省级自然论文范文参考广乐高速公路复杂气象及艰险山区路线总体设计

　　摘要：本文针对京港澳高速公路粤境北段因穿越气象复杂的南岭山脉，存在技术标准低、通行能力小，以及在雨、雪(冰)、雾等特殊气象条件下还存在较大的交通安全等问题，在其粤境复线工程——广乐高速公路技术标准的选用时，提出高标准、大通道的总体设计思路。在严格遵循复杂山区规划、地质、环保和工程选线的基础上，积极引入高寒山区气象辅助选线及安全选线的理念，解决了梅花至乐昌越岭段中的高寒山区特殊气象灾害和长大纵坡带来的行车安全问题，以及路线穿越大瑶山和石门台两个省级自然保护区的环保问题，有力保障了国家南北交通大通道的畅通。本文选自：《气象研究与应用》是广西气象局和广西气象学会主办的综合性技术刊物，主要刊登气象科学有关分支学科的新理论、新技术及其应用的研究论文，气象业务现代化建设的新进展及科研成果，各项气象业务的技术方法和经验，开展防灾减灾气象服务的技术方法和经济效益等。

　　关键词：京港澳高速公路,长大纵坡,复杂气象,运营安全,自然保护区

　　引 言

　　京港澳高速公路是我国南北公路运输大通道之一，它的全线贯通，对发挥高速公路规模效益，缓解我国南北交通运输紧张压力，完善国家综合运输体系，改善地区间经济交流与合作，促进社会经济的全面发展，发挥了重要作用。

　　京港澳高速公路以其地缘优势和区位优势，成为习惯性的南北向交通大通道。近年随着广东省经济的快速发展，其粤境广州以北段交通流量急速增长，已趋于饱和，无法满足省际交通增长的需求，严重制约京港澳高速公路沟通我国南北、连通粤港澳的交通功能;同时，京港澳高速公路粤北段部分路段还存在先天性缺陷，抗击冬季特殊气象灾害能力较低，特别是雨、雪(冰)、雾天气下，存在较大的交通安全问题。2008年1月，冰雪灾害造成郴州至韶关段完全瘫痪，造成了严重的经济损失和不良社会影响;此外，广韶段也存在因韶赣高速公路的接入导致其交通即将饱和的问题。

　　1. 项目概况

　　广乐高速公路是京港澳高速公路粤境广州以北段的复线工程，北起于粤湘交界的小塘，南止于广州新国际机场，路线全长299.969km(含连接线工程)，工程投资398.93亿元，是广东省投资规模最大、每公里投资额最高的山区高速公路之一。

　　项目位于广东省北部的韶关、清远粤北山区，属南岭山系之中的高山地貌，地形陡峭复杂，路线高程变化大;沿线分布有南岭、大瑶山、石门台及王子山四大自然保护区及各种江河水源保护区;同时，南岭山系呈东西向横亘于粤湘交界，形成复杂的高寒山区气候，对路线方案的综合选定影响较大。

　　针对项目在路网中承担的南北向大通道的交通功能，结合沿线地形、地质、环保及高寒山区复杂气象等情况，在路线总体技术标准的把握和路线选线的总体设计思路之中，在严格遵循复杂山区规划、地质、环保和工程选线的基础上，积极引入高寒山区气象辅助选线和安全选线的综合选线理念，将本项目建设成为高标准、畅通的南北大通道，避免京港澳高速公路存在的通行能力和交通安全问题。

　　2. 设计速度拟定

　　设计速度是公路技术标准中最重要的一个技术参数，其采用一般要综合考虑项目的功能地位、地形条件、交通量预测结果等诸多因素。设计速度直接决定了平面和纵面设计标准，对建设规模和工程投资起到非常重要的控制作用。

　　高速公路的设计速度分为120km/h、100km/h和80km/h，其分段一般不应小于15km，变化应以20km/h为一个等级。一般而言，采用较高设计速度的项目一般拥有较好的行车条件和较高的道路通行能力，但工程投资往往也相对较高;采用较低设计速度的项目在行车条件和通行能力方面略有欠缺，但较低的平纵标准能更好地适应地形的变化，在节约工程投资方面具有一定的优势。按照常规的设计思路，在地形较好的平原或微丘地区，设计速度一般采用120km/h或100km/h，而在地形艰巨的山岭重丘区，设计速度则一般采用100km/h或80km/h。

　　由于本项目路线长，既有山岭重丘区的长大纵坡越岭路段，也有平原微丘区的自由纵坡路段，同时桥隧工程比例高达50%以上，各种控制工程也十分复杂。考虑到本项目作为我国最繁忙的国道主干线之一，具有交通量大、货车比例高等特点，对技术标准的选用提出采用高标准、大通道的总体设计思路，同时也从项目的功能地位、地形条件、通行能力及技术经济等多方面进行设计速度的综合比选和论证。

　　按照地形的差异，设计中将全线划分为4个路段，设计速度分别采用100km/h和120km/h进行定线设计，并统计工程数量和工程投资。从表1看出：采用120km/h标准的工程投资增加有限(不超过10%)，这表明在桥隧工程比例较高路段，路线平面和纵面设计标准的降低，对工程投资减少的效果并不显著;同时，采用120km/h的设计速度，可以将设计的最大越岭组合纵坡从(4%+2.5%)减缓为(3%+2.5%)或者(3%+2%)，这将大大改善车辆运行条件，提高车辆行驶安全和道路的通行能力;此外，采用较高的设计速度，除可节约运输成本，带来直接的经济效益外，还由于进一步缩短了时空距离，这也将带来巨大的社会效益;另外，采用较高的设计速度，对构建大通道的综合运输体系也具有重要作用。

　　因此，从项目地形条件、通行能力、工程投资和对社会效益、综合运输体系的影响等方面综合考虑，推荐全线设计速度采用120km/h。

　　3. 安全选线

　　在地形陡峭的艰险山区，为适应地形的变化及越岭的需要，设计中对较小曲线半径和长大纵坡使用较多。一般来讲，采用较小的曲线半径和较大的纵坡能较好的适应地形变化，对降低工程投资有一定的优势。与此同时，采用较低的平纵标准也将降低公路的通行能力，降低车辆的行驶条件及行车安全性，增加道路事故率。因此，在地形困难及长大纵坡路段，研究并选用既能满足车辆安全运行要求、又能兼顾地形条件和工程投资的常用曲线半径及越岭段的常用组合纵坡，对提高道路的通行能力，保障国道主干线的运输安全和畅通显得尤为重要。

　　3.1 平面设计

　　曲线半径是高速公路设计的一个重要指标，较小的曲线半径在路基工程为主的路段能更加“吻合”地形的变化，对缩短桥梁长度、降低路基填挖高度和降低工程投资作用较为明显;而在隧道和桥梁工程较为集中的路段，较小的曲线半径则反而会增加路线和桥隧的长度，增加桥隧工程的投资。因此，在不同工程的路段，应有针对性选用与之相适应的常用曲线半径，使之既能较好的同地形条件相匹配，降低工程投资，又能满足车辆安全行驶的需要。

　　根据前西德对曲线半径与安全事故率的统计表明：从安全事故率的角度考虑，过大或过小的圆曲线半径均不好。从表2可以发现：当纵坡大于4%以后，不管采用何种曲线半径，其交通事故率都将成倍的增加;当纵坡小于4%，圆曲线半径小于1000m时，交通事故率依然较高;当纵坡小于4%，同时圆曲线半径大于1000m时，事故率将大幅降低;同时研究还发现采用更大的曲线半径(3000m以上)对降低事故率的作用并不大。由此可以看出：对于山区高速公路，一般情况下，采用1000m～3000m圆曲线半径在安全性和经济性等两个方面都是较为可行和合理。

　　设计中，为了既能提高行车安全性，同时又能兼顾工程经济性，本案例中提出平面曲线半径尽量多采用1000m～3000m范围为主。在路基工程较为集中的路段，尽量多采用更能较好的“吻合”地形变化的1000m～2000m的安全适用半径(如图2);而在桥梁和隧道较为集中的路段，则教多采用能缩短路线长度和桥隧长度的2000m～4000m的安全适用半径(如图3)。考虑到本项目中型以上货车比重较高的特点，根据货车运行对曲线半径适应的特征，还特别强调前后路段线型的连续和均衡，注重平纵线型的合理组合;同时，曲线布设在适应复杂地形变化的同时，多采用车辆运行条件相对较好的圆曲线半径值，尽量将路线横向超高控制在2%～4%以内为宜。

　　3.2 纵面设计

　　最大纵坡也是高速公路设计中一个重要的技术指标，当项目的道路等级和设计速度一旦确定后，最大纵坡也就相应的确定下来。采用较大的纵坡值往往能更好的适应地形的起伏变化，对降低工程投资具有重要的作用。较多且又连续的使用长大纵坡，对大型车辆的运行安全和道路的通行能力会产生较大影响。在地形条件较好的自由纵坡路段，最大纵坡一般仅会出现在个别路段，对道路的行车安全及通行能力不会产生较大的影响。在山区特别是越岭路段，常常需要连续的使用长大陡纵坡，这时最大纵坡及缓和纵坡的组合设计是否合理，对大型车辆的行驶安全影响较大，若设计不当，也可能成为高速公路交通 图2：京港澳高速越岭段交通现状

　　事故高发和通行瓶颈路段。

　　在设计中，对京港澳高速公路梅花至大桥越岭段的纵面设计及交通安全问题进行详细的调查：由于该项目在越岭时，设计克服最大高差619.6m，平均纵坡2.66%以上(详见图4)。同时设计中采用了较多的4%及5%等大纵坡越岭，加之驾驶人员素质有待提高及对长大下坡安全行车的认识不足，常常采用“狠”踩刹车和淋水降温制动的方式，导致路面夏季打滑和冬季结冰的现象，严重的威胁着行车安全，这也是导致本路段交通事故频繁的一个主要原因。

　　根据国内外的相关研究成果：在货车比重较高的路段，当坡度大于3%时，交通事故发生率是平缓段事故率的2～3倍，且随着坡度的继续增大，汽车油耗也将急剧增加，环境的污染也随之加重，因此在发达国家，从节约能耗和环境保护的角度考虑，当采用大于3%纵坡时，还需要进行环保论证。

　　在设计中，始终遵循安全和环保优先的原则，通过另劈走廊和适当越岭展线方式，在大瑶山“人”字型越岭中，最大高差减少为252.87m，平均纵坡降低为1.51%(详见图5)，平均纵坡较京港澳高速公路梅花至大桥段大为改观;同时在设计中，通过将越岭最大纵坡组合调整为(3%+2.5%)和(3%+2%)的“无害”纵坡组合，大大改善了大型车辆在越岭段运行的条件，提高大型车辆行驶的安全性。

　　4. 气象辅助选线

　　雾区和路面结冰是穿越高寒山区路段公路经常遇到的特殊气象灾害，对行驶车辆产生的危害极大，在我国因大雾和路面结冰问题而导致的各种恶性交通事故比比皆是。一般来讲，在高速公路上，当驾驶人员的视线(能见度)达到1000m以上时，车辆可以自由行驶;当能见度小于500m时，就需要开始强制性的降低行驶速度;当能见度小于50m时，则需强制性的关闭高速公路。当路面一旦发生结冰现象以后，道路上行驶的车辆将变得非常难以操控，常易诱发恶性交通事故。因此，在高寒山区选线时，对山区可能遇到的常年雾区及结冰等特殊气象灾害展开调查显得尤为重要，将气象辅助选线的理念纳入公路选线之中，对路线走廊带的比选及越岭高程的拟定具有十分重要作用的参考价值，对提高行车安全及保障道路畅通也具有十分重要的现实意义。

　　京港澳高速公路在穿越南岭山脉时，对高寒山区复杂气象灾害认识不足，同时受工程投资及其他因素的制约，在梅花至大桥段还采用了长大纵坡 “明线”越岭，由于其穿越海拔600m以上路段较长，从而导致路线需穿越常年雾区及冬季路面结冰路段(根据气象调查，受南岭山脉北侧冷空气和南侧暖空气的影响，区域内海拔超过500m时将会出现常年雾区和冬季结冰现象，海拔超过600m时雾区和冬季结

　　冰现象尤为突出)。受常年雾区、冬季结冰和长大陡纵坡等因素的制约，粤北段通行明显不畅，交通事故也较为频繁。目前，交警部门为预防发生恶性交通事故，将该路段限制为单向单车道通过，通行能力大为降低，成为全线的瓶颈路段，无法发挥高速公路通过能力大、服务水准高、安全性好等主要优势。

　　通过对越岭段复杂气象的调查和研究，在本项目走廊带的选取时，放弃原来的小塘～乳源～韶关走廊，而另劈小塘～乐昌～韶关走廊(如图8所示)。新拟定的走廊最大越岭高程仅412m，完全绕避常年雾区和冬季路面结冰路段，对提高道路通行能力、保障行车安全及确保道路通畅起到重要作用。

　　5. 环保选线

　　本项目先后采用特长隧道方案穿越了大瑶山和石门台两个自然保护区，在贯彻生态、环保优先的选线理念的同时，还结合特长隧道重大控制工程选址，进行路线方案的综合比选和论证。

　　5.1 大瑶山自然保护区路段方案比选

　　大瑶山自然保护区位于乐昌市中部，面积为7914公顷，为省级自然保护区，著名的大瑶山铁路隧道横贯该自然保护区的核心区。

　　根据环保部门的意见：路线穿越大瑶山自然保护区的核心区时必须采用隧道工程，而在穿越其缓冲区和实验区时应尽量采用无横向阻隔的桥隧工程，并尽量减少对自然保护区的破坏。

　　通过对走廊带内隧址的地形、地质条件进行充

　　分研究后，K线设置长达5980m的特长隧道(双向 图9：大瑶山自然保护区路段方案比较图

　　分离式6车道)直接穿越保护区的核心区，以一般桥隧工程为主穿越缓冲区和实验区，该方案路线全长16.75km，工程投资24.6795亿元。针对特长隧道工程艰巨、建设工期长及后期运营费用高等缺点，补充采用桥隧群穿越自然保护区的核心区和缓冲区(需对保护区功能划分进行调整)的C线，该方案路线长度17.7km，工程投资24.0432亿元。

　　综合比选：两个方案地形和地质基本相似，总体上K线略好; K线采用特长隧道穿越保护区的核心区，环境保护较好;C线在工程难度、建设工期、后期管理费用及前期工程投资方面相对占优;K线用地少383.5亩，减少占用土地资源;K线路线长度缩短近1km，适当降低了车辆行驶的成本，社会效益相对较好。

　　本段以环保优先和重大控制工程选址的基础上，并综合建设条件、占用土地资源及社会效益等综合因素，推荐K线。

　　5.2 石门台自然保护区路段方案比选

　　石门台自然保护区位于英德和韶关交界处，总面积82260公顷，是广东省最大的省级森林生态系统自然保护区，并于2001年申报国家级自然保护区，武广客运专线设置特长牛岭隧道穿越保护区的核心区。

　　设计中，K线布置于武广客运专线的右侧，并设置长达7270m特长隧道(双向分离式8车道)直接穿越保护区的核心区，以一般桥隧工程穿越其缓冲区和实验区，该方案路线全长16.1km，工程投资32.7688.亿元。针对特长隧道工程艰巨、投资高、工期长及后期运营费 图9：石门台自然保护区路段方案比较图

　　用较高等缺点，补充了路线两跨武广客运专线、完全绕避保护区的L线，该方案路线全长19.8km，工程投资28.4486亿元。

　　综合比选：K线地质条件较好，适合隧道工程，L线地形起伏较大，且处于断层附近，岩溶发育，地质条件较差;K线采用隧道工程穿越自然保护区，L线采用绕行避开自然保护区，都能满足环境保护要求;K线在工程难度、建设工期、后期管理费用及前期工程投资方面存在劣势;K线占地少1031亩，节余了大量宝贵的土地资源;K线路线长度缩短近3.7km，大量降低车辆行驶的成本，社会效益较好。

　　本段以环保优先和重大控制工程选址的基础上，并结合地质选线、占用土地资源及社会效益等综合因素，推荐K线。

　　6.结束语

　　山区选线是一项复杂的系统工程，本文针对京港澳高速公路粤北段在运营过程中存在的交通安全和通行能力等方面的问题，在广乐高速公路技术标准的选用时，提出高标准、大通道的总体设计思路;在严格遵循复杂山区规划、地质、环保和工程选线的基础上，对山区高速公路项目的平面安全适用半径及长大越岭安全纵坡进行深入的研究，并提出利用气象辅助选线对路线走廊带及越岭高程进行综合论证的思路，突出了复杂山区安全选线的理念，解决了路线在梅花至乐昌段越岭中的高寒山区特殊气象灾害和长大纵坡带来的行车安全问题，以及路线穿越大瑶山和石门台两个省级自然保护区的环保问题，有力保障国家南北交通大通道的畅通。同时，本文提出的国道主干线高标准、大通道的建设思路及规划、地质、环保、安全、气象和工程相结合的综合选线理念，将为其它类似山区公路项目提供有价值的参考。

　　参考文献：

　　1、国家高速公路网规划(2004年);

　　2、广东省高速公路网规划(2005年);

　　3、中铁二院《广州至乐昌高速公路工程可行性研究报告》(2007年)。

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