公路總體設計的地質選線思路、原則與方法

龔詩照，諶育雄

（1.湖南大學設計研究院有限公司，湖南 長沙 410000；2.中機國際工程設計研究院有限責任公司，湖南 長沙 410000）

0 引言

公路選線是指在確定公路起點、終點和中間控制點的基礎上，根據公路的功能和技術等級，綜合考慮自然條件、工程地質、水文地質、社會經濟等多方面因素，采用科學合理的思路、原則和方法，尋求最優路線方案的過程。公路選線是公路總體設計的重要內容，直接影響著公路的技術標準、工程造價、運營效益和環境影響。因此，在公路選線過程中，工程師應充分發揮自身的創造性和綜合能力，遵循科學性和藝術性相結合的原則，以達到經濟合理、安全可靠、美觀協調、環境友好的目的。

1 公路選線基本思路

公路選線的基本思路是指在公路選線的過程中所應遵循的一般原則和方法，以及應注意的重點和難點。公路選線的基本思路可以概括為以下幾點：

1.1 以功能為導向

根據公路的功能需求和技術等級，確定公路的走向、長度、平面線形、縱斷面形式、車道數等基本參數，并作為選線的依據和約束。第一，公路的功能需求和技術等級是影響公路選線的首要因素，其決定了公路的服務水平、運輸能力、行車速度、安全性能等指標。第二，公路的走向應符合交通網絡規劃和區域發展目標，滿足交通需求和社會效益。第三，公路的長度應盡量縮短，以降低工程造價和運營成本，提高投資效益。第四，應根據地形條件和視覺效果，合理選擇直線、圓曲線、緩和曲線等公路的平面線形，以保證行車舒適度和安全性。第五，應根據地形高差和水文條件，合理選擇坡度、豎曲線、橋涵等公路縱斷面形式，以保證行車安全性和排水性。第六，應根據交通量和服務水平，合理確定單向或雙向車道數，以保證運輸能力和通行效率[1]。

1.2 以地形為依托

充分利用自然地形的有利條件，盡量避免或減少對自然地形的改變，使公路與地形相適應，以達到節約土石方、降低工程造價、提高行車舒適度和安全性的目的。自然地形是影響公路選線的重要因素，其決定公路平面線形和縱斷面形式的可行性和合理性。在平原地區，地形較為平坦開闊，可采用直線或大半徑圓曲線為主要元素，使公路走向簡潔明快，以此提高行車速度。在山區地區，地形較為復雜多變，可采用小半徑圓曲線或多圓復曲線為主要元素，使公路走向能夠順應山勢變化，同時降低填挖方量。在河谷地區，地形受河流影響較大，可采用沿河或越河為主要方式，使公路走向適應水文條件，從而減少橋涵工程量。

1.3 加強地質控制

應重視工程地質和水文地質對公路結構穩定性和行車安全的影響，盡量繞開或縮小不良地質區域的穿越范圍，并采取必要的工程措施，以防止或減輕滑坡、崩塌、泥石流等災害。工程地質和水文地質是影響公路選線的關鍵因素，其決定了公路的地基承載力、抗滑穩定性、排水性能等指標。公路選線應盡量避讓或減少在軟土、泥沼、沙漠等區域的穿越，以免造成路基沉降、變形、破壞等問題；盡量繞開或縮小在滑坡、崩塌、泥石流等區域的穿越，以免造成路基破壞、堵塞、沖毀等問題；盡量避開或遠離地震、斷層、巖溶等區域，以免造成路基裂縫、塌陷、涌水等問題。

1.4 加大環保力度

應盡量減少對自然資源和生態系統的破壞和污染，尊重自然景觀和人文環境，使公路與周圍環境形成良好的視覺效果和空間關系，以此促進區域經濟社會發展和人民生活水平的提高。環境保護是影響公路選線的重要因素，其決定了公路的社會效益和可持續發展性。公路選線應盡量減少對農田、林地、草地等地區的占用或切割，以免造成土地資源浪費和生態系統破壞；盡量保持或突出風景名勝、歷史文化、民族風情等地區的特色和風貌，以免造成景觀資源損失和文化遺產破壞；盡量減少對業區、城鎮區、居民區等地區的干擾或污染，以免造成噪聲、廢氣、廢水等環境問題[2]。

2 公路選線一般原則

2.1 比選原則

在公路選線過程中，應采用多方案設計、多角度評價、多層次論證的方法，對各個方案進行比較選擇，選出最優的方案，并對其進行優化調整。

首先，多方案設計是指在確定公路起點、終點和中間控制點的基礎上，根據公路技術標準和設計規范，綜合考慮各種因素，采用合適的方法，設計出若干個可行的路線方案，并進行初步評價。

其次，多角度評價是指對各個路線方案進行深入且細致的比較分析，從技術、經濟、安全、美觀、環境等方面，采用定性和定量的方法，確定各個方案的優劣和差異。

最后，多層次論證是指對最優路線方案進行全面、系統的論證，采用科學的方法和手段，驗證其技術可行性、經濟合理性、安全可靠性、美觀協調性、環境友好性等，并在此基礎上提出改進意見和建議。

2.2 安全性原則

應在確保道路穩固與駕駛安全的基礎上，選擇最優道路設計。對于存在明顯工程地質風險或其他潛在安全問題的區域，應采取必要的安全措施[3]。工程地質風險可能是由于地質狀態欠佳或人為因素導致的滑坡、塌陷、泥石流等事件，可能對道路的穩定性和駕駛安全構成重大風險。其他的潛在威脅，如由自然災害或人為行為導致的地震、洪澇、火災等，也可能對道路的完整性和安全駕駛造成影響。因此，進行道路規劃時，需深入考慮這些風險，并實施如規避高風險地帶、加強地質調查、建立防護措施或預警系統等手段。

2.3 均衡性原則

均衡原則是公路選線的核心原則，其體現了公路選線的合理性和經濟性。因此，在公路選線過程中，應充分考慮公路技術標準與工程造價、運營效益與環境影響等對立因素之間的平衡關系，并基于此找出最佳折中方案。

首先，公路技術標準是指公路設計中所遵循的技術規范和要求，包括平面線形、縱斷面形式、路基寬度、路面結構、橋梁隧道等方面，公路技術標準直接影響公路的服務水平、運輸能力、行車速度、安全性能等指標。

其次，工程造價是指公路建設中所需的資金投入，包括土石方工程、路基工程、路面工程、橋梁工程、隧道工程等，工程造價直接影響公路的投資效益和回收期。

再次，運營效益是指公路運營中所產生的經濟收益，包括通行費收入、運輸成本節省、時間價值提高等，運營效益直接影響公路工程的經濟效益和社會效益。

最后，環境影響是指公路建設和運營對自然資源、生態系統的破壞與污染等問題，包括土地資源損失、生態系統破壞、噪聲污染、廢氣污染、廢水污染等，環境影響會直接影響公路的環境效益和可持續發展。

綜上，在公路選線過程中，應在滿足公路功能需求和技術要求的前提下，綜合考慮這些因素，選出一條最優的路線方案，實現經濟合理、安全可靠、美觀協調、環境友好。

2.4 協調性原則

協調原則是公路選線的重要原則，其能夠體現公路選線的美學性和人文性。因此，在公路選線過程中，應注意公路內部各要素之間的協調關系，如平面線形與縱斷面形式、路基寬度與路面結構、橋梁與隧道等，使公路風格統一和諧。同時，應注意公路與外部環境之間的協調關系，如公路與交通網絡、公路與自然景觀、公路與人文環境等，使公路與周圍環境相融合。

首先，平面線形與縱斷面形式是指公路在平面和豎直方向上的幾何形狀，包括直線、圓曲線、緩和曲線、坡度、豎曲線等元素，平面線形與縱斷面形式直接影響公路行車舒適度和安全性。因此，在公路選線過程中，應根據地形條件和視覺效果，合理選擇平面線形和縱斷面形式，并使之相互協調，避免出現過于復雜或突兀的變化。

其次，路基寬度與路面結構是指公路在橫向上的尺寸和構造，包括車道數、車道寬度、硬化方式、排水設施等元素，路基寬度與路面結構直接影響公路的運輸能力和排水性能。在公路選線過程中，應根據交通量和服務水平，合理確定車道數和車道寬度，并根據地質條件和氣候條件，合理選擇硬化方式和排水設施，并使之相互協調，避免出現過窄或過寬的情況。

最后，橋梁與隧道是指公路在特殊地段或障礙物處采用的跨越或穿越方式，包括橋型、橋長、橋寬、隧型、隧長、隧寬等元素，橋梁與隧道直接影響公路的通行性能和工程造價。因此，在公路選線過程中，應根據地形條件和經濟條件，合理選擇橋梁與隧道的方式和參數，并確保其能夠與公路平面線形和縱斷面形式相協調，避免出現過于陡峭或曲折的情況。此外，橋梁與隧道的協調性還體現在美觀性方面，因此應盡量保持或突出橋梁與隧道的特色和風格，使之與周圍環境相協調[4]。

2.5 以用戶為中心

應根據公路的使用者和受益者的需求和期望，確定公路的服務對象、服務水平、服務內容等基本要素，并以其作為選線的導向和目標。公路的使用者和受益者是影響公路選線的重要因素，其決定了公路的社會效益和用戶滿意度。公路的服務對象應包括不同類型、不同規模、不同方向的交通流量，如客運量、貨運量、旅游量等，應根據其特點和需求，提供相應的服務設施和措施，如停車場、加油站、服務區、景觀點等。公路的服務水平應符合公路的技術等級和功能定位，如設計速度、通行能力、舒適度、安全度等，需要根據其變化和發展及時進行調整和改善。公路的服務內容應涵蓋公路建設、運營、維護、管理等各個方面，應根據用戶的反饋和評價，不斷改進服務模式，提高服務質量和效率。

3 公路選線常用方法

公路選線方法是指在公路選線過程中，應采用的一些技術手段和工具，以便更好地完成全面布局、逐段安排和具體定線三個步驟，進而選出最優的路線方案，并進行優化調整。公路選線常用方法如下：

3.1 視察法

利用人的視覺、聽覺、嗅覺等感官，直接觀察、感受和判斷路線通過地區的地形、地質、水文、氣候、植被、人文等自然和社會條件，初步確定路線的走向、控制點和難點，并進行初步評價。視察法是公路選線中最基本同時也是最重要的方法，是其他方法的基礎和補充，也是最能體現設計者主觀能動性和創造力的方法。該方法一般在全面布局階段采用，也可在逐段安排和具體定線階段用于補充和修正其他方法。

3.2 地形圖法

利用比例尺較大（一般為1∶10000～1∶50000）的地形圖，根據圖上所反映的地形、地物、水系等信息，按照公路技術標準和設計規范，繪制出若干個可行的路線方案，并進行初步評價。地形圖法是公路選線中最常用也最有效的方法，可以比較全面地反映路線通過地區的自然條件，也可以比較直觀地進行方案比較和優化。地形圖法一般在全面布局和逐段安排階段進行，也可在具體定線階段進行修正和調整。

3.3 直接定線法

利用比例尺較?。ㄒ话銥?∶500～1∶2000）的詳細測量圖或實地測量數據，根據公路技術標準和設計規范，直接在圖上或現場確定公路中線的位置，并進行精確計算。直接定線法是公路選線中最精確也是最復雜的方法，可以最終確定公路中線的幾何形狀和尺寸參數，也可以最大限度地考慮各種因素的影響。直接定線法一般在具體定線階段進行，也可在逐段安排或階段進行部分應用[5]。

3.4 數字化法

利用計算機技術和數字化工具，將地形圖、地質圖、擬選路線平面圖等圖件資料進行數字化處理，建立不同因素之間的空間關系模型，并運用數學模型和優化算法，對各個路線方案進行深入、細致的分析比較，以得出最優或次優方案。數字化法是公路選線中最先進也是最高效的方法，其可以大幅度提高公路選線的科學性和客觀性，也可以大幅度節省公路選線的時間和成本。數字化法一般在逐段安排和具體定線階段采用，也可在全面布局階段作為輔助手段。

4 結語

公路選線是公路總體設計的重要內容，直接影響公路工程的技術性、經濟性、環境性等各方面指標。在選線過程中，應遵循以功能為導向、以地形為依托、加強地質控制、加大環境保護力度等基本思路，堅持將比選、安全、均衡、協調、以用戶為中心作為基本原則，并采用視察法、地形圖法、直接定線法、數字化法等技術手段，綜合考慮各方面因素，設計并比較多套方案，最終選出既安全又經濟且對環境影響較小的最優方案，保證公路建設質量與效益，為民眾提供安全、舒適、可靠的出行條件。