基于环境保护的高速公路路线设计

基于环境保护的高速公路路线设计
摘要：路线是高速公路的骨架，它的优劣关系到高速公路本身功能的发挥和在公路网中是否能起到应有的作用。

公路的线形设计包括平面线形设计、纵断面线形设计、横断面线形设计、平纵横线形整体协调设计以及公路和环境的整体协调等。

同时路线设计也是提高工程质量、控制工程造价、保护生态环境的主要因素。

且随着环境保护理念的日益深入，人们对于高速公路的勘察、设计、施工运营等方面的环境保护意识也越来越高。

本文为此具体探讨了基于环境保护的高速公路路线设计原则与措施。

关键词：环境保护；高速公路；路线设计
1 基于环境保护的高速公路路线的原则
在基于环境保护的高速公路路线的设计时，要充分考虑公路所应具备的功能和作用，充分考虑其所影响的及其被影响的各方面进行充分的分析论证，使其优化合理；应根据地形、地物、地貌等实际情况努力做到适当采用尽可能高的技术指标[1]；要对平、纵面线形综合考虑来判定其优劣；不仅要对整体线形的好坏加以分析，而且要对每一个局部路段进行充分考虑[2]。

灵活运用自由变换的曲线，使其与实地地形、地物、地貌相适应，与周围的自然环境协调一致，将会得到连续、优美的视觉效果。

平面线形应具有连续性，避免线形变化太突然。

尤其是在长直线的终点应坚决避免与小半径曲线相连接[3]。

任何连续急弯都是极差的线形，应注意避免。

反向曲线或同向曲线间应插入足够长的直线。

尽量避免出现小偏角曲线。

因为小偏角曲线容易给驾驶员造成视觉错误，使其将曲率看得比实际要大，容易发生交通事故[4]。

2 基于环境保护的高速公路路线的基本设计方法
2.1 曲线设计
现代高速公路设计基本上是以曲线为主的线形设计，这是因为曲线线形不仅美观圆顺，而且曲线比直线更易适应地形。

其具体方法如下：
2.1.1 圆曲线
圆曲线能引起驾驶员的注意力，并把好方向盘。

同时，曲线两侧的景物能给驾驶员提供一个很好的视线诱导。

当转角已定，在设平曲线时，设大半径曲线比设小半径曲线更能缩短里程，而且比较顺畅。

圆曲线要尽量长一些，平顺一些，采用半径可以大到使曲线与直线没有多少差别[5]。

2.1.2 S型曲线
在山岭重丘区高速公路上，用回旋曲线将两条反向曲线相称连接的线形采用较多，特别是当两条反向曲线间的直线长度不能满足规范要求时，多采用此线形[6]。

S型曲线的两个回旋曲线的参数A1和A2最好相等，若由于地形或地物的限制不能相等时，A1和A2之比最好小于2。

2.1.3 卵形曲线
用回旋曲线将两条同向曲线相连接的线形称为卵形曲线。

实践证明，采用卵形曲线时，大圆半径R1和小圆半径R2之间的关系为R1/R21>2，回旋曲线参数A与小圆半径之间满足R2/2≤A≤R2时较为理想。

若
R1/R2<1.5时，可将两条曲线合并采用回旋曲线-圆曲线-回旋曲线的基本线形。

另外，在“卵型”曲线中，大小半径比例过大时，缓和曲线将会掩盖小半径弯道的真相，从而引发车辆减速不及时而冲出路外的交通事故，因此缓和曲线长度不要小于两圆曲线对应设计车速之间要求的减速长度。

2.2 纵断面设计
纵断面线形优化设计主要是满足某些标高控制约束，使公路工程数量和工程费用最少，行车舒适、平顺。

2.5.1 纵坡
纵坡的设置除考虑降低车辆行驶的速度差，防止超车事故外，还应该考虑排水问题。

较大的纵坡能与路拱横坡形成较大的合成坡度，减少雨水在路面上的滞留时间，有利于路面雨水的排除。

当纵坡比较小时，合成坡度也较小，雨水主要靠横向排水，易造成外侧行车道和路肩积水，给行车带来安全隐患。

故在横向排水不畅的路段，纵坡设计时应考虑满足排水要求的纵坡。

2.5.2 坡长
纵断面线形设计时，坡长不宜过短，过短的纵坡易造成纵断面线呈锯齿状，连续使用短坡会损坏线形的美感，汽车行驶过于颠簸，车速越高时越显得突出。

2.5.3 竖曲线半径
竖曲线半径是通过对缓和汽车行驶之冲力所需最小长度和为确定停车视距所需最小长度的计算而规定的。

竖曲线半径大小应与平曲线半径保持均衡，大半径的平曲线上插入小半径的竖曲线会失去平衡，破坏立体线形的连续性。

此外，还应注意在满足线形设计要求的前提下，不应片面追求过大的竖曲线半径，以减少纵断面上排水不畅的路段长度。

2.3 横断面设计
对高速公路，每增加1m 的路基宽度增加造价不足5%；公路等级降低，路基宽度的变化对工程造价影响也就逐渐增大，每增加1m 可达25%，高速公路公路半填半挖路基或填方路堤较常用。

公路外侧由于自然坡度大，填方边坡一般是伸得太远或难于填筑，因此，多为砌石挡土墙，这种路基型式有许多弊病如：与自然环境不吻合，不能绿化，缺乏安全感，路基稳定性差，且造价高。

但是现在很多高速公路的路基宽度一般在公路修建前都已经给定，所以横断面设计的主要问题是超高设计和加宽设计。

超高横坡度的大小由平曲线半径根据相应规范确定，超高过渡方法应采用绕路中线旋转的方式。

在两相邻曲线之间，特别是相邻的反向曲线之间，必须设置长度大于2倍设计行车速度的直线。

在设计中，应避免出现反向的单圆曲线径相连接的情况，否则会使超高横坡无法过渡。

如何保证高速公路互通立交路结合处的质量，是高速公路建筑的一个重大的技术问题。

3 基于环境保护的高速公路路线的特定设计方法
环境保护工作目前越来越受到人们的重视，高速公路建设开挖土地面积较大，对沿线的环境影响也大。

设计过程中应重点考虑水土保持、森林资源和野生动植物的保护、合理规划公路建设中废弃物的处理，净化公路两侧的环境，保护好河道和水库，防止水污染[7]。

在选线时既要注意充分利用地形坚持少占耕地、少占河道、少破坏植被，合理保护水源，避开可能妨碍重大科学文化价值的地质构造和人文遗迹，还要做好建筑环境和行车环境设计，特别是绿化美化设计，做到线形美观、路景协调。

另外，在设计时应做到以下要求。

3.1 做好公路整体规划
在公路的规划和初步设计阶段就要充分考虑最可能影响公路平纵线形的因素，充分考虑了这些因素的设计可以对道路周边的自然和人文环境产生生动的影响。

在路线选取时，宜因地制宜的利用地形条件，随地形走向布设线形，使线形连续顺畅。

3.2 合理选择断面形式
在公路设计中，断面形式的选择对于环境保护和安全水平的提高具有重要意义。

通常情况下，为避免增加工程量和多占用土地，在地形条件好的路段，高速公路一般不采用分离式路基。

但在山岭区，根据地质和地形的勘测结果，视具体情况路线可采用适宜的路基或桥梁的形式，一方面，部分困难路段无法按整体式路基布线：另一方面，分离式断面设计形式的选择，可有效减小隧道长度及工程量，减少越岭路开挖量或者桥梁长度等，还可避免高填深挖，有利于水土保持。

3.3 合理选用平纵线形指标
对于平纵线形指标的选取，要在满足安全性、功能性的前提下，通过对工程方案和技术经济的比选，科学确定技术标准，合理运用技术指标，绝不能把不合理的降低标佳和选取低技术指标作为资源节约型的成果。

因地制宜的纵面设计和平面设计同等重要，地形条件、最小停车视距、交通流中货车比例、历史古迹等环境因素对公路纵面设计都有很大影响。

在纵面设计中，要注意通过桥隧方案与填挖方案比选，爬坡车道、避险车道等安全措施的综合设置来减少环境破坏，提高安全水平。

图1所示为某某高速公路中的一段，设计标准为设计速度120km/h，双向六车道高速公路。

图中A、B两点之间是唯一比周围地形高约90m的山脉，如路线从A、B两点之间穿过，势必会增加一座长约450m的隧道，而路线从A点南侧通过，则与地形吻合较好，故将A点作为一平面控制点。

图中水库总库容为4 581万m3，南北长约4km，横亘在路线行进方向上，该水库为当地主要的养殖灌溉水源，我们选了两个方案进行比选，图
中实线方案设20m 50m特大桥横跨水库，路线顺直，后期养护及车辆运营成本低，但公路建设期及营运期都会对水库造成污染，尤其是如果载有污染品的车辆在桥上发生事故而泄露时，后果将会更加严重。

虚线方案绕水库库尾通过，路线绕行，较实线方案长了1 727m，后期养护、运营成本较高，但对水库污染小，两方案相比，建设投资相差无几，从环境保护可持续发展角度考虑，最终将虚线方案做为推荐方案。

图1：某某高速公路线路设计图
总之，随着高速公路建设的发展，对公路线形质量的要求和公路与周围景观协调的要求也越来越高。

这就要求公路设计人员需要在深刻理解规范条文的基础上，灵活运用公路线形设计指标，选择最优公路设计方案。

参考文献：
[1] JTG D30-2004，公路路基设计规范[S]．
[2] 交通部公路司．新理念公路设计指南(2005版)[M]．北京：人民交通出版社，2005．
[3] 金俊喜，罗兴宇，王炅田．太长高速公路平、纵线形组合设计[J]．山西交通科技，2005，6(2)：35-36．
[4] 于平涛，张景林，雷云波．关于公路线形及线形组合的优化设计[J]．北方交通，2007，(2)：1-2．
[5] 马朝庆，韩跃杰，徐福，等．基于运行速度的路线设计方法研究[J]．长沙交通学院学报，2006，20(3)：
54-57．
[6] 陈光林．山区公路路线设计应注意的几个问题[J]．公路交通技术，2004，(3)：4-5．
[7] 奚勇．山区高速公路路线设计有关问题的探讨[J]．华东公路，2003，(3)：52-53．。