摘要 路线设计是公路工程设计的基础和灵魂。对于山区高速公路复杂的地形、地质条件而言，路线设计对工程造价更是有着决定因素，凸显重要。本文结合漳龙、邵三、龙长高速公路的设计实践，提出山区高速公路路线设计之浅见。
关键词 山区 高速公路 路线设计 总体设计
1 前言
福建地处我国东南部，境内峰岭耸峙，丘陵连绵，山丘面积约占全省土地总面积的82％，素有"八山一水一分田"之称。山势西北高东北低，在西部和中部形成北东向斜贯全省的两列大山带，即闽西大山带（武夷山脉）、闽中大山带（由鹫峰山、戴云山、博平岭等山脉组成）。在两大山带中，断层地貌发育；河谷形态多呈串珠状，峡谷和盆谷相间排列。
随着高速公路逐渐向山区延伸，其所在区域复杂的地形、地质、水文条件导致了山区高速公路的路线设计、总体设计具有其自身的特点，且明显地区别于平原区高速公路；山区高速公路的工程规模大、路基宽度宽、服务设施齐全，亦远非以往的山区低等级公路所能比拟。因此，如何准确地把握山区高速公路的特点、难点，合理地掌握技术标准，灵活地布设线位，不仅关系到公路的使用功能、服务水平，也是降低工程造价和运营成本的关键，迫切需要加以认真研究和探讨。本文结合漳龙、邵三、龙长高速公路的路线设计实践，谈山区高速公路路线设计的一些体会。
2 更新设计理念，把握路线设计的关键
山区高速公路的特点要求我们在继承以往成功经验的基础上，设计理念要有所提升，设计思路要有所创新。
2.1 山区高速公路路线设计的理念
（1）把握总体设计的理念，达到辩证的统一。
不管是我们的习惯做法，还是有关规范标准的条文规定，高速公路的路线是"纲"，桥、隧、交叉附从于路线。所有这些，并不是说构造物位置选择的合理性、设置的经济与否等属于次要的地位而不去充分地研究；而是将这些问题或矛盾"拜托"给了路线组。在进行线位的布设过程中，需要充分研究诸如路基横断面的位置及形式的选择，桥梁轴线的选择，隧道的形式、轴线位置及洞门位置的选择，交叉的位置及形式的考虑，对环境的破坏程度等等，并且将所有这些问题（或称之为"矛盾"）作为各控制因素，结合地形、地质、水文条件进行综合地、全面地分析，筛选出哪些是主要的、要充分考虑的因素，哪些是次要的因素，然后抓住"主要矛盾"、兼顾（有时或是"牺牲"）"次要矛盾"，最终布设出总体上经济、安全、合理的线位。
例如，在选择了隧道长度短得多的隧道轴线位置时，可以适当增加桥长，或者加大桥梁的斜交角度，或者增加隧道洞门的处理费用而将洞门位置选择在山凹。
图1所示为邵三高速公路MA12标段马山至大溪头路段的路线方案的平面示意图。"初步设计方案"（图中虚线）穿马山、木丝垄小净距隧道后，设大溪头大桥跨过东溪。"原定测方案"（图中细线）将马山、木丝垄隧道的形式由小净距改为连拱，且木丝垄隧道选择在隧道长度短得多的山凹出口，虽然加大了大溪头大桥的斜交角度、桥长也增长了87.3m；但木丝垄隧道长度缩短415.5m，避免了与"七一电站"发生干扰。根据现场勘测的结果，又做了进一步的优化（图中粗线表示的"优化的定测方案"），将马山隧道段的线位向省道S304外摆，虽然路基土石方、防护工程及房屋拆迁量有所增加，却取消了265m的马山隧道。经过两次优化，在3km的范围内造价节省5000万元。可以看出，"原定测方案"抓住了由缩短隧道长度、避开水电站干扰组成的"主要矛盾"，而牺牲了木丝垄隧道出口条件及桥长、斜交角度等"次要矛盾"；"优化的定测方案"则抓住了取消马山隧道的"主要矛盾"，忽略了路基工程数量等"次要矛盾"。
再如，选择合适的桥梁轴线或跨越位置，而增加短隧道穿山鼻。
又如，线位外摆，设置适当的高架桥、或半幅桥，而大大减少高填深挖段落，或取消了有安全隐患的、不利于环保的高边坡。
还如，根椐交叉前后段落的工程情况，确定交叉的形式；反过来，又可以在综合平衡工程数量确定了交叉的形式后，调整前后的线位，适当增加交叉前后的工程数量。
这些情况不一而足，有些时候路基的高边坡是"主要矛盾"，有些时侯隧道的长短、洞门位置是"主要矛盾"，而有些时侯桥梁轴线的选择又成了"主要矛盾"，情形各异，只有经过认真、全面、细致地分析各影响因素，辩证地权衡主次矛盾，方可得出较佳的路线方案。
（2）尽可能避免高填深挖、缩短隧道长度。
高填深挖段落多、边坡高、桥隧占路线里程的比重大，是山区高速公路给人们最直观、最深刻的印象，也是直接导致造价高昂的重要因素。
高填深挖路基不仅对环境造成严重的的破坏，而且其安全性、耐久性也令人忧虑不安；而隧道不仅造价高，而且隧道尤其是长隧道的通风、照明、消防等增加了运营养护费用。因此，"以桥梁取代高路堤，以隧道取代深路堑，以隧道群取代特长隧道，在可能的情况下调整线位以桥换隧"的思路（如图2所示）应贯穿平、纵面布设的始终，反复优化线位，以降低工程造价、更好地保护环境。
又如：在龙长高速公路船岭岽段，结合地形、地质情况，充分利用隧道中部的两个山凹，通过调整平纵面，将原4.07km的船岭岽隧道分解成2302.5 +285 +860 =3447.5m的3座隧道，降低了工程造价及隧道的运营成本。这是"以隧道群取代特长隧道"的例子。
如：漳龙高速公路漳洲市境南蔗段，通过增加1次跨河、增加桥长160.5m，取消了1座红星隧道（460m），使得造价节省3800万元。这是"以桥换隧"的例子。
如：在龙长高速公路豪猪岭段，通过调整平面，以增长176m的桥梁换取隧道长度缩短348m、避免大开挖山包。这既是"以桥换隧" 的例子，也是"由深路堑转为桥梁"的例子。
2.1.3 合理掌握线形指标，忌"左"防"右"。
由于公路发展的进程是从等级公路（含山区等级公路）发展到高速公路，而高速公路又从平原区延伸至山岭区，如此的发展进程难免会干扰我们对山区高速公路线形指标的掌握。其表现为，一是习惯于平原区高速公路的"大手笔"，追求高指标，结果造成工程量大、造价高、与地形及自然景观不协调；二是受缚于山区低等级公路的思维定势，"畏手畏脚"，不敢合理地设置隧道、高架桥，极限指标、低指标采用过多，造成工程数量节省有限而公路的使用功能、服务水平却大大降低。
为此，山区高速公路线形指标的掌握要谨防这两种思想导向，积极把握地形、地质特点，综合选用能保证服务水平且均衡、连续、适应地形的技术指标。综合几条山区高速公路的实践，主要遵循以下原则：
① 当出现较高和较低指标时，要分别通过降低指标和改善指标验证其适应性、合理性；
② 一般情况下，采用超高值为2％～4％的平曲线半径。迫不得已的情况下方可采用极限值；
③ 连续上下坡的缓和坡度应控制在2.5％以内；
④前后段落的指标要均衡、连续；
⑤ 平曲线占路线总长控制在60％以上，竖曲线占路线总长控制在40％以上。
2.2 山区高速公路设计的关键
2.2.1合理安排纵坡越岭
山区高速公路往往需要在集镇附近设置互通，而这些集镇往往都是四周群山环绕，集镇间关山阻隔。以龙长高速公路龙门至涂坊段为例，段落内的龙门、古田、蛟洋、新泉、涂坊互通均处在高程较低的山谷之中，两互通间为博平岭玳瑁山脉南端的群峰所分隔。因此，克服高差是山区高速公路路线设计的要点，如何合理地安排纵坡越岭、并据此选择合适的平面位置是节省工程造价的关键。
2.2.2安排纵坡越岭、选择平面位置的方法及步骤
安排纵坡越岭、确定平面位置的方法可以借鉴以往山区等级公路"放坡定线"的做法。具体步骤为：
（1）按2%～3.7%的平均纵坡，找出大段落的控制高程。确定长大隧道的位置、进出口标高，确定互通的跨越形式、标高；
（2）根椐地形情况，逐段放坡，计算出一定间距（或50m，或100m）的控制高程；
（3）根椐逐点的控制高程，结合横断面的布置，得出一系列平面控制点；
（4）采用"曲线法"定线，使得平面线位尽量多地穿过或靠近这些平面控制点。当然，对于一些过于离散的、或突变的点可以舍去，也就是说，这些区段是需要设桥梁跨越或隧道穿过的；
（5）进行纵断面设计，对不理想的段落再重复第（2）～（5）点的工作，如此反复直到得出较为经济合理的平纵面。
2.3 对长距离连续下坡路段，应在线形设计上采取安全措施
如上述的地形原因，山区高速公路的长陡纵坡是难以避免的，这必然给行车安全带来不利的影响，尤其是面对目前屡禁不止的严重超载现实，若仅仅从交通工程方面采取措施，只能是"没有办法的办法"，最根本的办法应该是从最基本的线形设计上采取措施。
（1）连续陡坡路段平纵面线形应均衡、顺适，严禁在陡坡底设置小半径平曲线、孤立的平曲线。
（2）不得在连续陡坡路段出现平、纵面的不良组合。
（3）注意长距离陡坡底的互通立交的选型。
其一，应尽量采用主线下穿的立交跨越形式，使匝道上坡驶出。
其二，当主线超高≥4％时，不应采用在超高外侧内环驶出的B型单喇叭互通立交；当主线超高＜4％时，若受交通量的流向及地形限制，需布设为在超高外侧内环驶出的B型单喇叭互通立交时，则应将内环匝道设计为"水滴型"。
（4）结合地形及平面、纵坡情况，选择适当的位置设置供失控车辆驶出、并安全减速的避险车道。
3 结合不同的地形地质条件，灵活布线
3.1 拓展路基设计的空间，根据地形灵活地布线
平、纵、横组合是路线设计的最基本原则，针对山区高速公路地形差异大的特点，应该拓展路基设计的空间、较准确地把握新技术，以合理的路基断面形式来验证线位的合理性、经济性，避免由此引起对线位的把握不定或舍去合理的路线方案。以下是几种对线位布设影响较大的路基形式。
3.1.1 高路堤、填石路堤
一方面，山区高速公路布线难以避免地出现高填方路堤；另一方面，大量的路基开挖土石方及隧道洞渣又需要在高填路堤利用、消耗。因此对于一些山凹、窄口的山谷，在采取稳定（包括沉降）及环保措施的基础上，允许科学的、合理的、经济的高填方路堤、填石路堤的存在。如在龙长高速公路选择了14个地处山凹窄谷有填方条件的工点（其中心填高为26～36m），经与桥梁方案比较，节约造价约90～1150万元。
3.1.2 陡坡路堤
当路基填方范围受到限制，或路基大量借方，而段落前后或为避免隧道、或为避免深挖路堑等因素而不允许压低设计标高时，可考虑采用加筋陡坡路堤，以达到路基稳定，适应狭窄地形，减少路基借方的目的。漳龙高速公路龙岩段三期工程的陈坑尾、湖洋、新祠段在紧临319国道的狭窄地形内，以提高设计标高设置3段加筋陡坡路堤，换取1座325m的隧道、3座计697m的大桥，节省造价近3000万元。
3.1.3 上、下行分离的高低式路基
在地面横坡陡峻的路段，为降低填方、挖方边坡高度，减少防护、支挡工程量，可考虑采用上、下行分离成不同高度的高低式路基。这尤其适合于隧道进出口地形横坡陡峻的路段，通过调整隧道内左右洞身的纵坡，拉开进出口段左右幅的标高，使之贴合地形。
3.2 高架桥位置的选择
为缩短桥长，高架桥的桥轴线一般应尽量避免与等高线平行。或是选择在凸出的山鼻间跨越、或是选择在沟谷较为狭窄的位置跨越。例如在龙长高速公路的何家坡至大坑里段落，Ⅰ方案设紫云宫1#、2#、3#高架桥连续跨越沟谷；Ⅱ方案选择在Ⅰ方案右侧160m处狭窄的谷口位置作为桥轴线，减少了桥长329m。
另外，当高架桥需跨越大的河流或等级路时，应注意桥梁的斜交角度，一般控制在45°以内，能小尽量小。
3.3 隧道形式、轴线及洞门位置的选择
山区高速公路为克服地形，往往综合造价、里程、环保等因素选用隧道方式穿过山体。此时，隧道的形式、轴线及洞门位置的选择就成为线位布设时考虑的重要因素，其直接影响到隧道的长短、洞身的安全、工程造价、施工的难易程度、营运费用等。
3.3.1 根据地形、地质特点选择合适的隧道形式
根据山区的地形、地质条件以及路线布设的需要，采用隧道形式一般有：标准间距的分离隧道、小净距隧道、连拱隧道。综合几条山区高速公路隧道形式的比选与采用，得出以下结论
（1）长大隧道一般采用标准间距的分离式隧道；
（2）若受长隧道进出口地形的严重制约，在洞口段可依地形的需要布设成小净距；
（3）对于中短隧道，若隧道进出口地形条件许可，应尽量布设成分离隧道以节省造价，尤其是在路基里程短的隧道群段落更是如此。例如龙长高速公路的"新罗至七星岗段"，在前后3.2km范围内有新罗隧道（260m）、七星岗大桥（270.5m）、七星岗隧道（689m），Ⅰ方案将两隧道布设成标准间距的分离式隧道；Ⅱ方案将新罗隧道布设成连拱，七星岗隧道布设为小净距进洞、分离式出洞的隧道形式。 经比较，虽然Ⅱ方案洞口接线较能适应地形，路基及占地数量小；但由于隧道造价的增加，导致Ⅱ方案比Ⅰ方案增加投资793万元；
（4）在中短隧道进出口地形困难的情况下，小净距、连拱的隧道形式是较好的选择。两者相比，若地质条件较好，则应布设成小净距；若地质条件较差，围岩以Ⅱ、Ⅲ类为主，则小净距隧道的造价就比连拱隧道高、且中夹岩体的加固困难大，应选择连拱隧道形式。漳龙高速公路漳洲市境的"斗米隧道群段"的隧道形式由小净距（初步设计）优化为连拱（施工图），就是这方面的例子。
3.3.2 合理选择隧道轴线及进出口位置
隧道轴线、进出洞口位置的选择，直接关系到隧道的长短、洞身的安全、进出口条件的好坏。主要有以下几点值得注意。
（1）充分研究地形地貌及已掌握的地质资料，把隧道洞身置于稳定的地层中，尽量避免穿越断层、破碎带等不良地质；若实在难以避免，要尽量与之正交；
（2）傍山隧道的轴线应尽量向山内移，以避免因覆盖层过薄而导致洞身的偏压。评判覆盖层是否过薄的尺度与围岩的类别、山体的横坡度等因素有关，一般应不小于10～25m；
（3）隧道轴线尽量与等高线垂直。正交的洞口不仅使洞口段衬砌结构受力好，而且边坡、仰坡的开挖量也小；
（4）洞口应尽量避免落在狭窄的山凹之中。狭窄的山凹处往往地质条件差，或有挤压破碎带，或是坡积、残积层厚，大大增加了洞门处理的费用及施工的难度。
4 结束语
其实路线设计没有一个绝对的、固定的模式和方法可遵循。笔者认为，本质上说，路线设计是综合多种影响因素基础之上的矛盾妥协，也就是说抓住主要矛盾、忽略或牺牲次要的矛盾以达到辩证的统一。
