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摘 要:山区高速在隧道口及现状互通附近的枢纽互通式立交方案具有转向匝道迂回复杂、规模大,造价高等特点。本文通过实例互通式立交進行各种方案的研究,分析其路线通道、走廊带、纵断面以及匝道布设等的可行方案,为复杂条件下隧道口及现状互通附近的立交方案设计开阔一条思路,以供高等级公路勘察设计与施工参考。
关键词:山区高速;枢纽立交设计;路线方案比选
1 概述
1.1 项目背景
武深高速公路始兴联络线是广东省高速公路规划项目,其北部顺接韶赣高速,往南接武深高速,是粤赣两地之间的一条便捷的运输通道,也是江西等内陆省份通往珠三角核心区域的高速通道。其建设将促进广东省与江西省乃至中部内陆省份高等级运输通道的形成和粤北山区高速公路的连通,拉近江西与珠三角之间的距离,对进一步推动泛珠三角区域
合作有着重要的意义,促进区域协调发展具有重要的战略意义。
2 立交段路线方案
深渡水枢纽互通立交位于广东省韶关市始兴县深渡水瑶乡,位于本项目起点,为武深高速公路与始兴联络线的
交通转换点。武深高速公路为双向6车道高速公路,设计速度为100 km/h,本项目主线为双向4车道高速公路,设计速度100 km/h。
根据武深高速现状隧道、立交设置情况,结合始兴联络线作为深圳至赣州的主要过境通道功能定位,设计设置了A线深渡水枢纽互通与K线深渡水枢纽互通,分别位于现状深渡水互通立交处、武深高速笔架山隧道与坪田隧道之间。
A线方案(南侧起点):路线方案起于深渡水坪田,在武深高速深渡水互通设置深渡水枢纽互通连接武深高速,而后设置隧道穿越石角岭,跨越清化河后沿清化河北岸山坡布设,于凉口附近跨越清化河和S244,而后设置隧道穿越百公背山,在顿岗镇东侧跨越X346,于石坪村东侧跨越墨江及S343,在团群村与坪石村之间穿过,设置始兴东互通与S244相连,而后沿着S244西侧山坡布线,于东风陂东侧再次跨越S244,而后往北,经蛇骨寨,于红梨村东北侧跨越韶赣铁路,后设置枢纽互通连接韶赣高速。路线全长29.68 km。
A线起点段比选方案为AK0+000~AK7+500,全长7.5 km。
K线方案(北侧起点):位于笔架山隧道和坪田隧道之间,隧道间距约1.98 km。路线在清化河北侧丘陵区布设,于K3+793=AK7+500之后与A线共线。
K线起点段比选方案为K0+000~K3+793,全长3.793 km。
审查认为:K线起点位于武深高速笔架山隧道和坪田隧道之间,设置互通立交存在问题较多,如被交路武深高速纵坡较大,且匝道迁回、平面指标较低,存在安全隐患;A线方案虽然建设里程较K线长,造价相对较高,但互通立交设置条件较好,平纵指标较高,安全性较好。经综合比选,同意推荐采用A线方案。
3 互通方案
3.1 概况及控制因素
经比选,确定舍弃K线后,在A线位置基础上,进一步深化立交方案。
A线深渡水枢纽互通位于坪田隧道与荔竹坝隧道之间的深渡水互通处,受坪田隧道和荔竹坝隧道控制,深渡水立交南北侧均无法设置独立的立交,故A线方案深渡水枢纽互通立交只能与现状深渡水立交(单喇叭互通方案)进行叠加。
立交附近主要控制因素为现状武深高速坪田隧道、荔竹坝隧道、现状深渡水互通立交、古树、沿线民居、山体、高边坡等。
3.2 交通量预测
根据路网结构及工可交通量预测,深渡水枢纽互通主流方向为赣州往返深圳方向,而本项目往返仁化方向的交通量仅占总交通量的4.2%,且此方向立交布置受隧道、山体限制较多。工可阶段未设置该方向匝道,为半互通立交。
考虑到仁化往本项目方向交通需求弱且造价较高,推荐仁化往本项目方向近期采用出深渡水收费站后掉头上高速实现,远期在深渡水收费站前设置调头匝道实现本枢纽立交的全方向互通。
3.3 互通方案比选
互通范围为基本为高陡山体、高边坡,并受北侧隧道、古树、民居限制,根据相交公路等级、交通量预测结果,结合沿线地形、地物和评审意见等情况,设计共拟定了五个方案进行比选。
3.3.1 方案一
A线深渡水枢纽互通主流向匝道设计速度均为80 km/h,武深高速设计速度100 km/h。
主流向匝道A、B匝道均上跨现状匝道后与武深主线分合流,立交复合后,为双入口+单出口的型式,但采用单出口需对现状深圳往省道S244方向的右转匝道进行改建,改建长度约320 m。
增加了地方上下本项目的D、E匝道。E匝道上跨武深高速后下穿B匝道,因武深高速西侧均为深挖高边坡,E匝道紧贴现状匝道布设,与现状匝道合流后出收费站。考虑到本项目往返仁化方向交通需求少且匝道实施困难,方案一缺少该方向匝道,但该方向可通过出收费站后调头间接实现交通转向。
方案一(单出口)方案主匝道最小圆曲线半径为R=500 m,变速车道段最小半径R=1 000 m,除C匝道需进行重建,其余现状匝道仅进行平面搭接,现状匝道改造较少,施工组织相对简单。但缺少仁化往返本项目的匝道缺失,交通转向功能不全(可间接实现);E匝道与现状匝道合流处位于平面指标较低,现状仁化至深渡水方向匝道位于跨线桥后,且距离小于150 m,需适当提高跨线桥净高并加强交通引导保证交通安全。
方案一(单出口)匝道总长度为5 231 m,其中桥梁长度4 164 m,建安费约为3.09亿元,对比全互通方案(方案二)少6 400万元。本方案B匝道与武深高速双入口合流段西侧二次开挖边坡范围较长,边坡高度大,基本为6~7级边坡。
3.3.2 方案二
方案二在方案一的基础上增加本项目上下武深高速北的两条匝道,为满足所有交通转向需求的全互通立交。 F匝道(武深高速北往赣州)上跨现状武深高速、现状及新建匝道后接入本项目主线。
受匝道连续分流鼻端间距、现状深渡水立交平纵等因素控制,方案二需对现状环圈匝道、主线分流鼻端进行改造,其中环圈匝道半径由60 m调整至50 m,坪田隧道出口净距由665 m调整至600 m。
该方案E、I、F匝道分合流间距近,且平纵指标均较低(I匝道圆曲线半径R=150m,纵坡为4%接-4%,凸形竖曲线R=1000m);F、I匝道分流鼻端位于小半径凸曲线后;I匝道分流鼻端位于跨线桥后,距离小于150m;现状环圈匝道由60m调整至50m,平面指标较低。相对方案一,交通安全隐患多。同时对现状匝道改造多,施工组织复杂。
该方案匝道总长度为6 444m,其中桥梁长度5020m,建安费约为3.73亿元,对比半互通方案(方案一)增加6400万元。
3.3.3 方案三
方案三考虑避免对现状环圈和北往南匝道出口的改造,F匝道利用现状匝道行至收费站前右转接入本项目主线。由于F匝道需克服24 m高差,匝道采用螺旋式展线,绕行距离较大,基本与车辆出收费站后,再进收费站通过D匝道上本项目的距离相当。该方案对比方案一工程规模增加大,匝道绕行并未明显改善,前期设计阶段仅做定性比較。
3.3.4 方案四
方案五的F匝道需要改造武汉方向往省道S244的匝道鼻端,导致坪田隧道与主线出口净距缩短到600 m(原为660 m),同时F匝道需在第四层跨越A、B、D匝道以及现状武深高速、深渡水互通匝道,桥梁规模大,匝道纵断面线形指标较差,且要开挖较高的西侧山体。为避免以上缺点,方案四在方案五的基础上将F匝道沿现状匝道过了A匝道后再加宽流出,展线后上跨收费站匝道,最后接入C匝道再一起接入本项目主线。该方案对比A线方案五,工程规模相当。但F匝道的分流鼻端与现状的匝道合流鼻端之间存在交织段,长度仅为170 m,需要对此路段限速到30 km/h(原为40 km/h)、交织段位纵坡为3.4%且车辆由较大纵断面匝道汇入、分合流附近上跨桥多影响视距,同时F匝道比方案五绕行距离长了约800 m,比利用现状匝道出了收费站后再调头行驶的方案距离长了约600 m。
方案四总匝道长度7 267 m,其中桥梁长度5 832 m,建安费3.94亿,比方案五减少建安费1 388.4万元。
3.3.5 方案五
为避免对现状环圈匝道的改造,F匝道沿现状匝道外侧展线后上跨武深高速、主流向匝道,接入本项目主线。
方案五总匝道长度7 534 m,其中桥梁长度6 099 m,建安费4.08亿,比方案二增加建安费4 500万元。
审查认为,方案四匝道绕行较远,且匝道存在交织,交通转换不顺畅,方案五工程规模较大,均不宜采用。方案一工程规模较小,造价较低,但功能不全,交通转换不便。建议优化方案三武深高速武汉方向往本项目赣州方向左转匝道的布设;适当减小方案一A,B匝道平曲线半径(为改善D匝道布设创造条件),并增加本项目往武深高速武汉方向的右转匝道。
建议进一步对优化后的方案一、三作同深度技术经济比选,择优推荐。
优化后的方案如下:
(1)优化后方案一:框架墩方案
A线深渡水枢纽互通与现有武深高速深渡水互通立交复合设置,主流向A、B匝道采用双车道出入口的双车道匝道,设计速度均为80 km/h。
为避免开挖武深高速西侧七级边坡,B匝道采用框架墩上跨武深高速及现有匝道后再并入武深高速。改造现有深渡水深圳往收费站方向C匝道,与A匝道合并为单出口。
增加了地方上下本项目的D、E匝道。近期武汉往返韶赣高速方向通过车辆出收费站后调头上高速实现,韶赣高速往武汉方向的F匝道和在深渡水收费站前调头G匝道预留远期实施,以实现远期本立交各方向的全互通。F匝道与武深高速坪田隧道净距为167 m。
优点:采用框架墩桥梁避开现有七级边坡,减少施工期间的安全隐患;
缺点:桥梁规模较大,在高速上做大量框架墩影响美观。
(2)优化后方案三:开挖七级边坡方案
鉴于方案一B匝道门架墩方案门架墩桥梁上跨武深高速景观效果较差,桥梁规模较大,方案三考虑将B匝道上跨武深高速位置北移约400 m提早并入武深高速主线,从而避免设置较大规模的门架墩桥梁,最小圆曲线半径R=400 m。但B匝道需开挖现状武深高速西侧的七级边坡,施工期间对正在通车运行的武深高速存在安全风险。
优点:桥梁规模较小;
缺点:需开挖现有七级坡,施工期间对正在运行的高速公路存在安全隐患。
综合工程规模、实施难度、匝道绕行等因素比较,方案一虽桥梁规模大,采用大量框架墩对武深高速景观有一定的影响,但可以避开武深高速西侧现有的七级高边坡,保证了施工期间武深高速的安全运行,最终推荐采用方案一。
4 结语
综上所述,在隧道口及现状互通附近的枢纽互通式立交设计时应重点把握主要控制因素,避免遗漏重大方案。深入调查研究和分析论证,首先结合既有控制物选择主线平面位置方案;合理调整主线纵断和高程,以确定互通范围的高程;位于两隧道之间,净距不足的话,设置互通存在安全隐患,应尽量避开;宁愿选择路线长度较长且与现状互通叠加的复杂方案;最后通过点位互通的多种型式的工程认真筛选,不断优化,设计出安全、功能完善、规模恰当、同时与环境相融合的最佳方案;本研究成果能够为复杂条件下隧道口及现状互通附近的高速公路的立交方案设计提供指导作用。
参考文献:
[1]JTG B01-2014,公路工程技术标准[S].
[2]JTG D20-2017,公路路线设计规范[S].
[3]JTG/T D21-2014,公路立体交叉设计细则[S].
[4]王宁,杨锡武.山区高速公路互通立交几何线形设计的探讨[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2007(S1):90-94.
[5]汪锋.山区高速公路互通立交设计新思路[J].交通科技,2006(2):2729.
[6]吴国雄,李方.互通式立体交义设计范例[M].北京:人民交通出版社,2002.
[7]贺栓海,徐岳,胡大海.道路立交规划与设计[M].北京:人民交通出版社,1994.
[8]乔翔,蔺惠茹.公路立交规划与设计实务[M].北京:人民交通出版社,2001.
[9]刘秋江.山区高速公路互通式立交设计探讨[J].公路,2004(6):1821.
[10]金书滨.浅论山区城市互通式立交的选型[J].重庆交通学院学报,1998(3):5459.
[11]霍明.山区高速公路勘察设计指南[M].北京:人民交通出版社,2003.
关键词:山区高速;枢纽立交设计;路线方案比选
1 概述
1.1 项目背景
武深高速公路始兴联络线是广东省高速公路规划项目,其北部顺接韶赣高速,往南接武深高速,是粤赣两地之间的一条便捷的运输通道,也是江西等内陆省份通往珠三角核心区域的高速通道。其建设将促进广东省与江西省乃至中部内陆省份高等级运输通道的形成和粤北山区高速公路的连通,拉近江西与珠三角之间的距离,对进一步推动泛珠三角区域
合作有着重要的意义,促进区域协调发展具有重要的战略意义。
2 立交段路线方案
深渡水枢纽互通立交位于广东省韶关市始兴县深渡水瑶乡,位于本项目起点,为武深高速公路与始兴联络线的
交通转换点。武深高速公路为双向6车道高速公路,设计速度为100 km/h,本项目主线为双向4车道高速公路,设计速度100 km/h。
根据武深高速现状隧道、立交设置情况,结合始兴联络线作为深圳至赣州的主要过境通道功能定位,设计设置了A线深渡水枢纽互通与K线深渡水枢纽互通,分别位于现状深渡水互通立交处、武深高速笔架山隧道与坪田隧道之间。
A线方案(南侧起点):路线方案起于深渡水坪田,在武深高速深渡水互通设置深渡水枢纽互通连接武深高速,而后设置隧道穿越石角岭,跨越清化河后沿清化河北岸山坡布设,于凉口附近跨越清化河和S244,而后设置隧道穿越百公背山,在顿岗镇东侧跨越X346,于石坪村东侧跨越墨江及S343,在团群村与坪石村之间穿过,设置始兴东互通与S244相连,而后沿着S244西侧山坡布线,于东风陂东侧再次跨越S244,而后往北,经蛇骨寨,于红梨村东北侧跨越韶赣铁路,后设置枢纽互通连接韶赣高速。路线全长29.68 km。
A线起点段比选方案为AK0+000~AK7+500,全长7.5 km。
K线方案(北侧起点):位于笔架山隧道和坪田隧道之间,隧道间距约1.98 km。路线在清化河北侧丘陵区布设,于K3+793=AK7+500之后与A线共线。
K线起点段比选方案为K0+000~K3+793,全长3.793 km。
审查认为:K线起点位于武深高速笔架山隧道和坪田隧道之间,设置互通立交存在问题较多,如被交路武深高速纵坡较大,且匝道迁回、平面指标较低,存在安全隐患;A线方案虽然建设里程较K线长,造价相对较高,但互通立交设置条件较好,平纵指标较高,安全性较好。经综合比选,同意推荐采用A线方案。
3 互通方案
3.1 概况及控制因素
经比选,确定舍弃K线后,在A线位置基础上,进一步深化立交方案。
A线深渡水枢纽互通位于坪田隧道与荔竹坝隧道之间的深渡水互通处,受坪田隧道和荔竹坝隧道控制,深渡水立交南北侧均无法设置独立的立交,故A线方案深渡水枢纽互通立交只能与现状深渡水立交(单喇叭互通方案)进行叠加。
立交附近主要控制因素为现状武深高速坪田隧道、荔竹坝隧道、现状深渡水互通立交、古树、沿线民居、山体、高边坡等。
3.2 交通量预测
根据路网结构及工可交通量预测,深渡水枢纽互通主流方向为赣州往返深圳方向,而本项目往返仁化方向的交通量仅占总交通量的4.2%,且此方向立交布置受隧道、山体限制较多。工可阶段未设置该方向匝道,为半互通立交。
考虑到仁化往本项目方向交通需求弱且造价较高,推荐仁化往本项目方向近期采用出深渡水收费站后掉头上高速实现,远期在深渡水收费站前设置调头匝道实现本枢纽立交的全方向互通。
3.3 互通方案比选
互通范围为基本为高陡山体、高边坡,并受北侧隧道、古树、民居限制,根据相交公路等级、交通量预测结果,结合沿线地形、地物和评审意见等情况,设计共拟定了五个方案进行比选。
3.3.1 方案一
A线深渡水枢纽互通主流向匝道设计速度均为80 km/h,武深高速设计速度100 km/h。
主流向匝道A、B匝道均上跨现状匝道后与武深主线分合流,立交复合后,为双入口+单出口的型式,但采用单出口需对现状深圳往省道S244方向的右转匝道进行改建,改建长度约320 m。
增加了地方上下本项目的D、E匝道。E匝道上跨武深高速后下穿B匝道,因武深高速西侧均为深挖高边坡,E匝道紧贴现状匝道布设,与现状匝道合流后出收费站。考虑到本项目往返仁化方向交通需求少且匝道实施困难,方案一缺少该方向匝道,但该方向可通过出收费站后调头间接实现交通转向。
方案一(单出口)方案主匝道最小圆曲线半径为R=500 m,变速车道段最小半径R=1 000 m,除C匝道需进行重建,其余现状匝道仅进行平面搭接,现状匝道改造较少,施工组织相对简单。但缺少仁化往返本项目的匝道缺失,交通转向功能不全(可间接实现);E匝道与现状匝道合流处位于平面指标较低,现状仁化至深渡水方向匝道位于跨线桥后,且距离小于150 m,需适当提高跨线桥净高并加强交通引导保证交通安全。
方案一(单出口)匝道总长度为5 231 m,其中桥梁长度4 164 m,建安费约为3.09亿元,对比全互通方案(方案二)少6 400万元。本方案B匝道与武深高速双入口合流段西侧二次开挖边坡范围较长,边坡高度大,基本为6~7级边坡。
3.3.2 方案二
方案二在方案一的基础上增加本项目上下武深高速北的两条匝道,为满足所有交通转向需求的全互通立交。 F匝道(武深高速北往赣州)上跨现状武深高速、现状及新建匝道后接入本项目主线。
受匝道连续分流鼻端间距、现状深渡水立交平纵等因素控制,方案二需对现状环圈匝道、主线分流鼻端进行改造,其中环圈匝道半径由60 m调整至50 m,坪田隧道出口净距由665 m调整至600 m。
该方案E、I、F匝道分合流间距近,且平纵指标均较低(I匝道圆曲线半径R=150m,纵坡为4%接-4%,凸形竖曲线R=1000m);F、I匝道分流鼻端位于小半径凸曲线后;I匝道分流鼻端位于跨线桥后,距离小于150m;现状环圈匝道由60m调整至50m,平面指标较低。相对方案一,交通安全隐患多。同时对现状匝道改造多,施工组织复杂。
该方案匝道总长度为6 444m,其中桥梁长度5020m,建安费约为3.73亿元,对比半互通方案(方案一)增加6400万元。
3.3.3 方案三
方案三考虑避免对现状环圈和北往南匝道出口的改造,F匝道利用现状匝道行至收费站前右转接入本项目主线。由于F匝道需克服24 m高差,匝道采用螺旋式展线,绕行距离较大,基本与车辆出收费站后,再进收费站通过D匝道上本项目的距离相当。该方案对比方案一工程规模增加大,匝道绕行并未明显改善,前期设计阶段仅做定性比較。
3.3.4 方案四
方案五的F匝道需要改造武汉方向往省道S244的匝道鼻端,导致坪田隧道与主线出口净距缩短到600 m(原为660 m),同时F匝道需在第四层跨越A、B、D匝道以及现状武深高速、深渡水互通匝道,桥梁规模大,匝道纵断面线形指标较差,且要开挖较高的西侧山体。为避免以上缺点,方案四在方案五的基础上将F匝道沿现状匝道过了A匝道后再加宽流出,展线后上跨收费站匝道,最后接入C匝道再一起接入本项目主线。该方案对比A线方案五,工程规模相当。但F匝道的分流鼻端与现状的匝道合流鼻端之间存在交织段,长度仅为170 m,需要对此路段限速到30 km/h(原为40 km/h)、交织段位纵坡为3.4%且车辆由较大纵断面匝道汇入、分合流附近上跨桥多影响视距,同时F匝道比方案五绕行距离长了约800 m,比利用现状匝道出了收费站后再调头行驶的方案距离长了约600 m。
方案四总匝道长度7 267 m,其中桥梁长度5 832 m,建安费3.94亿,比方案五减少建安费1 388.4万元。
3.3.5 方案五
为避免对现状环圈匝道的改造,F匝道沿现状匝道外侧展线后上跨武深高速、主流向匝道,接入本项目主线。
方案五总匝道长度7 534 m,其中桥梁长度6 099 m,建安费4.08亿,比方案二增加建安费4 500万元。
审查认为,方案四匝道绕行较远,且匝道存在交织,交通转换不顺畅,方案五工程规模较大,均不宜采用。方案一工程规模较小,造价较低,但功能不全,交通转换不便。建议优化方案三武深高速武汉方向往本项目赣州方向左转匝道的布设;适当减小方案一A,B匝道平曲线半径(为改善D匝道布设创造条件),并增加本项目往武深高速武汉方向的右转匝道。
建议进一步对优化后的方案一、三作同深度技术经济比选,择优推荐。
优化后的方案如下:
(1)优化后方案一:框架墩方案
A线深渡水枢纽互通与现有武深高速深渡水互通立交复合设置,主流向A、B匝道采用双车道出入口的双车道匝道,设计速度均为80 km/h。
为避免开挖武深高速西侧七级边坡,B匝道采用框架墩上跨武深高速及现有匝道后再并入武深高速。改造现有深渡水深圳往收费站方向C匝道,与A匝道合并为单出口。
增加了地方上下本项目的D、E匝道。近期武汉往返韶赣高速方向通过车辆出收费站后调头上高速实现,韶赣高速往武汉方向的F匝道和在深渡水收费站前调头G匝道预留远期实施,以实现远期本立交各方向的全互通。F匝道与武深高速坪田隧道净距为167 m。
优点:采用框架墩桥梁避开现有七级边坡,减少施工期间的安全隐患;
缺点:桥梁规模较大,在高速上做大量框架墩影响美观。
(2)优化后方案三:开挖七级边坡方案
鉴于方案一B匝道门架墩方案门架墩桥梁上跨武深高速景观效果较差,桥梁规模较大,方案三考虑将B匝道上跨武深高速位置北移约400 m提早并入武深高速主线,从而避免设置较大规模的门架墩桥梁,最小圆曲线半径R=400 m。但B匝道需开挖现状武深高速西侧的七级边坡,施工期间对正在通车运行的武深高速存在安全风险。
优点:桥梁规模较小;
缺点:需开挖现有七级坡,施工期间对正在运行的高速公路存在安全隐患。
综合工程规模、实施难度、匝道绕行等因素比较,方案一虽桥梁规模大,采用大量框架墩对武深高速景观有一定的影响,但可以避开武深高速西侧现有的七级高边坡,保证了施工期间武深高速的安全运行,最终推荐采用方案一。
4 结语
综上所述,在隧道口及现状互通附近的枢纽互通式立交设计时应重点把握主要控制因素,避免遗漏重大方案。深入调查研究和分析论证,首先结合既有控制物选择主线平面位置方案;合理调整主线纵断和高程,以确定互通范围的高程;位于两隧道之间,净距不足的话,设置互通存在安全隐患,应尽量避开;宁愿选择路线长度较长且与现状互通叠加的复杂方案;最后通过点位互通的多种型式的工程认真筛选,不断优化,设计出安全、功能完善、规模恰当、同时与环境相融合的最佳方案;本研究成果能够为复杂条件下隧道口及现状互通附近的高速公路的立交方案设计提供指导作用。
参考文献:
[1]JTG B01-2014,公路工程技术标准[S].
[2]JTG D20-2017,公路路线设计规范[S].
[3]JTG/T D21-2014,公路立体交叉设计细则[S].
[4]王宁,杨锡武.山区高速公路互通立交几何线形设计的探讨[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2007(S1):90-94.
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[9]刘秋江.山区高速公路互通式立交设计探讨[J].公路,2004(6):1821.
[10]金书滨.浅论山区城市互通式立交的选型[J].重庆交通学院学报,1998(3):5459.
[11]霍明.山区高速公路勘察设计指南[M].北京:人民交通出版社,2003.