山區(qū)高速公路選線優(yōu)化研究

熊雄、張揚(yáng)

（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州貴陽 550000）

0 引言

選線一直以來都是山區(qū)高速公路建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。選線質(zhì)量在很大程度上決定了后續(xù)建設(shè)質(zhì)量及運(yùn)營安全性。因此，進(jìn)行初步選線時，要明確山區(qū)高速公路選線優(yōu)化的重要性與必要性。同時，需要就當(dāng)前存在的問題采取有效措施，對選線進(jìn)行必要的優(yōu)化。

1 山區(qū)高速公路選線優(yōu)化重要性與必要性

在山區(qū)高速公路工程建設(shè)中，選線是一個重要的步驟。這一步驟不僅涉及面廣，而且受到多種影響因素的制約，具有政策性和技術(shù)性的特點(diǎn)。合理的選線能夠節(jié)約工程建設(shè)成本、保證公路使用質(zhì)量，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

從節(jié)約和控制投資的角度來看，選線是一個面臨許多不確定因素和備選方案的階段，也是項(xiàng)目實(shí)施過程中最有可能減少投資的階段[1]。因此，可以將選線作為評價山區(qū)高速公路整體效益的重要指標(biāo)，以獲得更高的運(yùn)輸效益、減少工程造價為選線目標(biāo)。

然而，實(shí)際情況表明，選線階段容易出現(xiàn)以下問題：

第一，路線評定時多將重點(diǎn)放在線形對比方面，依靠選線人自身的主觀判斷和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，這樣必定會受到主觀偏見因素的影響。如果負(fù)責(zé)分析和評價工作的人員組成不同，考慮問題的角度也不同，最終得出的結(jié)論可能完全不一致，無法保證方案的選擇唯一性和正確性。

第二，選線中存在重技術(shù)輕經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)象。盡管在選線的基本原則中已經(jīng)提出了必須做好技術(shù)經(jīng)濟(jì)計(jì)算的要求，但實(shí)踐中往往更注重技術(shù)可行性，對經(jīng)濟(jì)合理性的重視度不足，導(dǎo)致決策不夠科學(xué)。

為了有效解決以上問題，在實(shí)際的選線工作中，需要充分考慮并做好優(yōu)化設(shè)計(jì)，從不同的備選方案中選出最佳方案。

2 山區(qū)高速公路選線現(xiàn)狀與存在的問題

針對山區(qū)高速公路選線，可以根據(jù)選線方法將其分為以下幾種類型：實(shí)地定線、航測定線和自動化選線，在復(fù)雜地形條件下，合理運(yùn)用這些方法。山區(qū)常見的線形包括沿溪線、山脊線、山腰線和越嶺線。

不同選線方法以及存在的問題：

第一，實(shí)地定線。這是過去最常用的公路工程勘測方式，由專門的選線人員根據(jù)計(jì)劃任務(wù)書的要求，對路線經(jīng)過的地區(qū)進(jìn)行勘察測量，然后通過反復(fù)比選，得出經(jīng)濟(jì)性最佳的路線。由于山區(qū)地形條件復(fù)雜，平縱面都會受到很大限制，而且大部分山區(qū)植被茂密，對設(shè)計(jì)人員的視線造成阻礙，使得選線人員不得不深入實(shí)地才能了解地形和地質(zhì)條件，否則會影響所得方案的可靠性，但這也給定線工作帶來了困難。通過以上分析可知，實(shí)地定線存在以下問題：其一，需要投入大量人力資源；其二，大部分工作在野外進(jìn)行，受氣候條件因素的直接影響，定線工作效率較低；其三，由于視野受限，實(shí)地選線人員僅能觀察到局部情況，無法全面把握整個路線的面貌，會導(dǎo)致最終方案存在一定的局限性和片面性[2]。

第二，航測定線。借助航空攝影技術(shù)實(shí)施公路勘測是對傳統(tǒng)實(shí)地勘測進(jìn)行的改革。航測相片能夠詳細(xì)和真實(shí)地反映地面的實(shí)際情況，不僅可以為航測成圖提供依據(jù)，還可以作為選線的重要資料。在山區(qū)等交通條件較差或人煙稀少的地區(qū)，借助航測技術(shù)實(shí)施公路選線可以減少野外工作量，有效改善勞動條件。對于山區(qū)高速公路，可以通過合理運(yùn)用航測相片和鑲嵌復(fù)照圖來建立相應(yīng)的模型，實(shí)施公路選線。這樣可以有效擴(kuò)大工作人員的視野，對沿線范圍內(nèi)的地形地貌進(jìn)行綜合觀察，并全面分析不同的路線方案，可在保證選線質(zhì)量的同時，加快實(shí)際勘測效率。雖然航測技術(shù)在地形較為復(fù)雜的情況下有許多優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些問題亟待解決。例如，航測技術(shù)所需費(fèi)用相對較高，在山區(qū)很難大范圍推廣；在利用相片進(jìn)行實(shí)地放線時容易產(chǎn)生誤差[3]。

第三，自動化選線。在航空測量的基礎(chǔ)上，充分結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過建立數(shù)字地面模型以及引入地理信息系統(tǒng)、CAD 技術(shù)和地質(zhì)信息系統(tǒng)等，將所有地形和地質(zhì)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)自動完成路線布置。然后通過分析和提煉，使線形組合達(dá)到最佳，減少工程量，并與自然地形和周圍自然景觀協(xié)調(diào)一致，最終實(shí)現(xiàn)自動繪圖。這種選線方法需要先進(jìn)科技的支持，然而我國在此方面的研究相對較晚，目前未能普及應(yīng)用，無法滿足山區(qū)高速公路選線的需求[4]。

第四，沿溪線。該路線通常沿山傍水布設(shè)，交替出現(xiàn)懸崖峭壁和淺灘臺地，縱向布置相對較容易，但平面布置常受限制，活動空間有限。在沿溪線的選擇中，相關(guān)工作人員需要確定路線是沿高線還是低線、選擇左岸還是右岸，并確定溪流的跨越位置。此外，還需充分考慮以下幾點(diǎn)：首先，沿溪線直接受到洪水的影響和威脅，特別是當(dāng)路線標(biāo)高相對較低時，必須詳細(xì)了解洪水的實(shí)際情況；其次，路線經(jīng)常遇到懸崖陡壁或不良地質(zhì)段，由于路線回避余地有限，因此防護(hù)處理工程量通常較大，現(xiàn)場施工面臨一定困難；再次，路線經(jīng)常與支流交匯，需要修建許多人工結(jié)構(gòu)物，如橋梁和涵洞，以及防護(hù)工程；最后，河谷兩岸多為耕地，路線與農(nóng)田、相關(guān)設(shè)施之間的矛盾問題突出。上述問題給選線工作帶來了很大的困難[5]。

第五，山脊線。由于山脊的高低不同，所以路線起伏較大，在平面上呈現(xiàn)出很大的曲線，常常需要繞過地形限制，增加路線長度，占用大量林地。同時，水源或建材的缺乏也給現(xiàn)場施工帶來很大的不便，特別是在高山地區(qū)的山脊部分。山脊的埡口高度不一，加上平面上的彎曲，因此不論是埡口位置的選擇、側(cè)坡的布置，還是控制點(diǎn)之間的路線布置都存在很大的困難。

第六，山腰線。山腰的表面往往不整齊，或凸出或凹進(jìn)或呈雞爪狀，也會因?yàn)槠旅孢^于陡峭使路線頻繁從溪溝上跨越，導(dǎo)致橋涵增多，使里程延長，或占用大片的林地，增加工程量和造價。

第七，越嶺線。若控制點(diǎn)存在必須跨越的山嶺，往往會用到越嶺線。越嶺線同樣會給選線帶來一些問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：其一，越嶺線在縱面大多是連續(xù)升坡，高差變化明顯，平面上則迂回曲折，導(dǎo)致里程被大幅延長；其二，經(jīng)常遇到復(fù)雜的地形，如陡峻的山坡等，使陡彎數(shù)量增多，既影響線形又會增加工程量；其三，越嶺線的隱蔽性往往較差，無論是材料運(yùn)輸還是施工養(yǎng)護(hù)都比較困難；其四，低埡口的高差較小，且展線距離不長，導(dǎo)致和高埡口之間存在很大的矛盾；其五，對越嶺線而言，大部分坡點(diǎn)是分段控制平均縱坡進(jìn)行布設(shè)的，設(shè)計(jì)難度較大，涉及縱坡大小的確定和采用何種路基形式等[6]。

3 山區(qū)高速公路選線優(yōu)化措施

選線是公路設(shè)計(jì)工作中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，在該環(huán)節(jié)不僅需要解決工程和經(jīng)濟(jì)等實(shí)際問題，還要充分考慮公路與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)性，處理好公路與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系，使公路的線形既具有實(shí)用性又具備美觀性，同時要考慮駕駛員的視覺和心理反應(yīng)。優(yōu)化選線的必要性在于避免出現(xiàn)各種問題，尤其是環(huán)境方面的問題。如果公路選線不合理，可能會引發(fā)土地或耕地大量占用、導(dǎo)致各類地質(zhì)災(zāi)害、影響生態(tài)敏感區(qū)、產(chǎn)生廊道效應(yīng)、引發(fā)水土流失、造成噪聲和振動干擾、導(dǎo)致水體和大氣污染、涉及拆遷安置、造成出行阻隔、影響景觀資源保護(hù)、影響其他現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施等一系列問題。

3.1 正確掌握并利用相關(guān)政策與原則

隨著國家對公路建設(shè)的投入不斷增加，公路建設(shè)的速度明顯加快。在這種情況下，國家和地方都出臺了相關(guān)政策，對公路建設(shè)有積極的促進(jìn)作用。然而，不同地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和財力狀況存在差異，各地區(qū)的配套政策也各不相同。

因此，進(jìn)行公路選線時，必須正確掌握并充分利用相關(guān)政策與原則。具體而言，需要注意以下幾個方面的內(nèi)容：

第一，正確認(rèn)識公路自身使用性質(zhì)與任務(wù)。

第二，減少土地資源占用，尤其是要減少占用良田，以創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

第三，嚴(yán)格遵循因地制宜和就地取材的原則，最大限度利用當(dāng)?shù)夭牧稀?/p>

第四，預(yù)防和解決可能出現(xiàn)的后遺病害問題，提高選線方案的經(jīng)濟(jì)性[7]。

3.2 準(zhǔn)確掌握相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

由于受到地形條件的限制，選線過程中如何正確應(yīng)用相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，成為能否充分體現(xiàn)項(xiàng)目自身優(yōu)勢的關(guān)鍵。對技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的掌握必須具備靈活性，既要保證線形的美觀與流暢，又要創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)條件。

3.3 做好線形優(yōu)化

山區(qū)地形起伏大、地貌復(fù)雜，如果公路路線穿越村鎮(zhèn)，則可能導(dǎo)致線形不佳，增加交通事故的發(fā)生率。因此，在線形設(shè)計(jì)中應(yīng)注重以下幾點(diǎn)：確保平曲線指標(biāo)均衡，避免出現(xiàn)過大的填挖工程。同時，需要注意避免不利的組合，如長直線與大縱坡的結(jié)合。設(shè)計(jì)坡道時，應(yīng)充分考慮地形條件，避免連續(xù)的縱向起伏，并避免過于追求縱向指標(biāo)而導(dǎo)致填挖工程過度集中。

3.4 大中橋的布置必須服從于路線總體走向

山區(qū)高速公路直接受到地形條件的限制和沿線水系的影響，所以在橋位勘測定線過程中必須改變以往“以橋?yàn)楹诵摹⒁月窞檩o”的做法，而是要在符合橋梁各項(xiàng)技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上，做到順路線而定。

3.5 充分考慮山區(qū)范圍內(nèi)野生動植物的生存條件

在山嶺重丘區(qū)中，要注意減少對原地貌造成的破壞，根據(jù)實(shí)際的地形和地貌，充分考慮路基橫斷面造成的影響，掌握好路基中線具體位置，做到靠山不大挖和鄰坡不懸空。此外，如果公路建設(shè)改變了地形的原有特征，也會影響生態(tài)平衡，應(yīng)避免出現(xiàn)新的人為災(zāi)害，如避免動物橫穿馬路引發(fā)安全事故[8]。

3.6 密切關(guān)注氣候條件與地質(zhì)情況

在山區(qū)高速公路選線過程中應(yīng)深入了解多年來的自然規(guī)律可能對公路造成的影響，盡量避開風(fēng)口、深路塹，并適當(dāng)放緩邊坡，以減少積雪。此外，盡量走陽坡，以防止結(jié)冰。

3.7 加強(qiáng)線形綜合評價

良好線形所帶來的實(shí)際益處包括行駛效率的提高、節(jié)省時間和減少交通事故的發(fā)生，以及安全性和舒適性的提高，這些方面均應(yīng)作為收益評價指標(biāo)。

3.8 公路安全性和美觀性的協(xié)調(diào)

單調(diào)的公路設(shè)計(jì)不僅會影響公路的美觀度，還會對安全行駛產(chǎn)生負(fù)面影響。單調(diào)的設(shè)計(jì)可能削弱駕駛者的視覺感知能力，從而降低對安全駕駛的警覺性。因此，公路設(shè)計(jì)不僅需要考慮適宜的線形，還應(yīng)與周圍環(huán)境融為一體，為駕駛者和乘客創(chuàng)造愉悅感和安全感。要實(shí)現(xiàn)公路與景觀的良好配合，需要深入分析環(huán)境和公路的相容性，并進(jìn)行景觀配套設(shè)計(jì)，制訂切實(shí)可行的實(shí)施方案。

在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，可以采取以下措施保證公路設(shè)計(jì)效果：

第一，盡量減少對公路周圍自然地形、地貌、植被和現(xiàn)有建筑物的破壞，以保持自然景觀的良好狀態(tài)。

第二，在縱面設(shè)計(jì)過程中，與原地面坡度接近，以減少對自然環(huán)境的破壞，并減少工程量。

第三，在橫斷面設(shè)計(jì)中，確保邊坡的形狀和綠化與現(xiàn)有景觀協(xié)調(diào)一致。

第四，將公路構(gòu)造物視為平衡公路和自然景觀關(guān)系的措施，結(jié)合技術(shù)和景觀要求進(jìn)行合理選型。

第五，科學(xué)組合不同類型的景觀，為駕駛者提供緩慢的視覺變化，以提高行車安全性和舒適性。

第六，進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓肪G化，以改善空氣質(zhì)量、減少揚(yáng)塵、防風(fēng)擋雷、減少噪聲，并提供視線引導(dǎo)[9]。

4 結(jié)語

綜上所述，選線優(yōu)化對保證山區(qū)高速公路線形合理性、安全性和經(jīng)濟(jì)性有重要意義。前文在交代山區(qū)高速公路選線優(yōu)化重要性與必要性的基礎(chǔ)上，對山區(qū)高速公路選線現(xiàn)狀及相應(yīng)的優(yōu)化措施進(jìn)行了初步分析與總結(jié)，以期為山區(qū)高速公路選線優(yōu)化工作提供參考，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的優(yōu)化目標(biāo)，為后續(xù)山區(qū)高速公路建設(shè)與運(yùn)營奠定良好的基礎(chǔ)。