發(fā)展選線、環(huán)保選線、地質(zhì)選線、經(jīng)濟選線的原則，最終采用K線方案。

2.2充分協(xié)調(diào)地形

采用較高的指標有利于車輛的良好運行，采用較低的指標將對駕駛員的操作產(chǎn)生不利影響。山區(qū)復雜的條件影響技術(shù)指標的采用，較高的技術(shù)指標勢必會導致較高的填挖量，直接影響該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境，工程結(jié)構(gòu)的數(shù)量也將增加，從而導致項目成本增加。所以，在保證行車安全的條件下，還應強調(diào)技術(shù)指標的選擇要因地制宜，堅持路線與地形相互協(xié)調(diào)，不應片面追求過高指標。

水麻高速地處烏蒙高原北部傾斜地帶，地勢南高北低。從水富沿河到老堡山地段，隧道是惟一到達老堡山的方式。為了顯著縮短后接涼風凹隧道的長度，盡早沿溪布線，充分利用復興河谷的有利地形，避免穿越不良地質(zhì)帶，減少對環(huán)境的破壞，保護運營安全，公路設(shè)計人員反復勘察、設(shè)計、計算，加上來自老堡山山嘴地形的啟發(fā)，形成了一個奇特而大膽的螺旋展線的想法。K39+400～K42+700老堡山路段的螺旋隧道曲線橋，是5個連續(xù)右偏的卵形曲線組成的螺旋曲線，克服垂直高差89 m，中間夾7段緩和曲線，所有的橋梁隧道位于右偏的螺旋曲線上，整個合同段總轉(zhuǎn)角近330°，形成1個巨大的“α”形，如圖2所示。

該段線性指標與地形相互協(xié)調(diào)，大大降低了施工、環(huán)保與安全的運作難度，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益，在中國高速公路中尚屬首次，被評為“建國60周年公路交通勘察設(shè)計經(jīng)典工程”。建成后如圖3所示。

2.3地質(zhì)條件指導選線

山區(qū)地質(zhì)條件復雜，地質(zhì)災害多，分布廣。在路線勘測的某個階段有些災害不易被察覺，具有極強的隱蔽性，會對公路的施工帶來不可估量的影響。與此同時，地質(zhì)災害將直接影響到該地區(qū)的自然環(huán)境，導致水土流失，誘發(fā)其他災害。在路線方案擬定中，由于地質(zhì)災害的治理費用過高導致方案被舍棄的案例不勝枚舉。因此，在路線布線時，首先應當研究路線走廊的地質(zhì)條件，并堅持按地質(zhì)條件選線，優(yōu)化路線走向。

龍瑞高速公路南天門山嶺地帶的地形、地質(zhì)條件復雜，相對高差較大，森林茂密，路線方案的布設(shè)主要受地形、地質(zhì)條件和環(huán)境保護因素控制，最大縱坡和平均縱坡是主要的路線控制設(shè)計指標。該路段在初測階段做了K線、A線、B線、F線、H線、J線和M線7個路線方案研究[5]，本文僅就M線方案與K線方案進行比較，如圖4所示。該公路路線方案在復雜路段通過反復的論證，選定的M線有效地避讓了大型滑坡，減緩了長下坡路段的平均縱坡、提高了運營安全，大大降低了施工干擾程度。

M線（南天門8字形展線方案）起自龍陵縣城以西約2 km姜家塘處，起點里程為K15+28304，向西布線至新寨后轉(zhuǎn)向北布線，于二關(guān)處設(shè)官坡隧道穿過大坡山梁，之后路線遠離龍瑞二級路，向西沿壩田河降坡，途徑周家田、橫山坡、石頭后梁子，于楊家墳山頭反向8字形展線降坡至老路走廊帶，途徑新寨、帕連、洞坎、遮告，全長27.571 82 km。M線方案更有利于道路運營安全，避讓了地質(zhì)不良地段，路線平均縱坡控制在3%以下?？紤]到“地質(zhì)選線、安全至上”的設(shè)計原則，最終確定M線方案為南天門路段7個方案中的最優(yōu)方案予以推薦。

8字形展線的方案充分體現(xiàn)了地質(zhì)選線和生命周期成本的原則，通過安全性評價，各項指標均符合要求，為云南省繼螺旋展線方案后的又一新的展線思路[6]。

2.4典型工程方案比選

2.4.1錯臺式路基

玉元高速公路駱子箐段由于地勢陡峻，地質(zhì)條件極為復雜，工程艱巨，在布線時就做了沿駱子箐左岸、右岸與整幅、分幅等多個方案[7]。

采用整體式斷面形式，由于地面橫坡較陡，勢必會出現(xiàn)高邊坡。如圖5（a）所示，路基開挖土石方工程量較大，形成高邊坡路基坡面植被破壞較為嚴重，給今后的運營、養(yǎng)護帶來安全隱患，也造成幾處短隧道的偏壓和連拱隧道施工難度較大。若將整體斷面設(shè)計標高抬高或吊空外移，盡量減少挖方，如圖5（b）所示，又導致右幅路基支撐工程太高，將形成半邊橋或高擋墻，不僅實施難度大，施工互相干擾嚴重，而且工程造價高。

而采用分幅式斷面和分臺式斷面，分別如圖6、7所示，不僅減少了路基開挖土石方數(shù)量，降低了邊坡高度和邊坡防護力度，且避免了眩光干擾，工程造價低。

2.4.2高填改橋與深挖改隧

思小高速公路穿越著名的西雙版納熱帶雨林保護區(qū)，部分公路靠近小勐養(yǎng)自然保護區(qū)試驗區(qū)的次森林帶。因此，思小高速公路的建設(shè)對周圍的生態(tài)環(huán)境有非常重要的影響，環(huán)境保護應當是考慮的重點。基于此，思小高速公路在K88+688等7處進行了高填改橋，在K89+ 675～K89+ 790等4處進行了深挖改隧[89]。

（1）高填改橋。

以K86+930處，高填改T型連續(xù)梁橋為例，分析此處高填方案的影響。本路線段跨過野象谷，若以高填方案通過該段，會影響亞洲象的生活環(huán)境，縮小活動范圍，分割活動領(lǐng)地，且存在以下影響：嚴重破壞植被面積，思小高速公路路基設(shè)計寬度為22.5 m，高填方清表后寬度可達50 m以上，會破壞大量植被；高填方造成廊道效應，分割了動物的活動領(lǐng)地，影響了動物的生存環(huán)境，對該地區(qū)的食物鏈也會造成嚴重的影響；高填方路堤邊坡防護困難，該地區(qū)常年降雨量比較大，因此對邊坡防護工程要求高，后期養(yǎng)護費用高；高填方需要大量的填土，就近取土會嚴重破壞周圍環(huán)境，遠距離調(diào)運又因大量修建施工便道，破壞周圍環(huán)境；高填方可能侵占附近水體，改變了當?shù)厮w的流態(tài)，造成局部水資源枯竭并且增加了路基水毀的概率；高填方路段很難與保護區(qū)環(huán)境相協(xié)調(diào)，降低了景觀的觀賞性。

綜合以上考慮，將此處的高填方案改為T型連續(xù)梁橋方案，有效地保護了生態(tài)環(huán)境和野生動植物，建成后的高架橋與植物融為一體，盡顯人與自然和諧之美。

（2）深挖改隧。以K89+675～K89+790百花山隧道為例，隧道全長115 m，最大埋深為1968 m，若采用深挖路塹通過將會產(chǎn)生開挖土石方量40 000 m3，產(chǎn)生坡面15 000 m2，植被破壞面達20 000 m2。且存在以下影響：深挖方案會對熱帶雨林造成新的分割，破壞地表植被，容易造成水土流失；開挖破壞了原有的自然結(jié)構(gòu)，改變了當?shù)氐纳镦?，一些珍稀野生動植物的生存會受到影響；深挖路段開挖后邊坡面積大，植被恢復困難，邊坡防護難度大；該段深挖棄方量較大，處理不便；深挖后單調(diào)的邊坡與周圍環(huán)境難以協(xié)調(diào)，不夠美觀。

綜合以上考慮，將此處的深挖方案改為隧道方案，避免植被破壞，保護原有自然結(jié)構(gòu)。隧道體現(xiàn)了人們對自然原貌的保護，獨特的洞門符號也展現(xiàn)了當?shù)氐奈幕L俗，表現(xiàn)了人與自然和諧相處。

2.5復墾植被設(shè)計

玉元高速公路的邊坡綠化美化遵循以下設(shè)計原則：以邊坡防護為主，同時兼顧景觀效果；設(shè)計主要強調(diào)簡潔、明快、大方、經(jīng)濟，既注重生態(tài)效益，又注重經(jīng)濟效益及環(huán)境效益；主要以幫助恢復自然生態(tài)為原則，盡可能使高速公路與自然環(huán)境融為一體；從美學角度考慮點、線與面之間的關(guān)系，保證行車視野開闊，線條流暢，為駕駛員和乘客提供一個良好的行車環(huán)境[10]。

玉元高速公路采用噴播機械化植草方式后，種植的草坪發(fā)芽均勻，生長均勻，致密性好，成坪速度快。該方式對施工環(huán)境要求低，降低了工程成本的同時，提高了工程質(zhì)量，并且對邊坡植被和周圍環(huán)境有了明顯的改善。

2.6車輛行駛安全

2.6.1避險車道

蒙新高速公路K22+320～K60+600路段，連續(xù)長下坡路段達到37 km，最大縱坡為6%，平均縱坡為3.83%，橋隧比例高達70%，行車安全問題十分突出，且僅有4個路段具備修建避險車道的條件，避險車道的長度也因地形限制十分有限，因此，設(shè)計者們必須另辟蹊徑去解決避險車道的設(shè)計。針對這些問題，設(shè)計者們設(shè)計了獨特的網(wǎng)索避險車道，并專門研制了橡膠空腔減速壟，如圖7所示。

在減速壟、網(wǎng)索和避險車道的三重作用下，使車輛在較短的距離內(nèi)停止，從而縮短避險車道的設(shè)計長度，節(jié)約了工程資源，保護了自然環(huán)境；同時增強避險車道的安全性，減少對人員的傷害和車輛的損壞。通車以來，這些安全設(shè)施系統(tǒng)已成功保護了百余輛事故車輛。

2.6.2彩色路面

大麗高速公路長下坡路段較多，而且下坡常常伴隨著拐彎，如果按照常規(guī)設(shè)置振動減速帶，雖然能夠起到提醒的作用，但是駕駛員和乘客會感到明顯顛簸，舒適性會大大降低。為了兼顧行車安全與舒適性，設(shè)計者在下坡轉(zhuǎn)彎處采用了彩色路面，以提醒司機提高警惕，再加以路邊緣指示牌的視線引導，既保證平穩(wěn)行駛也能夠有效減少事故的發(fā)生，保證行車安全。

2.6.3導電路面

大麗高速公路上行線K172+370處，在石金山隧道出口位置，下坡地段，受到地理條件與隧道位置因素的影響，該路段日照時間少且風力大，導致有超過100 m的路段溫度較其他位置低5 ℃～10 ℃，冬季路面上常有薄冰產(chǎn)生，給行車安全帶來了嚴重隱患。

基于行車安全的考慮，設(shè)計者在該路段設(shè)計了電化冰路面。電化冰路面是在結(jié)冰路鋪設(shè)導電裝置，將電能轉(zhuǎn)化為一定量的熱能，用安全電將路面加熱，化解掉路面薄冰，以此來消除行車的安全隱患，提供一個安全的行車環(huán)境；而且該技術(shù)能夠代替除冰鹽，避免除冰鹽對道路的腐蝕和環(huán)境的影響，滿足綠色環(huán)保要求。

3結(jié)語

云南高速公路建設(shè)經(jīng)過多年的快速發(fā)展，積累了大量的建設(shè)經(jīng)驗，并形成了獨具特色的山區(qū)高速公路設(shè)計理念。對于云南山區(qū)高速公路的設(shè)計者來說，每條高速公路建設(shè)項目各具特色，其相應的地理位置、環(huán)境特征、社區(qū)價值、使用者需求、機遇與挑戰(zhàn)都具有惟一性。必須正確把握設(shè)計指導思想、設(shè)計原則，同時應當廣泛借鑒國內(nèi)外優(yōu)秀的設(shè)計，并且保持創(chuàng)新性，才能做到各方案的和諧統(tǒng)一，展現(xiàn)出較為完美的作品，滿足交通不斷發(fā)展的需求。

參考文獻：

[1]李家友，許年發(fā).山區(qū)公路平面線形設(shè)計的探討[J].湖南交通科技，2007，33（2）：68.

[2]曹勇，陳雄.淺談山區(qū)高速公路勘設(shè)總體設(shè)計[J].公路交通科技：應用技術(shù)版，2013，74（4）：9698.

[3]江海東，海宇谷，陳群.云南山區(qū)高速公路設(shè)計的創(chuàng)新與突破[J].公路交通科技：應用技術(shù)版，2013，74（8）：3638.

[4]劉宗竽.云南山區(qū)高速公路梁橋優(yōu)化設(shè)計及工程應用[D].重慶：重慶交通大學，2011.

[5]徐學珍.云南山區(qū)公路建設(shè)項目環(huán)境影響綜合評價研究[D].南京：南京林業(yè)大學，2006.

[6]苗姍姍.云南省山區(qū)公路交通安全保障措施研究[D].重慶：重慶交通大學，2015.

[7]李昆華.云南國際大通道公路建設(shè)若干問題研究[D].西安：長安大學，2008.

[8]王慧.云南省高原山區(qū)農(nóng)村公路路基路面典型結(jié)構(gòu)研究[D].西安：長安大學，2015.

[9]周建昆.云南省山區(qū)高速公路工程風險評價與管理研究[D].北京：中國鐵道科學研究院，2009.

[10]趙黨書，白良，姜東均，等.云南山區(qū)公路建設(shè)的環(huán)境保護[J].公路交通技術(shù)，2007（4）：130132.

[責任編輯：杜敏浩]