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摘要：通过洞新高速公路设计的实践，从总体设计、路线、桥梁、隧道等方面详细论述了设计的过程，总结了设计的经验体会，并对山区高速公路设计的若干问题提出了一些思考性建议。
关键词：山区高速公路，设计
1 项目概况
“洞口至新宁高速公路”（以下简称该项目）位于湘西南邵阳市境内，北起洞口县（大水互通），经武冈市至新宁县塔子寨（湘桂界），路线总体走向由北向南走向。
洞口至新宁段基本走向为：从大水枢纽互通（起点）出发，经高沙镇东、湾头桥东、武冈东（头堂乡、安乐乡）、大甸、司马冲、万塘、新宁县城西、崀山风景区以东，最后达到终点塔子寨（湘桂界），全长92.938km。为照顾城步县及湘西南少数民族聚居区域的发展，在洞口至新宁段的基础上设置武冈至城步段。武冈至城步段基本走向为：洞口至新宁段在武冈市区北部设两塘枢纽互通与武冈至城步段相接，向西经武冈市西侧，终点到达城步县西岩镇东北侧烟家冲，全长25.133km。该项目路线全长118.071km。
该项目主线按四车道高速公路标准建设，设计荷载公路—Ⅰ级，设计速度100km/h，路基宽度26m，主线采用沥青砼路面。武冈至城步段路基宽度24.5米。连接线均采用二级公路标准建设。其他技术标准均按《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）执行。
2 建设条件
该项目区域大致地貌为北低南高。起点至新宁崀山路段为平原微丘地貌，地形较为平缓；新宁县崀山至终点路段（K82-终点）为低山丘陵地貌，地形起伏较大。主要包括：（河谷阶地地貌、丘陵岗地地貌、剥蚀构造丘陵型、剥蚀构造低山丘陵型）。
项目区域内属中亚热带季风湿润气候区，光照充足，水雨丰沛，四季分明，气候温和，夏少酷热，冬少严寒。年平均气温16.1～17.1℃。年平均降水量1218.5～1473.5毫米。
路线走廊带内洞口至武冈县城境内区域地质构造复杂，该区段内构造形态在空间上展布具有明显的二分性，大致以山门、洞口塘、红岩、石铁岭为界：西区以加里东期北北东向紧闭型线状褶皱及北北东向断裂为主体，东区以印支期过渡型弧型褶皱及弧型断裂为主体。项目区新构造运动是在前期构造的基础上继承和发展的。主要表现在地壳的区域性升降运动、断裂复活、地震活动等。资源-新宁区域大断裂，该断裂小角度相交与线位后，基本伴线位两侧穿行直至终点。总体走向20º~38º，倾向北西，倾角30º~40º，部分达50°以上。属上盘下降，下盘上升的以构造角砾岩为特征的张性正断层。
资源－新宁大断裂在第四纪以来，仍有活动迹象，普遍以抬升为主，致使夫夷水大致与断裂平行，向北东方向流淌，其两岸形成多级阶地。在近代史上，该断裂曾是弱震的震中区。根据地下水赋存条件，本工作区划分为松散堆积层孔隙潜水、基岩裂隙水、碳酸岩裂隙岩溶水三大类型。邵阳市境内溪河密布，有5公里以上的大小河流595条，分属资江、沅江、湘江与西江四大水系。资江干流两源透巡，支派纵横，自西南向东北呈“Y”字型流贯全境，流域面积遍及市辖9县3区。巫水源出城步，横贯绥宁，西入沅江，为境内西南部的主要水道。
根据路线走廊带区域地质构造特征、地貌形态、岩土体类型的组合特征等结合道路工程的特性综合划分工程地质区和亚区。综合遥感解译、沿线地质调绘和室内分析研究，区内不良工程地质类型主要有岩溶、活动性断裂、滑坡与顺层坡、矿山采空区四大类型。其中岩溶、活动性断裂、滑坡与顺层坡对本工程影响大，尤其对决定路线方案的控制性工点的影响非常严重；矿山采空区的影响和危害程度一般。
根据湖南省地震资料显示，项目区内新宁县曾发生过5次地震，武冈市2次。并且地震主要发生在资源——新宁断裂带上，2006年11月14日发生在新邵县邵东县间的4.0级地震也处在这条断裂上，说明这条断裂自古以来就是一条活动断裂。
3总体设计构想
3.1路线设计
根据路线走廊和主要控制点，以及总体设计指导思想，结合沿线地形、地貌、水文、地质等自然条件进行平纵面设计。路线设计应遵循如下原则：
1）该项目是纵向穿过邵阳地区的南北大通道，在路线布设上满足高速公路的功能，路线走向尽量便捷。
2）沿线经过洞口、新宁等县市，区域内经济发达，资源丰富。路线要与沿线城镇及路网规划、既有县乡道路、资源中心、经济重点等有机衔接起来，有利于资源开发，促进经济发展。
3）重视工程地质及环境选线，合理掌握路线平、纵技术指标。
4）布线时要处理好与相交道路的交叉关系，坚持方便地方的原则，合理布设桥梁构造物。在由构造物来控制进行调整纵坡时，按造价高低进行控制先通道后天桥。
5）沿线村落密集，布线时应注意绕避大的村镇、大型建筑物、重点文物等，减少拆迁数量。
6）路线所经地形以低山丘陵地貌为主，地形整体起伏相对较小，但路线局部填挖高度大，布线时应结合具体地形，灵活掌握指标，避免高填深挖。尽量减少土石方数量，考虑调整纵坡，降低填挖高度，使填挖尽量均衡。
7）严格执行耕地保护制度，减少公路用地，尽量少占良田。在不设桥梁构造物时尽量压低纵坡，少占水田；若设置构造物时则尽量抬高纵坡，加大墩高，减少挖方。
8）沿线所经主要河流有蓼水、赧水、夫夷水及其支流，河流流向、水位等因素對路线的走向和标高起着控制作用。
3.2路基路面设计
路基工程设计坚持“不破坏就是最大的保护”原则，遵循因地制宜、就地取材、以防为主、防治结合、安全经济、造型美观、顺应自然、与环境景观相协调的原则，采取有效的防治措施，防治路基病害和保证路基的稳定。
根据沿线工程地质、水文地质条件，结合路基特点，对路基及排水防护进行综合设计。对于填方高度大于20m的路堤与桥梁方案进行比较，挖方路堑中心高度大于30m的路基与隧道方案进行比较。路基采用四车道高速公路标准，设计速度采用100km/h，路基宽度采用26.0m，全线采用整体式路基。断面组成为：0.75m土路肩+3m硬路肩+2×3.75m行车道+0.75m路缘带+2m中央分隔带+0.75m路缘带+2×3.75m行车道+3m硬路肩+0.75m土路肩。超高的横坡根据设计速度、圆曲线半径、路面类型、自然条件和车辆组成等情况确定，并按运行速度进行了验算。
特殊路基设计坚持动态设计原则，务求做到“一次根治，不留后患”，以稳定为本，加固为主，排水、防护并重，并尽量考虑绿化环保、恢复自然景观等多种因素综合处理，确保施工中的临时稳定和通车后的长期稳定。树立全寿命周期成本理念，统筹考虑前期建设成本和后期养护费用的关系，进行多方案比选。沿线特殊路基主要表现为鱼（水）塘路基、红砂土、高填深挖路基。
路面结构形式:该项目设计中统筹考虑规划、建设、养护、运营的全过程，系统解决工程结构的耐久性、抗疲劳性，养护维护的可行性，实现公路使用寿命更长的全寿命周期成本的设计理念。主线沥青混凝土路面设计年限以15年计，设计年限内一个车道上的累积当量轴次为2.8×107次，设计弯沉值为0.189mm。设计采用沥青混凝土路面结构。
细粒式沥青混合料（AC-13）4cm
中粒式沥青混凝土中面层（AC-20C） 6cm
密级配沥青砼下面层（AC-25C）8cm
下封层：SBS改性沥青封层 1cm
5%水泥稳定碎石基层36cm
4%水泥稳定碎石底基层20cm
路面总厚度：75cm
3.3桥梁涵洞设计
全线主线桥梁全长总计26156m/68座，平均每公里桥长223m。该项目桥涵构造物设置时紧密结合桥涵构造物所处的地形、地质、水文等条件，桥涵构造物按下述原则设置。
1）桥位在服从路线走向的前提下，需考虑桥梁跨越处河道、沟渠的排洪、引水的要求。同时考虑路线两侧的通行需要，尽量做到一桥多用。桥位选择与河道整治、水利规划、防洪、泄洪、环保、通舫等密切配合。
2）对于有泄洪功能的河流，分别征求地方水利部门的意见，明确近、远期河道整治规划、河流疏竣规划。同时参照水文分析成果资料，桥梁布孔必须满足泄洪和抢险要求。
3）兼跨农田排灌沟渠及通道的桥梁，根据现场调查所搜集到的资料并征求该级政府部门意见，孔跨布设时注意满足农田排灌需要，满足不同通道净空需要。在此前提下，对少量沟渠及通道适当改移、归并，必要时增加线外工程，以降低主线工程造价。
4）交叉构造物严格按建筑净空要求布置，施工期间桥下有通行要求时，结构宜采用预制件，以降低施工期对正常交通运营的影响，且为维持老路交通应进行保通设计。 当需改移国道、省道及交道量相对较大的其它道路时，亦需为维持老路交通应进行保通设计。
5）以下情况时一般采用高架桥通过：为节约耕地或少占用地、，当填土较高时采用高架桥通过；当路基放坡侵占游构造物或主河道而设置路基挡墙不合理时，选择采用高架桥跨越。
3.4 隧道设计
在定线、外业阶段规避隧道病害，在隧道施工阶段就避免了处治的困难。通过调整平纵面线型，选择更合理的隧道型式，使隧道两头接线更顺直，绕避不良地质段、长浅埋段、冲沟冲刷段、严重偏压段。新宁山区地形复杂，该项目隧道设计，采用灵活选型的原则，根据不同的要求，采用不同的隧道类型，共计3种：分离式隧道、小净距隧道、连拱隧道。新宁有丰富的自然资源和人文资源。在洞门设计中，力求与环境相协调，与自然景观成比例，充分考虑美学效果，结构外观与当地建筑风格相一致。山区山清水秀，水资源的保护是尤为重要的。隧道排水设计按照清浊分流的原则，路面下设中央排水管，用于排除围岩集水；边水沟用于排除营运清洗污水、消防污水和其它废水，以便污水在洞外处理后再予以排放。
3.5环保与景观设计
该项目沿线生态资源及生态景点得天獨厚，行使在洞新高速公路，即可“纵情郴州山水名胜，饱览湘南民俗风情”。沿途分布有以瑶族为主的少数民族聚居山区，自然风景奇特秀美，人文景观具有浓厚的少数民族特色；林业、矿产、水利资源相当丰富；野生动植物物种类繁多，森林覆盖率73.69%，树木葱茏。因此，线路的环境保护与景观设计对维持线路区域生态平衡相当重要。
坚持公路与自然和谐，树立尊重自然、切实保护环境；坚持自然景观的恢复、开发、利用为主导，人工修复和营造作为补充；坚持以生态防护为主，工程防护为辅。真正作到“不破坏”或“少影响”。
生态环境保护：选线充分考虑公路线形、公路结构、环境保护和景观开发等因素，合理选点布线，尽量减少破坏和不破坏；尽量避开不稳定地带，尽可能作到填切平衡，合理安排，减少取、弃土量，加强生态防护、排水和植被返绿工程。
在边坡、公路用地范围内结合周边实际情况合理配置植物，作到“露、透、封、诱”将自然景观随公路的延伸充分展现在司乘人员的眼前；对取、弃土区应及时进行植草返绿、有条件应根据周边环境进行人工造林加以恢复。
自然景观开发：在线路上有热水温泉、漂流、国际狩猎场等，它们离公路或近或远；通过设置观景平台或停车场等，让人行车时一路领略“人在画中游”的快意感觉。
大气环境保护：做好施工及营运阶段的空气污染控制，路侧种植植物，建造绿化林带，改善空气质量；植物的选择宜选用具有吸附力强、粘着力强的树种，加强对有害气体和微粒的吸附和吸收作用，降低污染程度。
水环境保护：路线设计以不破坏原有排水系统，且对部分流水不畅的河道加以改善，不破坏和阻隔地下水循环系统。
4结束语
在洞新高速公路设计中根据该项目自然环境和特点，用新的理念、角度、观念不断的研究和探讨最佳的设计方法，使公路这一系列工程与自然环境达到完美的结合，以期达到山区高速公路设计示范工程的效果，为以后类似的山区高速设计提供经验和技术支撑。
关键词：山区高速公路，设计
1 项目概况
“洞口至新宁高速公路”（以下简称该项目）位于湘西南邵阳市境内，北起洞口县（大水互通），经武冈市至新宁县塔子寨（湘桂界），路线总体走向由北向南走向。
洞口至新宁段基本走向为：从大水枢纽互通（起点）出发，经高沙镇东、湾头桥东、武冈东（头堂乡、安乐乡）、大甸、司马冲、万塘、新宁县城西、崀山风景区以东，最后达到终点塔子寨（湘桂界），全长92.938km。为照顾城步县及湘西南少数民族聚居区域的发展，在洞口至新宁段的基础上设置武冈至城步段。武冈至城步段基本走向为：洞口至新宁段在武冈市区北部设两塘枢纽互通与武冈至城步段相接，向西经武冈市西侧，终点到达城步县西岩镇东北侧烟家冲，全长25.133km。该项目路线全长118.071km。
该项目主线按四车道高速公路标准建设，设计荷载公路—Ⅰ级，设计速度100km/h，路基宽度26m，主线采用沥青砼路面。武冈至城步段路基宽度24.5米。连接线均采用二级公路标准建设。其他技术标准均按《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）执行。
2 建设条件
该项目区域大致地貌为北低南高。起点至新宁崀山路段为平原微丘地貌，地形较为平缓；新宁县崀山至终点路段（K82-终点）为低山丘陵地貌，地形起伏较大。主要包括：（河谷阶地地貌、丘陵岗地地貌、剥蚀构造丘陵型、剥蚀构造低山丘陵型）。
项目区域内属中亚热带季风湿润气候区，光照充足，水雨丰沛，四季分明，气候温和，夏少酷热，冬少严寒。年平均气温16.1～17.1℃。年平均降水量1218.5～1473.5毫米。
路线走廊带内洞口至武冈县城境内区域地质构造复杂，该区段内构造形态在空间上展布具有明显的二分性，大致以山门、洞口塘、红岩、石铁岭为界：西区以加里东期北北东向紧闭型线状褶皱及北北东向断裂为主体，东区以印支期过渡型弧型褶皱及弧型断裂为主体。项目区新构造运动是在前期构造的基础上继承和发展的。主要表现在地壳的区域性升降运动、断裂复活、地震活动等。资源-新宁区域大断裂，该断裂小角度相交与线位后，基本伴线位两侧穿行直至终点。总体走向20º~38º，倾向北西，倾角30º~40º，部分达50°以上。属上盘下降，下盘上升的以构造角砾岩为特征的张性正断层。
资源－新宁大断裂在第四纪以来，仍有活动迹象，普遍以抬升为主，致使夫夷水大致与断裂平行，向北东方向流淌，其两岸形成多级阶地。在近代史上，该断裂曾是弱震的震中区。根据地下水赋存条件，本工作区划分为松散堆积层孔隙潜水、基岩裂隙水、碳酸岩裂隙岩溶水三大类型。邵阳市境内溪河密布，有5公里以上的大小河流595条，分属资江、沅江、湘江与西江四大水系。资江干流两源透巡，支派纵横，自西南向东北呈“Y”字型流贯全境，流域面积遍及市辖9县3区。巫水源出城步，横贯绥宁，西入沅江，为境内西南部的主要水道。
根据路线走廊带区域地质构造特征、地貌形态、岩土体类型的组合特征等结合道路工程的特性综合划分工程地质区和亚区。综合遥感解译、沿线地质调绘和室内分析研究，区内不良工程地质类型主要有岩溶、活动性断裂、滑坡与顺层坡、矿山采空区四大类型。其中岩溶、活动性断裂、滑坡与顺层坡对本工程影响大，尤其对决定路线方案的控制性工点的影响非常严重；矿山采空区的影响和危害程度一般。
根据湖南省地震资料显示，项目区内新宁县曾发生过5次地震，武冈市2次。并且地震主要发生在资源——新宁断裂带上，2006年11月14日发生在新邵县邵东县间的4.0级地震也处在这条断裂上，说明这条断裂自古以来就是一条活动断裂。
3总体设计构想
3.1路线设计
根据路线走廊和主要控制点，以及总体设计指导思想，结合沿线地形、地貌、水文、地质等自然条件进行平纵面设计。路线设计应遵循如下原则：
1）该项目是纵向穿过邵阳地区的南北大通道，在路线布设上满足高速公路的功能，路线走向尽量便捷。
2）沿线经过洞口、新宁等县市，区域内经济发达，资源丰富。路线要与沿线城镇及路网规划、既有县乡道路、资源中心、经济重点等有机衔接起来，有利于资源开发，促进经济发展。
3）重视工程地质及环境选线，合理掌握路线平、纵技术指标。
4）布线时要处理好与相交道路的交叉关系，坚持方便地方的原则，合理布设桥梁构造物。在由构造物来控制进行调整纵坡时，按造价高低进行控制先通道后天桥。
5）沿线村落密集，布线时应注意绕避大的村镇、大型建筑物、重点文物等，减少拆迁数量。
6）路线所经地形以低山丘陵地貌为主，地形整体起伏相对较小，但路线局部填挖高度大，布线时应结合具体地形，灵活掌握指标，避免高填深挖。尽量减少土石方数量，考虑调整纵坡，降低填挖高度，使填挖尽量均衡。
7）严格执行耕地保护制度，减少公路用地，尽量少占良田。在不设桥梁构造物时尽量压低纵坡，少占水田；若设置构造物时则尽量抬高纵坡，加大墩高，减少挖方。
8）沿线所经主要河流有蓼水、赧水、夫夷水及其支流，河流流向、水位等因素對路线的走向和标高起着控制作用。
3.2路基路面设计
路基工程设计坚持“不破坏就是最大的保护”原则，遵循因地制宜、就地取材、以防为主、防治结合、安全经济、造型美观、顺应自然、与环境景观相协调的原则，采取有效的防治措施，防治路基病害和保证路基的稳定。
根据沿线工程地质、水文地质条件，结合路基特点，对路基及排水防护进行综合设计。对于填方高度大于20m的路堤与桥梁方案进行比较，挖方路堑中心高度大于30m的路基与隧道方案进行比较。路基采用四车道高速公路标准，设计速度采用100km/h，路基宽度采用26.0m，全线采用整体式路基。断面组成为：0.75m土路肩+3m硬路肩+2×3.75m行车道+0.75m路缘带+2m中央分隔带+0.75m路缘带+2×3.75m行车道+3m硬路肩+0.75m土路肩。超高的横坡根据设计速度、圆曲线半径、路面类型、自然条件和车辆组成等情况确定，并按运行速度进行了验算。
特殊路基设计坚持动态设计原则，务求做到“一次根治，不留后患”，以稳定为本，加固为主，排水、防护并重，并尽量考虑绿化环保、恢复自然景观等多种因素综合处理，确保施工中的临时稳定和通车后的长期稳定。树立全寿命周期成本理念，统筹考虑前期建设成本和后期养护费用的关系，进行多方案比选。沿线特殊路基主要表现为鱼（水）塘路基、红砂土、高填深挖路基。
路面结构形式:该项目设计中统筹考虑规划、建设、养护、运营的全过程，系统解决工程结构的耐久性、抗疲劳性，养护维护的可行性，实现公路使用寿命更长的全寿命周期成本的设计理念。主线沥青混凝土路面设计年限以15年计，设计年限内一个车道上的累积当量轴次为2.8×107次，设计弯沉值为0.189mm。设计采用沥青混凝土路面结构。
细粒式沥青混合料（AC-13）4cm
中粒式沥青混凝土中面层（AC-20C） 6cm
密级配沥青砼下面层（AC-25C）8cm
下封层：SBS改性沥青封层 1cm
5%水泥稳定碎石基层36cm
4%水泥稳定碎石底基层20cm
路面总厚度：75cm
3.3桥梁涵洞设计
全线主线桥梁全长总计26156m/68座，平均每公里桥长223m。该项目桥涵构造物设置时紧密结合桥涵构造物所处的地形、地质、水文等条件，桥涵构造物按下述原则设置。
1）桥位在服从路线走向的前提下，需考虑桥梁跨越处河道、沟渠的排洪、引水的要求。同时考虑路线两侧的通行需要，尽量做到一桥多用。桥位选择与河道整治、水利规划、防洪、泄洪、环保、通舫等密切配合。
2）对于有泄洪功能的河流，分别征求地方水利部门的意见，明确近、远期河道整治规划、河流疏竣规划。同时参照水文分析成果资料，桥梁布孔必须满足泄洪和抢险要求。
3）兼跨农田排灌沟渠及通道的桥梁，根据现场调查所搜集到的资料并征求该级政府部门意见，孔跨布设时注意满足农田排灌需要，满足不同通道净空需要。在此前提下，对少量沟渠及通道适当改移、归并，必要时增加线外工程，以降低主线工程造价。
4）交叉构造物严格按建筑净空要求布置，施工期间桥下有通行要求时，结构宜采用预制件，以降低施工期对正常交通运营的影响，且为维持老路交通应进行保通设计。 当需改移国道、省道及交道量相对较大的其它道路时，亦需为维持老路交通应进行保通设计。
5）以下情况时一般采用高架桥通过：为节约耕地或少占用地、，当填土较高时采用高架桥通过；当路基放坡侵占游构造物或主河道而设置路基挡墙不合理时，选择采用高架桥跨越。
3.4 隧道设计
在定线、外业阶段规避隧道病害，在隧道施工阶段就避免了处治的困难。通过调整平纵面线型，选择更合理的隧道型式，使隧道两头接线更顺直，绕避不良地质段、长浅埋段、冲沟冲刷段、严重偏压段。新宁山区地形复杂，该项目隧道设计，采用灵活选型的原则，根据不同的要求，采用不同的隧道类型，共计3种：分离式隧道、小净距隧道、连拱隧道。新宁有丰富的自然资源和人文资源。在洞门设计中，力求与环境相协调，与自然景观成比例，充分考虑美学效果，结构外观与当地建筑风格相一致。山区山清水秀，水资源的保护是尤为重要的。隧道排水设计按照清浊分流的原则，路面下设中央排水管，用于排除围岩集水；边水沟用于排除营运清洗污水、消防污水和其它废水，以便污水在洞外处理后再予以排放。
3.5环保与景观设计
该项目沿线生态资源及生态景点得天獨厚，行使在洞新高速公路，即可“纵情郴州山水名胜，饱览湘南民俗风情”。沿途分布有以瑶族为主的少数民族聚居山区，自然风景奇特秀美，人文景观具有浓厚的少数民族特色；林业、矿产、水利资源相当丰富；野生动植物物种类繁多，森林覆盖率73.69%，树木葱茏。因此，线路的环境保护与景观设计对维持线路区域生态平衡相当重要。
坚持公路与自然和谐，树立尊重自然、切实保护环境；坚持自然景观的恢复、开发、利用为主导，人工修复和营造作为补充；坚持以生态防护为主，工程防护为辅。真正作到“不破坏”或“少影响”。
生态环境保护：选线充分考虑公路线形、公路结构、环境保护和景观开发等因素，合理选点布线，尽量减少破坏和不破坏；尽量避开不稳定地带，尽可能作到填切平衡，合理安排，减少取、弃土量，加强生态防护、排水和植被返绿工程。
在边坡、公路用地范围内结合周边实际情况合理配置植物，作到“露、透、封、诱”将自然景观随公路的延伸充分展现在司乘人员的眼前；对取、弃土区应及时进行植草返绿、有条件应根据周边环境进行人工造林加以恢复。
自然景观开发：在线路上有热水温泉、漂流、国际狩猎场等，它们离公路或近或远；通过设置观景平台或停车场等，让人行车时一路领略“人在画中游”的快意感觉。
大气环境保护：做好施工及营运阶段的空气污染控制，路侧种植植物，建造绿化林带，改善空气质量；植物的选择宜选用具有吸附力强、粘着力强的树种，加强对有害气体和微粒的吸附和吸收作用，降低污染程度。
水环境保护：路线设计以不破坏原有排水系统，且对部分流水不畅的河道加以改善，不破坏和阻隔地下水循环系统。
4结束语
在洞新高速公路设计中根据该项目自然环境和特点，用新的理念、角度、观念不断的研究和探讨最佳的设计方法，使公路这一系列工程与自然环境达到完美的结合，以期达到山区高速公路设计示范工程的效果，为以后类似的山区高速设计提供经验和技术支撑。