摘要：本文針對京港澳高速公路粵境北段因穿越氣象復(fù)雜的南嶺山脈，存在技術(shù)標準低、通行能力小，以及在雨、雪(冰)、霧等特殊氣象條件下還存在較大的交通安全等問題，在其粵境復(fù)線工程——廣樂高速公路技術(shù)標準的選用時，提出高標準、大通道的總體設(shè)計思路。在嚴格遵循復(fù)雜山區(qū)規(guī)劃、地質(zhì)、環(huán)保和工程選線的基礎(chǔ)上，積極引入高寒山區(qū)氣象輔助選線及安全選線的理念，解決了梅花至樂昌越嶺段中的高寒山區(qū)特殊氣象災(zāi)害和長大縱坡帶來的行車安全問題，以及路線穿越大瑤山和石門臺兩個省級自然保護區(qū)的環(huán)保問題，有力保障了國家南北交通大通道的暢通。本文選自：《氣象研究與應(yīng)用》是廣西氣象局和廣西氣象學(xué)會主辦的綜合性技術(shù)刊物，主要刊登氣象科學(xué)有關(guān)分支學(xué)科的新理論、新技術(shù)及其應(yīng)用的研究論文，氣象業(yè)務(wù)現(xiàn)代化建設(shè)的新進展及科研成果，各項氣象業(yè)務(wù)的技術(shù)方法和經(jīng)驗，開展防災(zāi)減災(zāi)氣象服務(wù)的技術(shù)方法和經(jīng)濟效益等。

　　關(guān)鍵詞：京港澳高速公路,長大縱坡,復(fù)雜氣象,運營安全,自然保護區(qū)

　　引 言

　　京港澳高速公路是我國南北公路運輸大通道之一，它的全線貫通，對發(fā)揮高速公路規(guī)模效益，緩解我國南北交通運輸緊張壓力，完善國家綜合運輸體系，改善地區(qū)間經(jīng)濟交流與合作，促進社會經(jīng)濟的全面發(fā)展，發(fā)揮了重要作用。

　　京港澳高速公路以其地緣優(yōu)勢和區(qū)位優(yōu)勢，成為習(xí)慣性的南北向交通大通道。近年隨著廣東省經(jīng)濟的快速發(fā)展，其粵境廣州以北段交通流量急速增長，已趨于飽和，無法滿足省際交通增長的需求，嚴重制約京港澳高速公路溝通我國南北、連通粵港澳的交通功能;同時，京港澳高速公路粵北段部分路段還存在先天性缺陷，抗擊冬季特殊氣象災(zāi)害能力較低，特別是雨、雪(冰)、霧天氣下，存在較大的交通安全問題。2008年1月，冰雪災(zāi)害造成郴州至韶關(guān)段完全癱瘓，造成了嚴重的經(jīng)濟損失和不良社會影響;此外，廣韶段也存在因韶贛高速公路的接入導(dǎo)致其交通即將飽和的問題。

　　1. 項目概況

　　廣樂高速公路是京港澳高速公路粵境廣州以北段的復(fù)線工程，北起于粵湘交界的小塘，南止于廣州新國際機場，路線全長299.969km(含連接線工程)，工程投資398.93億元，是廣東省投資規(guī)模最大、每公里投資額最高的山區(qū)高速公路之一。

　　項目位于廣東省北部的韶關(guān)、清遠粵北山區(qū)，屬南嶺山系之中的高山地貌，地形陡峭復(fù)雜，路線高程變化大;沿線分布有南嶺、大瑤山、石門臺及王子山四大自然保護區(qū)及各種江河水源保護區(qū);同時，南嶺山系呈東西向橫亙于粵湘交界，形成復(fù)雜的高寒山區(qū)氣候，對路線方案的綜合選定影響較大。

　　針對項目在路網(wǎng)中承擔的南北向大通道的交通功能，結(jié)合沿線地形、地質(zhì)、環(huán)保及高寒山區(qū)復(fù)雜氣象等情況，在路線總體技術(shù)標準的把握和路線選線的總體設(shè)計思路之中，在嚴格遵循復(fù)雜山區(qū)規(guī)劃、地質(zhì)、環(huán)保和工程選線的基礎(chǔ)上，積極引入高寒山區(qū)氣象輔助選線和安全選線的綜合選線理念，將本項目建設(shè)成為高標準、暢通的南北大通道，避免京港澳高速公路存在的通行能力和交通安全問題。

　　2. 設(shè)計速度擬定

　　設(shè)計速度是公路技術(shù)標準中最重要的一個技術(shù)參數(shù)，其采用一般要綜合考慮項目的功能地位、地形條件、交通量預(yù)測結(jié)果等諸多因素。設(shè)計速度直接決定了平面和縱面設(shè)計標準，對建設(shè)規(guī)模和工程投資起到非常重要的控制作用。

　　高速公路的設(shè)計速度分為120km/h、100km/h和80km/h，其分段一般不應(yīng)小于15km，變化應(yīng)以20km/h為一個等級。一般而言，采用較高設(shè)計速度的項目一般擁有較好的行車條件和較高的道路通行能力，但工程投資往往也相對較高;采用較低設(shè)計速度的項目在行車條件和通行能力方面略有欠缺，但較低的平縱標準能更好地適應(yīng)地形的變化，在節(jié)約工程投資方面具有一定的優(yōu)勢。按照常規(guī)的設(shè)計思路，在地形較好的平原或微丘地區(qū)，設(shè)計速度一般采用120km/h或100km/h，而在地形艱巨的山嶺重丘區(qū)，設(shè)計速度則一般采用100km/h或80km/h。

　　由于本項目路線長，既有山嶺重丘區(qū)的長大縱坡越嶺路段，也有平原微丘區(qū)的自由縱坡路段，同時橋隧工程比例高達50%以上，各種控制工程也十分復(fù)雜。考慮到本項目作為我國最繁忙的國道主干線之一，具有交通量大、貨車比例高等特點，對技術(shù)標準的選用提出采用高標準、大通道的總體設(shè)計思路，同時也從項目的功能地位、地形條件、通行能力及技術(shù)經(jīng)濟等多方面進行設(shè)計速度的綜合比選和論證。

　　按照地形的差異，設(shè)計中將全線劃分為4個路段，設(shè)計速度分別采用100km/h和120km/h進行定線設(shè)計，并統(tǒng)計工程數(shù)量和工程投資。從表1看出：采用120km/h標準的工程投資增加有限(不超過10%)，這表明在橋隧工程比例較高路段，路線平面和縱面設(shè)計標準的降低，對工程投資減少的效果并不顯著;同時，采用120km/h的設(shè)計速度，可以將設(shè)計的最大越嶺組合縱坡從(4%+2.5%)減緩為(3%+2.5%)或者(3%+2%)，這將大大改善車輛運行條件，提高車輛行駛安全和道路的通行能力;此外，采用較高的設(shè)計速度，除可節(jié)約運輸成本，帶來直接的經(jīng)濟效益外，還由于進一步縮短了時空距離，這也將帶來巨大的社會效益;另外，采用較高的設(shè)計速度，對構(gòu)建大通道的綜合運輸體系也具有重要作用。

　　因此，從項目地形條件、通行能力、工程投資和對社會效益、綜合運輸體系的影響等方面綜合考慮，推薦全線設(shè)計速度采用120km/h。

　　3. 安全選線

　　在地形陡峭的艱險山區(qū)，為適應(yīng)地形的變化及越嶺的需要，設(shè)計中對較小曲線半徑和長大縱坡使用較多。一般來講，采用較小的曲線半徑和較大的縱坡能較好的適應(yīng)地形變化，對降低工程投資有一定的優(yōu)勢。與此同時，采用較低的平縱標準也將降低公路的通行能力，降低車輛的行駛條件及行車安全性，增加道路事故率。因此，在地形困難及長大縱坡路段，研究并選用既能滿足車輛安全運行要求、又能兼顧地形條件和工程投資的常用曲線半徑及越嶺段的常用組合縱坡，對提高道路的通行能力，保障國道主干線的運輸安全和暢通顯得尤為重要。

　　3.1 平面設(shè)計

　　曲線半徑是高速公路設(shè)計的一個重要指標，較小的曲線半徑在路基工程為主的路段能更加“吻合”地形的變化，對縮短橋梁長度、降低路基填挖高度和降低工程投資作用較為明顯;而在隧道和橋梁工程較為集中的路段，較小的曲線半徑則反而會增加路線和橋隧的長度，增加橋隧工程的投資。因此，在不同工程的路段，應(yīng)有針對性選用與之相適應(yīng)的常用曲線半徑，使之既能較好的同地形條件相匹配，降低工程投資，又能滿足車輛安全行駛的需要。

　　根據(jù)前西德對曲線半徑與安全事故率的統(tǒng)計表明：從安全事故率的角度考慮，過大或過小的圓曲線半徑均不好。從表2可以發(fā)現(xiàn)：當縱坡大于4%以后，不管采用何種曲線半徑，其交通事故率都將成倍的增加;當縱坡小于4%，圓曲線半徑小于1000m時，交通事故率依然較高;當縱坡小于4%，同時圓曲線半徑大于1000m時，事故率將大幅降低;同時研究還發(fā)現(xiàn)采用更大的曲線半徑(3000m以上)對降低事故率的作用并不大。由此可以看出：對于山區(qū)高速公路，一般情況下，采用1000m～3000m圓曲線半徑在安全性和經(jīng)濟性等兩個方面都是較為可行和合理。

　　設(shè)計中，為了既能提高行車安全性，同時又能兼顧工程經(jīng)濟性，本案例中提出平面曲線半徑盡量多采用1000m～3000m范圍為主。在路基工程較為集中的路段，盡量多采用更能較好的“吻合”地形變化的1000m～2000m的安全適用半徑(如圖2);而在橋梁和隧道較為集中的路段，則教多采用能縮短路線長度和橋隧長度的2000m～4000m的安全適用半徑(如圖3)。考慮到本項目中型以上貨車比重較高的特點，根據(jù)貨車運行對曲線半徑適應(yīng)的特征，還特別強調(diào)前后路段線型的連續(xù)和均衡，注重平縱線型的合理組合;同時，曲線布設(shè)在適應(yīng)復(fù)雜地形變化的同時，多采用車輛運行條件相對較好的圓曲線半徑值，盡量將路線橫向超高控制在2%～4%以內(nèi)為宜。

　　3.2 縱面設(shè)計

　　最大縱坡也是高速公路設(shè)計中一個重要的技術(shù)指標，當項目的道路等級和設(shè)計速度一旦確定后，最大縱坡也就相應(yīng)的確定下來。采用較大的縱坡值往往能更好的適應(yīng)地形的起伏變化，對降低工程投資具有重要的作用。較多且又連續(xù)的使用長大縱坡，對大型車輛的運行安全和道路的通行能力會產(chǎn)生較大影響。在地形條件較好的自由縱坡路段，最大縱坡一般僅會出現(xiàn)在個別路段，對道路的行車安全及通行能力不會產(chǎn)生較大的影響。在山區(qū)特別是越嶺路段，常常需要連續(xù)的使用長大陡縱坡，這時最大縱坡及緩和縱坡的組合設(shè)計是否合理，對大型車輛的行駛安全影響較大，若設(shè)計不當，也可能成為高速公路交通 圖2：京港澳高速越嶺段交通現(xiàn)狀

　　事故高發(fā)和通行瓶頸路段。

　　在設(shè)計中，對京港澳高速公路梅花至大橋越嶺段的縱面設(shè)計及交通安全問題進行詳細的調(diào)查：由于該項目在越嶺時，設(shè)計克服最大高差619.6m，平均縱坡2.66%以上(詳見圖4)。同時設(shè)計中采用了較多的4%及5%等大縱坡越嶺，加之駕駛?cè)藛T素質(zhì)有待提高及對長大下坡安全行車的認識不足，常常采用“狠”踩剎車和淋水降溫制動的方式，導(dǎo)致路面夏季打滑和冬季結(jié)冰的現(xiàn)象，嚴重的威脅著行車安全，這也是導(dǎo)致本路段交通事故頻繁的一個主要原因。

　　根據(jù)國內(nèi)外的相關(guān)研究成果：在貨車比重較高的路段，當坡度大于3%時，交通事故發(fā)生率是平緩段事故率的2～3倍，且隨著坡度的繼續(xù)增大，汽車油耗也將急劇增加，環(huán)境的污染也隨之加重，因此在發(fā)達國家，從節(jié)約能耗和環(huán)境保護的角度考慮，當采用大于3%縱坡時，還需要進行環(huán)保論證。

　　在設(shè)計中，始終遵循安全和環(huán)保優(yōu)先的原則，通過另劈走廊和適當越嶺展線方式，在大瑤山“人”字型越嶺中，最大高差減少為252.87m，平均縱坡降低為1.51%(詳見圖5)，平均縱坡較京港澳高速公路梅花至大橋段大為改觀;同時在設(shè)計中，通過將越嶺最大縱坡組合調(diào)整為(3%+2.5%)和(3%+2%)的“無害”縱坡組合，大大改善了大型車輛在越嶺段運行的條件，提高大型車輛行駛的安全性。

　　4. 氣象輔助選線

　　霧區(qū)和路面結(jié)冰是穿越高寒山區(qū)路段公路經(jīng)常遇到的特殊氣象災(zāi)害，對行駛車輛產(chǎn)生的危害極大，在我國因大霧和路面結(jié)冰問題而導(dǎo)致的各種惡性交通事故比比皆是。一般來講，在高速公路上，當駕駛?cè)藛T的視線(能見度)達到1000m以上時，車輛可以自由行駛;當能見度小于500m時，就需要開始強制性的降低行駛速度;當能見度小于50m時，則需強制性的關(guān)閉高速公路。當路面一旦發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象以后，道路上行駛的車輛將變得非常難以操控，常易誘發(fā)惡性交通事故。因此，在高寒山區(qū)選線時，對山區(qū)可能遇到的常年霧區(qū)及結(jié)冰等特殊氣象災(zāi)害展開調(diào)查顯得尤為重要，將氣象輔助選線的理念納入公路選線之中，對路線走廊帶的比選及越嶺高程的擬定具有十分重要作用的參考價值，對提高行車安全及保障道路暢通也具有十分重要的現(xiàn)實意義。

　　京港澳高速公路在穿越南嶺山脈時，對高寒山區(qū)復(fù)雜氣象災(zāi)害認識不足，同時受工程投資及其他因素的制約，在梅花至大橋段還采用了長大縱坡 “明線”越嶺，由于其穿越海拔600m以上路段較長，從而導(dǎo)致路線需穿越常年霧區(qū)及冬季路面結(jié)冰路段(根據(jù)氣象調(diào)查，受南嶺山脈北側(cè)冷空氣和南側(cè)暖空氣的影響，區(qū)域內(nèi)海拔超過500m時將會出現(xiàn)常年霧區(qū)和冬季結(jié)冰現(xiàn)象，海拔超過600m時霧區(qū)和冬季結(jié)

　　冰現(xiàn)象尤為突出)。受常年霧區(qū)、冬季結(jié)冰和長大陡縱坡等因素的制約，粵北段通行明顯不暢，交通事故也較為頻繁。目前，交警部門為預(yù)防發(fā)生惡性交通事故，將該路段限制為單向單車道通過，通行能力大為降低，成為全線的瓶頸路段，無法發(fā)揮高速公路通過能力大、服務(wù)水準高、安全性好等主要優(yōu)勢。

　　通過對越嶺段復(fù)雜氣象的調(diào)查和研究，在本項目走廊帶的選取時，放棄原來的小塘～乳源～韶關(guān)走廊，而另劈小塘～樂昌～韶關(guān)走廊(如圖8所示)。新擬定的走廊最大越嶺高程僅412m，完全繞避常年霧區(qū)和冬季路面結(jié)冰路段，對提高道路通行能力、保障行車安全及確保道路通暢起到重要作用。

　　5. 環(huán)保選線

　　本項目先后采用特長隧道方案穿越了大瑤山和石門臺兩個自然保護區(qū)，在貫徹生態(tài)、環(huán)保優(yōu)先的選線理念的同時，還結(jié)合特長隧道重大控制工程選址，進行路線方案的綜合比選和論證。

　　5.1 大瑤山自然保護區(qū)路段方案比選

　　大瑤山自然保護區(qū)位于樂昌市中部，面積為7914公頃，為省級自然保護區(qū)，著名的大瑤山鐵路隧道橫貫該自然保護區(qū)的核心區(qū)。

　　根據(jù)環(huán)保部門的意見：路線穿越大瑤山自然保護區(qū)的核心區(qū)時必須采用隧道工程，而在穿越其緩沖區(qū)和實驗區(qū)時應(yīng)盡量采用無橫向阻隔的橋隧工程，并盡量減少對自然保護區(qū)的破壞。

　　通過對走廊帶內(nèi)隧址的地形、地質(zhì)條件進行充

　　分研究后，K線設(shè)置長達5980m的特長隧道(雙向 圖9：大瑤山自然保護區(qū)路段方案比較圖

　　分離式6車道)直接穿越保護區(qū)的核心區(qū)，以一般橋隧工程為主穿越緩沖區(qū)和實驗區(qū)，該方案路線全長16.75km，工程投資24.6795億元。針對特長隧道工程艱巨、建設(shè)工期長及后期運營費用高等缺點，補充采用橋隧群穿越自然保護區(qū)的核心區(qū)和緩沖區(qū)(需對保護區(qū)功能劃分進行調(diào)整)的C線，該方案路線長度17.7km，工程投資24.0432億元。

　　綜合比選：兩個方案地形和地質(zhì)基本相似，總體上K線略好; K線采用特長隧道穿越保護區(qū)的核心區(qū)，環(huán)境保護較好;C線在工程難度、建設(shè)工期、后期管理費用及前期工程投資方面相對占優(yōu);K線用地少383.5畝，減少占用土地資源;K線路線長度縮短近1km，適當降低了車輛行駛的成本，社會效益相對較好。

　　本段以環(huán)保優(yōu)先和重大控制工程選址的基礎(chǔ)上，并綜合建設(shè)條件、占用土地資源及社會效益等綜合因素，推薦K線。

　　5.2 石門臺自然保護區(qū)路段方案比選

　　石門臺自然保護區(qū)位于英德和韶關(guān)交界處，總面積82260公頃，是廣東省最大的省級森林生態(tài)系統(tǒng)自然保護區(qū)，并于2001年申報國家級自然保護區(qū)，武廣客運專線設(shè)置特長牛嶺隧道穿越保護區(qū)的核心區(qū)。

　　設(shè)計中，K線布置于武廣客運專線的右側(cè)，并設(shè)置長達7270m特長隧道(雙向分離式8車道)直接穿越保護區(qū)的核心區(qū)，以一般橋隧工程穿越其緩沖區(qū)和實驗區(qū)，該方案路線全長16.1km，工程投資32.7688.億元。針對特長隧道工程艱巨、投資高、工期長及后期運營費 圖9：石門臺自然保護區(qū)路段方案比較圖

　　用較高等缺點，補充了路線兩跨武廣客運專線、完全繞避保護區(qū)的L線，該方案路線全長19.8km，工程投資28.4486億元。

　　綜合比選：K線地質(zhì)條件較好，適合隧道工程，L線地形起伏較大，且處于斷層附近，巖溶發(fā)育，地質(zhì)條件較差;K線采用隧道工程穿越自然保護區(qū)，L線采用繞行避開自然保護區(qū)，都能滿足環(huán)境保護要求;K線在工程難度、建設(shè)工期、后期管理費用及前期工程投資方面存在劣勢;K線占地少1031畝，節(jié)余了大量寶貴的土地資源;K線路線長度縮短近3.7km，大量降低車輛行駛的成本，社會效益較好。

　　本段以環(huán)保優(yōu)先和重大控制工程選址的基礎(chǔ)上，并結(jié)合地質(zhì)選線、占用土地資源及社會效益等綜合因素，推薦K線。

　　6.結(jié)束語

　　山區(qū)選線是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，本文針對京港澳高速公路粵北段在運營過程中存在的交通安全和通行能力等方面的問題，在廣樂高速公路技術(shù)標準的選用時，提出高標準、大通道的總體設(shè)計思路;在嚴格遵循復(fù)雜山區(qū)規(guī)劃、地質(zhì)、環(huán)保和工程選線的基礎(chǔ)上，對山區(qū)高速公路項目的平面安全適用半徑及長大越嶺安全縱坡進行深入的研究，并提出利用氣象輔助選線對路線走廊帶及越嶺高程進行綜合論證的思路，突出了復(fù)雜山區(qū)安全選線的理念，解決了路線在梅花至樂昌段越嶺中的高寒山區(qū)特殊氣象災(zāi)害和長大縱坡帶來的行車安全問題，以及路線穿越大瑤山和石門臺兩個省級自然保護區(qū)的環(huán)保問題，有力保障國家南北交通大通道的暢通。同時，本文提出的國道主干線高標準、大通道的建設(shè)思路及規(guī)劃、地質(zhì)、環(huán)保、安全、氣象和工程相結(jié)合的綜合選線理念，將為其它類似山區(qū)公路項目提供有價值的參考。

　　參考文獻：

　　1、國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃(2004年);

　　2、廣東省高速公路網(wǎng)規(guī)劃(2005年);

　　3、中鐵二院《廣州至樂昌高速公路工程可行性研究報告》(2007年)。