黄土山区主要集散国道改建项目路线技术研究

张文贺

(甘肃省交通科学研究院集团有限公司，甘肃 兰州 730030)

0 引言

黄土山区地形地貌复杂，滑坡、崩塌、黄土陷穴等不良地质发育，受地形地貌、不良地质、征地拆迁、环保水保、旧路状况、资金筹措等因素影响，主要集散国道改建路线方案选择时需要综合考虑旧路利用、城镇路段布设、桥涵利用与扩建、耕地保护、保通保畅等因素，加强比较、优化与论证，分门别类、因地制宜选用不同技术标准和等级，选择合理设计参数，注重与其他专业的衔接，以此保障改建项目合理、安全、高效地服务促进地方经济社会发展。

1 项目特点

1.1 地质情况复杂

项目多区属黄土高原丘陵壑区(见图1)，多黄土梁峁和河谷阶地，总体呈现梁峁丘陵地貌景观。区内沟壑纵横，地形破碎，相对高差较大，项目沿线出露地层主要有第四系上更新统(Q3)风积黄土及全新统(Q4)各种成因堆积物。项目区由于强烈的构造运动，使得沟谷剥蚀较深，基岩风化程度高，表层松散堆积物发育，路段内主要不良地质有滑坡(滑塌、溜塌及潜在滑坡)、崩塌、采空区(人为坑洞)等多种类型。

图1 黄土山区地形地貌

1.2 耕地、环保等约束强

虽为旧路改建项目，但由于旧路平纵指标较低，路基宽度不足，改造中不可避免地需要新增占地，部分占用土地为基本农田保护区和林地，项目区土地资源紧缺，群众收入主要来源为土地耕作，且基本农田用地指标调剂困难，林地恢复周期较长[1]。项目沿线分布有不同规模的环境敏感区，包括依法设立的各级各类自然保护区、风景名胜区、饮用水水源保护区，以及对改建项目产生环境影响特别敏感的区域(居民区、卫生院、学校等)，生态环境保护要求高，且前期手续办理繁杂。

1.3 旧路使用状况普遍较差

项目现有旧路多为山脊线、越岭线，部分路段线形指标差，局部路段仅能达到四级公路技术标准，上下山路段回头曲线多，线型指标较低、连续性较差，局部路段视距不良，公路通行能力较低。现有大部分路段的路面已破损，面层龟裂、坑槽、砂化等病害十分严重，公路抗灾害能力弱，雨季易发生水毁，春融季节易发生冻胀、翻浆等病害；沿线部分桥梁涵洞建成年代较早，结构整体性差、耐久性差、抗震性能低，不能满足重载交通通行的需要；沿线标志标线设置不够完备，尤其在视距不良的事故多发路段缺乏必要的警示标志，不利于行车安全。

1.4 其他限制因素多

由于为旧路改建项目，项目沿线一般分布乡镇，不可避免地会遇到边施工边通车的问题。区域为黄河流域重要涵养区，历史文化底蕴深厚，文物分布广泛。黄土山区部分路段涉及战国秦长城世界文化遗产文物保护实体，根据《长城保护条例》中相关规定，任何单位或者个人不得在长城保护总体规划禁止工程建设的保护范围内进行工程建设，一般长城保护范围为以墙基外缘为基线向两侧各扩50 m，建设控制地带为以保护范围四周边界各向外扩500 m，设计过程中，确实无法绕避时，必须布设桥梁跨越长城遗址段，对长城进行保护。

2 路线方案选择原则

1)路线方案布设时须加强地质勘察和分析评价，结合黄土山地生态环境较弱的实际，有针对性地对线位进行优化处理。

2)路线布设时须注重不良地质的影响，尽量绕避滑坡，减少对线位安全的影响。路线需远离沟岸边缘，留足安全距离，对临近沟岸及崩塌边缘段要采取支挡防护措施。路线布设需考虑采空区、黄土陷穴、膨胀性泥岩等路段的处理难度。

3)路线选择时要始终坚持“十分珍惜”土地资源的原则，将土地保护和利用贯穿全过程，灵活控制线形指标，加强方案比选和线位优化，尽量少占或不占耕地，“能占劣地、不占好地”，合理控制路基填挖高度，减少占地宽度。

4)必须贯彻绿色公路设计理念，路线方案选择时尽可能避让保护区域，对环境敏感区域要尽可能满足规定距离，并加强交通安全设施设计，对局部平均纵坡超标路段加强安全风险论证，减少工程量[2]。

5)路线方案选择时要加强旧路现状调查与分析，要科学认识旧路经过区各类病害表现形式及成因，路线布设时要全面总结旧路线位布设经验，尽可能规避选线风险。

6)设计路线方案时必须尽可能考虑施工阶段的保通方式，加强交通组织设计，降低项目施工对沿线群众出行的不利影响，并有利于加快施工进度[3]。

7)路线布设时要尽可能绕避文物区，保护文化遗产，以此减少因文物考古调查对项目前期和施工阶段工期的影响。

8)路线经过乡镇路段，要综合考虑现有穿城镇路段状况、城镇规划、对当地经济带动作用、安全性和可实施性等因素，加强方案比选与论证。

3 路线技术应用效果

结合黄土山区主要集散国道改建项目特点，遵循路线设计8个方面的原则，摸清沿线不良地质情况，因地制宜选用技术标准和平纵面指标，全方位设计组合比选，能有效达到安全、便捷、绿色、经济的应用效果，实现提高公路安全性、节约工程造价、保护生态环境、提高公路服务能力、提升经济社会效益等多重可观的设计目标。

3.1 地质选线提高公路运行安全性

通过加强路线经过区域地质情况的勘察与调查，保证滑坡路段地勘深度与质量，彻底查明滑坡类型、滑坡成因、滑坡深度、滑坡区域和影响范围，以此确定线位布设位置，综合比较绕避或治理后的经过方案。对膨胀性泥岩等不良地质区域尽可能予以绕避，稳定的老黄土区可适当增加开挖深度以争取上下山降坡空间，通过综合地质选线来保障项目后期运行的安全性与稳定性。通过加强桥涵调查、路线交叉调查、征地拆迁调查、取弃土及排水调查、临时工程调查、筑路材料调查及施工组织、概算资料调查，与地方政府、相关部门调查了解地方城镇总体规划、山水沟河道治理和实施情况，以及沿线被交道路等规划情况，充分征求各方意见，并就主要方案进行沟通，提高方案的可行性。

3.2 合理选用技术指标提高旧路利用率

通过应用勘设新技术，利用GPS和RTK技术进行数字化勘测，结合旧路调查数据，利用金思路路线设计系统、EI-CAD等设计软件对旧路平纵面实现高精度拟合[4]，旧路加宽以单侧加宽为主，平面拟合时根据加宽方式选择好中线布设位置，达到经济技术效益综合优的效果。根据旧路平纵面线形及沿线地形、地质条件，分段采用不同的设计标准，设计速度一般路段采用60 km/h，上下山等条件受限路段采用40 km/h，路基宽度10 m、8.5 m，不同技术指标变化设过渡段，提高与旧路的适应性。乡镇路段通过利用旧路穿越和绕开镇区规划外新布设路线2个方案的比选(见图2)，路基宽度按《城镇化地区公路工程技术标准》(JTG 2112—2021)布设，或采用地下排水方式争取行车道与路肩宽度满足标准要求，达到因地制宜利用旧路减少征迁的效果。

图2 某城镇路段方案比选

3.3 平纵组合设计和运行速度分析提高行车稳定性

在满足平面线形设计控制要素的同时，将平面线形变化点与纵面地形变化拐点综合考虑，贯彻“平包竖”的原则，尽量使纵面曲线位于平曲线中央，达到最佳组合。在设计中尽量避免出现小半径竖曲线与小半径平曲线相接的情形，便于汽车行驶的舒适与顺畅。在拟合现有旧路平纵面线形路段，局部很难达到“平包竖”原则线形组合较低的路段，需要加强交安设施设计。通过尽早对旧路路面状况开展检测评定，分段确定是否可以再生利用，以此确定本段路线线位和纵面设计高程。旧路拟合中平面易出现交点转交小于7°的“小偏角”问题，曲线长度要尽可能满足一般值，限制条件较多难以达到一般值时满足最小值要求。

上下山路段多位于积雪冰冻地区，平面上回头曲线多，纵坡应力求均匀，避免陡坡与急弯的组合。通过运行速度分析，及时发现运行速度差绝对值|Δv85∣不小于20 km/h、运行速度梯度绝对值|ΔIv∣大于10 km/(h.m)的相邻路段速度协调性较差路段并进行平纵面调整，受地形地物限制，平纵面调整易引发不良地质灾害或工程量急剧增加，在论证后通过增设震荡减速标线、增加提醒标志等方式，加强交通安全设施设计提高行车安全性[3]。

3.4 路线设计与其他专业有效衔接节约工程造价

通过对原有平面交叉改线路段平纵面调整情况的分析，根据工程量、沿线群众出行方便等合理选择新的平面交叉位置，保障与现有路网有效衔接，避免形成新的通行不畅路段或安全隐患。通过加强桥梁路段线位比选，对原有桥涵要早开展使用状况评估，明确加固利用或拆除重建方案，加强对设计洪水位的分析与计算，深入分析沟岸稳定性，合理选择桥位和桥面高程，综合确定桥涵路段平面线位和纵面高程[5]，有效节省工程造价。

对高填深挖、特殊路基处理等影响工程造价的重要路段，通过加强方案技术经济综合比选，深入分析各方案优缺点和利弊，综合确定适用经济社会效益优的方案。通过对局部展线困难路段加强交通安全设施设计，加强各种各类标志标线的有效衔接，保障禁止标志和解除标志信息连续，限速标志科学合理，避免各类交通安全设施布设信息不足或信息过载，提高集散公路安全的实用性、经济性。

4 结语

公路路线方案在项目设计中处于非常关键的位置，必须结合地区地域和项目特点合理确定路线原则和选线技术。黄土山区主要集散公路改建项目有着地质情况复杂、生态环境约束多、旧路状况差、限制因素多的特点，通过坚持地质优先、保护生态环境、充分利用旧路、加强交安设施设计、合理选用技术指标、加强平纵组合设计、注重与其他专业衔接等思路，可促进黄土山区公路改建项目路线方案选择的合理性、科学性，提升公路改建项目的社会影响和经济效益。