西藏山岭重丘区低等级公路路线设计方法探讨

李华

摘 要：对于山岭重丘区公路，在特殊困难路段，完全按规范要求的指标进行路线设计会增加工程投资，增加施工难度。当交通量很小且功能单一的时候应分析突破指标的可能性，考虑降低指标设计。

关键词：公路路线;合成坡度;最大纵坡;超高;回头曲线

西藏是一个山多、沟深、面积大、海拔高的地区，从路线设计的角度来说绝大部分都可以定为山岭重丘区。截止2020年底，全区公路通车里程为11.88万公里，其中有铺装路面的仅为4.61万公里（占比38.8%），其余7.27万公里[1]（占比61.2%）的道路是连四级公路标准都达不到的等外公路。尽管近年来国家加大了对西藏的基础设施建设投资力度，但是由于西藏面积大、公路缺口多、环境恶劣，公路造价高，在未来较长一段时间里，西藏的公路还将以低等级公路为主。对于一条公路来说，路线是灵魂，尤其是对于像这种山岭重丘区，路线的选择就显得尤为重要。

1 影响公路路线设计的因素

1.1 地形、地貌因素

一般来说，根据公路所处的地理位置及地形、地貌因素，将公路分为平原微丘区和山岭重丘区公路。二者在选线时侧重点不同，平原微丘区路线以克服项目起终点的空间距离为目标，力求以直线和大半径曲线为单元将起终点以最短的里程连接起来，纵断面控制性较小，因此其路线增长系数通常较小。而山岭重丘区路线常常会以克服两点之间的高差为主要控制因素，选线时力求增长路线长度，降低纵坡。因此其路线增长系数往往较大。

1.2 地质因素

应根据项目所在地的地质情况拟定路线方案，一般来说，对于大型地质灾害地区，路线设计时应予以避让;对于小型地质灾害地区，路线布设时应以满足道路线型指标为主，对地质灾害进行处理。

影响路线设计的因素较多，本文以工程实例为依托，着重论述地形因素限制下的路线设计方法。

2 工程实例

2.1 工程背景

以西藏某公路路线设计为例，项目设计任务开始于2017年1月份，该公路年平均日交通量很小，而且以小型汽车为主。项目全长19.167 km，采用路基宽度4.5 m，设计速度20 km/h的四级公路技术指标进行改建。

2.2 项目重难点分析

现状道路存在的主要问题是纵坡严重超标，考虑到本项目作为低等级公路，功能有限、交通量小。工程造价有限。采用隧道方案造价太高，不经济，推荐采用路基方案。根据《公路路线设计规范》（JTG D20-2017）[2]（以下简称路线规范）的要求，对路线设计的控制因素如下：

（1）项目所在地海拔4 000 m～5 000 m，考虑高原纵坡折减和改建道路最大纵坡增加之后确定的最大纵坡为8%;

（2）项目位于积雪冰冻地区，最大合成坡度不得大于8%;

（3）回头曲线上最大纵坡不得大于4.5%。

本项目纵坡超标问题集中在K11+000垭口前后。本文选取了两个有代表性的段落进行分析，相关平纵数据见下表：

K10+600～K11+100段平面线型较好，设计重点应放在纵断面优化上;K11+300～K11+874段平、纵面线形均较差，拟对该段进行改线设计。

2.3 优化过程

设计时，针对两个段落的具体情况，分别拟定了如下优化方案：

（1）K10+600～K11+100段，该段位于垭口上坡段，存在的主要问题是最大纵坡超标，若解决了最大纵坡，则合成坡度超标的问题也将迎刃而解。通过实地勘察发现，该段平面线形较好，右侧存在大片岩堆体，突破点应放在纵断面设计上，通过纵向填挖控制以保证纵坡要求。最终方案如下：

1）提前爬坡，提高K10+700～K10+900段设计高程，该段平均填方约4 m，同时将道路中线右移，左侧留出挡墙构造物范围。

2）降低K10+900～K11+100段设计高程，该段平均挖方约5 m。同时为防止边坡落石，两侧设置相应的支挡构造物。

3）通过上述调整之后。再细化每一个变坡点的设计。根据规范要求，当平曲线半径小于150 m时，圆曲线需要设置超高。该段除一处半径为150 m的圆曲线外，其他三处圆曲线均需要设置超高。控制纵坡的方法是：

①根据公路等级和项目所处的环境（一般地区、积雪冰冻地区）确定最大超高值;②根据最大超高值和圆曲线半径确定超高值;③根据超高值和最大合成坡度反算最大纵坡。

根据路线规范，相关数据整理后如下表：

（2）K11+300～K11+874段。该段位于垭口下坡段，路线沿一个坡面布置。地面横坡30°～45°。经实地考察，该段路线有一定的展线空间，平面设计应尽可能争取有利地形展线，增加路线长度以降低纵坡。优化方案如下：

1）纸上定线寻找有利地形进行展线，用匀坡线法确定导线点位置和路线大致走向，压缩老路4组回头曲线间的横向距离，增加了两组回头曲线，增加了路線长度约215 m。

2）按上1）的方法增加了路线长度之后，再根据平曲线半径并对照表2细化每个平曲线的平纵组合，完成路线设计。

3）为了避免路线调整后后续地面线和横断面数据与桩号不对应的情况，采用纬地三维道路设计软件中的增设长短链和配套的平面移线功能，通过建立的数字地面模型采集调线段的数据，并不断的优化调整平、纵面。

2.4 优化结果

采用上述方法对上述两段平、纵面分别进行优化后，除圆曲线半径外，各项技术指标均满足要求，结果如下：

3 指标突破论述

在上述K11+300～K11+874段平面设计时，由于地面横坡较陡，采用路线规范要求的15 m回头曲线半径会造成回头曲线处外侧挡土墙墙高过高和内侧边坡挖方太大的情况，不经济，因此平曲线最小半径按12 m控制，但是这显然不满足规范的15 m要求。

在项目的设计过程中我们认为，本项目作为功能单一、交通量小的低等级公路，完全采用路线规范的要求会增加投资，提高施工难度。因此我们采用以下措施达到降低技术指标的目的：

（1）委托相关单位对上述超标段落进行了安全性评价，结论是对积雪结冰路段，在未清除积雪和结冰的情况下，不建议车辆强行通过。应通过加强养护机具、使用融雪剂、人工或机械除冰方式和改善路面面层结构、加装防滑链等方式，增加附着条件后，即可满足车辆通行需求，以此为本项目降低指标提供理论依据。

针对安全性评价结果，在设计中，若改为抗滑效果更好的砂石路面，则不能满足道路使用者的需求;因此我们采用增强养护和增强安全设施的方式提高安全性：

1）该路段采取局部降速措施。在适当位置设置限速标志。

2）加强积雪冰冻期的通行管理。在取得公路局的同意后，工程造价方面增加了养护机具购置费用，在该段适当位置设置标志提醒车辆配置防滑链，此外由公路养护部门负责清除路面积雪，采取防滑措施（如布置防滑料）增大摩擦系数，保障安全畅通。

（2）在（1）的基础上，采用专家论证会的方式论证了采用极限半径12 m的可行性，征得专家组同意并出具了書面确认函。

（3）与业主单位和项目服务对象沟通，征得其同意并出具同意使用平曲线最小半径12 m的书面确认函。

4 总结

（1）对于高海拔地区特别是地形情况复杂条件下的公路路线设计，应该在设计前详细研究路线设计的控制因素。如本项目主要问题是纵坡超标和平曲线半径太小，两段分别采用优化纵断面填挖设计和展线的方式解决。

（2）重视软件在设计中的应用，如上述第二段优化的时候利用了软件的数字地面模型和平面移线功能等，可大大降低外业工作量，缩短设计周期。

（3）由于低等级公路的工程造价有限，如果路线指标完全满足规范，特殊困难路段会造成较大的工程投资并给施工带来难度，这时候应该在安全、经济、适用的前提下，寻求局部路段降低指标的依据，分析突破指标的可能性，并进行多方案比选。指标突破后带来的新的问题应该以公路运行安全性为导向，采取安全性评价、增强安全设施、加强针对性养护措施等方法补偿。

参考文献：

[1]2020年西藏自治区国民经济和社会发展统计公报[Z].西藏自治区统计局、国家统计局西藏调查总队，2021.

[2]JTG D20-2017，公路路线设计规范[S].人民交通出版社股份有限公司，2017.