1.越岭线特点
越岭线是指公路走向与河谷及分水岭方向横交时所布设的路线。越岭线沿分水岭一侧山坡爬上山脊,在适当地点穿过垭口,再沿另一侧山坡下降。它的特点是路线需要克服很大的高差,地形、地质条件复杂,工程艰巨、集中,路线的长度和平面位置主要取决于路线纵坡的安排。因此,在越岭线的选线中,须以路线纵断面为主导。
越岭线布设时主要应解决的问题有:垭口选择、过岭高程的确定和垭口两侧路线的展线。这三者是相互联系,相互影响的,布局时应结合水文及地质情况,处理好三者的关系。对于山岭海拔较高、气候恶劣、雾雪严重的越岭路线选线,应结合公路的使用任务及功能区别对待,要求常年保持畅通的主要干线公路,应与在雪线以下或气候较好的地区,以隧道方案通过进行比较。高速、一级公路因纵坡控制较严,路线要求短捷,越岭路线必须根据地形、地质情况,以越岭隧道与越岭展线进行详细的技术、经济比较。
2.垭口选择
垭口是分水岭山脊上的凹形地带,又称鞍部,高差相对较低,是越岭线方案的重要控制点,应在基本符合路线走向的较大范围内选择,要全面考虑垭口的位置、高程、地形、地质条件和展线条件等。
(1)垭口位置选择 垭口位置在基本符合路线走向的前提下,与两侧山坡展线方案结合在一起考虑。首先考虑高程较低的垭口,而且展线降坡后能与山下控制点直接地衔接,不需无效延长路线。其次再考虑稍微偏离路线方向,但接线较顺,里程增加不多的其他垭口。
(2)垭口标高选择 垭口海拔高低及其与山下控制点的高差,对路线长短、工程量大小和运营条件有直接的影响,一般应选择高程较低的垭口。在高寒地区,特别是积雪、结冰地区,海拔高的路线,由于冰冻和积雪,有时会威胁到常年通车的能力,同时也对行车很不利。因此,有时为了走低垭口,即使方向有些偏离,距离有些绕远,也是比较好的路线。但如积雪、结冰不是太严重,对于基本符合路线走向、展线条件较好、接线方向较顺、地质条件较好的垭口,即使稍高,也不应轻易放弃。
(3)垭口展线条件选择 山坡线是越岭线的主要组成部分,而山坡坡面的曲折程度、陡缓、地质好坏等情况直接关系到线形标准和工程量。因此,哑口的选择必须综合考虑两侧山坡展线条件。如有地质条件较好、地形平缓、利于展线降坡的山坡,即使垭口位置略偏或较高,也应比较,不要轻易放弃。
(4)垭口的地质条件选择 垭口一般地质构造薄弱,常有不良地质存在,为防止出现滑坡和崩坍的病害,应深入调査研究其地层构造(见图8-16),摸清其性质和对公路的影响。对软弱层型、构造型和松软层型的垭口,只要注意到岩层产状及水的影响,路线通过一般问题不大。对断层破碎带型及断层陷落型垭口,一般应尽量避开;必须通过时,应查清破碎带的大小及程度,选择有利部位通过,并采取可靠工程措施(如设置挡土墙、明洞)以保证路基稳定。对地质条件恶劣的垭口,局部移动路线或采取工程措施也不解决问题时,应予放弃。
图8-16 垭口的地层构造
a)软弱层型 b)构造型 c)断层破碎带型 d)松软层型 e)断层陷落型
3.过岭高程的确定
过岭高程是越岭线布局的重要控制因素。路线过岭,不外采用路堑或隧道通过。过岭高程直接影响到路线长短、线形标准和工程量大小,也关系到两侧的展线布局。因此过岭高程应结合路线等级、越岭地段的地形、地质以及两侧展线方案、过岭方式等因素经过技术经济比较来选定,这些因素是互相影响的,必须全面分析研究各种可能的比较方案,作出合理的选择。过岭方式主要有浅挖低填、深挖垭口、隧道穿越三种。
(1)浅挖低填 遇到过岭地段山坡平缓、垭口宽而厚(有的达到1~2km,有时还有沼泽出现)的地形,展线容易,只宜采用浅挖低填的方式过岭,过岭高程基本上就是垭口高程。
(2)深挖垭口 当垭口比较瘦薄时,常用深挖的方式过岭。深挖垭口,虽然土石方工程较集中,但由于降低了过岭高程,相应缩短了展线长度,总工程量并不一定增加。即使有所增加,也可从改善行车条件得到补偿。至于深挖程度,应视地形、地质、气象条件以及展线对垭口高程的要求等因素而定,一般挖深在20m以内,地质情况良好时,还可深些。垭口越瘦,越宜深挖。但要注意垭口以及周围的地质和水文条件的影响,保证其路基和边坡的稳定性,否则可采取隧道穿越。
过岭高程是越岭线布局的重要控制因素,不同的过岭高程就有不同的展线方案。如图8-17所示,路线通过垭口,由于选用不同的挖深出现了三个可能方案。甲方案挖深9m,需要设两个回头曲线;乙方案挖深13m,需一个回头曲线;丙方案挖深20m,即可顺山势布线,不需回头曲线。丙方案线形好,路线最短,有利于行车和节约运营费用。
图8-17 垭口采用不同挖深的展线布局方案
(3)隧道穿越 当垭口挖深在30m以上时,应与隧道方案进行比较。特别是垭口瘦薄时,采用不长的隧道能大大降低路线爬升高度,缩短里程,提高路线线形指标,在经济上非常合算。另外,为了避让严重不良地质,以及减轻或消除高山严重积雪、结冰对公路的不良影响时,也应考虑采用隧道方案。采用隧道通过的方案,也应结合施工条件及施工期限。
一般情况,隧道高程越低,路线越短,技术指标也越易提高,对运营也越有利。隧道高程的选定通常根据越岭地段的地质条件,并以临界高程作为研究的基础。临界高程就是隧道造价和路线造价总和最小的过岭高程。设计高程如高于临界高程,则路线展长费用将多于隧道缩短的费用,设计高程如低于临界高程,则隧道加长费用将多于路线缩短费用。但设计高程降低,可节约运营费用,这对交通量大的路线意义重大,也应作为比选的因素。
隧道高程的选定不能单纯着眼于经济一方面,还应考虑以下因素:
1)地质和水文地质条件是选择隧道高程有决定意义的因素,要尽可能把隧道放在较好的地层中。
2)隧道高程应设在常年冰冻线和常年积雪线以下,以保证施工和行车安全。
3)隧道长度要考虑施工期限和施工技术条件等。
4)在不过多增加工程造价的情况下,要适当考虑远景的发展,尽可能把隧道高程降低一些。
4.垭口两侧路线的展线
(1)展线布局 展线就是采用延展路线长度的方法,逐渐升降坡克服高差的布线方式,盘山公路就是一种展线形式。越岭线的高程主要是通过垭口两侧山坡上的展线来克服的。虽然山坡地形千差万别,线形多种多样,但路线的布局首先要以纵坡为指引,即平、纵、横三个面的结合要以纵断面为主导。越岭线利用有利地形、地质,避让不良地形、地质,是通过合理调整坡度和设置必要的回头曲线来实现的,而回头曲线的布置也要根据纵坡来选定。只有符合纵坡标准的路线方案才能成立。因此,展线布局必须从纵坡的安排开始,其工作步骤如下:
1)先拟定路线大致走法。在调査或踏勘阶段确定的主要控制点间,进行广泛勘察,调査周围地形及地质情况,以带角手水准粗略勘定坡度作为指引,注意利用有利地形、地质,拟定路线可能的大致走法。
2)试坡布线。试坡的目的是进一步落实初步拟定的路线走法的可能性,发现和加密中间控制点,发现局部比较方案,拟定路线布局。试坡由已定的控制点开始。越岭线通常先固定垭口,由上而下,视野开阔,便于争取有利地形。因此,一般多由垭口向下试坡。试坡选用的平均坡度,应根据“标准”的规定(展线的平均坡度一般取5%~5.5%),地形曲折,小半径曲线多的地段,可略低于规定值。在试坡过程中,遇到必须避让的地物、工程艰巨及地质不良地段,以及拟用作回头的地点,选择适宜的可通过的地点作为暂时中间控制点。如果它和试坡线接近,并与前面一个暂定控制点之间的坡度不致超过最大坡度,就及时记录下这个点的大致里程、高程及可活动的范围,否则应返回重新试坡,或修改前面的暂定控制点,认为合适后再向前试坡。如果经过修改后的纵断面或路线行经地带不够理想,则只好另寻比较线。当一系列中间控制点暂定下来后,路线布局大体就有个轮廓了。在主要控制点间,可能有几个方案,要经过比选,剩下一两个较好的方案,接着进行下一步工作。
3)决定最终布局方案。控制点有固定和活动之分:一种是位置和高程都不能改变,如工程特别艰巨地点的路线和某些受限制很严的回头地点,必须利用的桥梁,必须通过的街道等;另一种是位置固定、高程可以活动,如垭口、重要桥位等;第三种是位置、高程都有活动余地的,如侧沟展线的跨沟地点、宽阔平缓山坡的回头地点等。第一种情况较少,第二、三种情况居多。也就是说控制点大多是有活动余地的,但活动范围有大有小。对活动范围小的控制点,可视为固定控制点,把位置、高程确定下来,然后再去研究固定控制点之间的、活动范围较大的那些控制点,以便通过适当调整,达到既不增大工程而又能使线形更加合理的目的。活动控制点的调整落实,有下面两种情况和做法:①活动性较大的回头地点,可从前后两个固定控制点以适当的坡度分头放坡交会得出;②两固定控制点间的非回头的活控制点,应在其可活动的范围内调整,以使固定控制点间的坡度尽量均匀些。
(2)展线方式 越岭线的展线方式主要有自然展线、回头展线、螺旋展线三种。
1)自然展线。自然展线是以适当的坡度,顺着自然地形,绕山嘴、沿侧沟来延展距离,克服高差。自然展线适合地形条件比较好的地段,自然展线的优点是走向符合路线基本方向,路线坡度与地形坡度大致一致,路线最短。与回头展线相比,自然展线的线形简单,技术指标一般也较高,特别是路线不重叠,对行车、施工、养护均有利。如路线所经地带地质稳定,无割裂地形阻碍,布线应尽可能采用这种方案。其缺点是难以避让艰巨工程或不良地质地段,不得不调整坡度。如遇到高崖、深谷或大面积地质病害很难避开,而不得不采取其他展线方式。(www.daowen.com)
2)回头展线。当相邻控制点间的高差大,靠自然展线无法取得需要的距离以克服高差,或因地形、地质条件限制,不宜采用自然展线时,可利用有利地形设置回头曲线进行展线。回头展线的缺点是在同一坡面上,上下线重叠,尤其是靠近回头曲线前后的上下线相距很近,对于行车、施工、养护都不利。回头展线的优点是短距离能克服较大高差,便于利用有利地形,避让不良地形、地质和难点工程。
回头曲线又名“之子线”或“发针形曲线”,它适合在同一个坡面上作方向相反的180°左右的转角急剧改变方向,并具有一定纵坡度的小半径平曲线(见图8-18)。地点对于回头曲线工程大小和使用质量关系很大,回头曲线的形状取决于回头地点的地形,一般利用以下三种地形设置:
①半径较大、横坡较缓、相邻有较低鞍部的山包(见图8-19a)。穿垭口、绕山包展长路线,有利于吻合地形,缺点是视距差。
②地质、水文地质良好的平缓山坡(见图8-19b)。优点是视距好,可充分利用向阳缓坡地形。
③地形开阔,横坡较缓的山沟或山坳(见图8-19c和图8-19d)。优点是工程量较省,视野开阔;缺点是由于汇水,排水和涵洞工程,路基水稳定性防护要求提高。
④平坦的山脊(图8-19e)。山脊上的平坦地形或平缓坡地,也是适合布设回头曲线的良好地点。
图8-18 回头曲线实例
图8-19 适合布设回头曲线的地形
a)利用山包回头 b)利用平缓山坡回头 c)利用山沟回头 d)利用山坳回头 e)利用山脊回头
为了尽可能消除或减轻回头展线对于行车、施工、养护的不利影响,要尽量把回头曲线间的距离拉长,以分散回头曲线,减少回头个数。回头展线对不良地形、地质的避让有较大的自由度。但不要遇见难点的工程,不分困难大小和能否克服就轻易回头,致使路线在小范围内重叠盘绕。对障碍要进行具体分析,当突破一点儿有利于全局时,就要做些工程突破它。
3)螺旋展线。当路线受到地形和地址等限制,需要在有限地段内急剧地提高或降低某一高度才能充分利用前后有利地形时,可考虑采用螺旋展线。螺旋展线一般多在山脊利用山包盘旋,以旱桥或隧道跨线(见图8-20);也有的在峡谷内,路线就地迂回,利用建桥跨沟跨线,如图8-21实线所示。
图8-20 螺旋展线实例
图8-21 山谷螺旋线
螺旋展线目前在公路选线上还未被用为重要的展线方式,而仅视为回头展线的一种变化,在某种地形条件下用以代替一组回头线。与回头曲线比较,螺旋展线具有线形较好,避免路线重叠的优点。
(3)展线示例 越岭线展线布局的基本形式是利用山谷与山脊展线。
1)利用主沟和支沟的山谷展线。当路线受到地形限制,只能沿纵坡较陡的主沟布设时,可利用主沟两岸山坡上的山嘴与山坳台地及较缓的坡地设置回头曲线。当主沟两侧有较开阔的支沟,路线可伸入支沟是增长距离,提高线位的有效途径。图8-22是反复跨主沟的山谷展线,图中③、⑤、⑦处是试坡定下来的较合适的回头地点,可视为固定控制点;②、④、⑥是由①、③、⑤、⑦分别交出来的跨沟地点。
图8-23是利用侧沟的山谷展线,图中③、⑤、⑦为山嘴,受限制较严,可视为固定控制点;②、⑥及侧坡上④点有较大活动范围,布线时可分别由两端放坡交会而定。
2)利用山脊展线。当河谷狭窄,岸壁陡峭,难以展线时,可利用支脉山脊展线。图8-24是利用支脉山脊展线。经试坡分析,①受标高控制较严,③、⑤点下方横坡陡峻,路线不宜再低,视为固定控制点,②、④能稍许活动,布线时分别由①、③、⑤交会出来。采用这种方式布线,要求选择宽肥的山脊或山嘴,否则路线重叠次数很多。有条件时,应选择适当地点突破右侧山沟,将路线引向其他坡面去布设。
图8-22 反复跨主沟的山谷展线
图8-23 利用支沟的山谷展线
图8-24 利用支脉山脊展线
3)利用山坡展线。利用一面山坡往返盘绕,往往叠线过多,一般应尽量避免。但在受地形限制,无其他方案时,选择横坡平缓、地质条件好、布线范围较大的山坡设线。布线时注意尽可能突破难点,扩大布线范围和避免上、下两个回头曲线并头。图8-25是一个路线布局不好的例子,路线未充分利用地形尽量拉长回头曲线间的距离,致使叠线多达5~6次,并多次出现上、下线并头的现象。
一条较长的越岭线,由于地形的变化,常常是各种展线方式的综合运用,布线时要抓住地形特点因地制宜选用展线方式,充分发挥其优点,把路线布局工作做好。
图8-25 山坡展线
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