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1. 概况
连云港至霍尔果斯国家高速公路横贯我国东西，是国家“五纵五横”综合运输大通道中的组成部分。在国家、区域和河南省高速公路网中均具有十分重要的地位和作用。原老路技术标准为：设计行车速度为100 km/h，路基宽度24.5m,标准四车道高速公路，改扩建技术标准为：设计速度100km/h、双向八车道高速公路，整个改扩建实施过程中，原老路必须保证通行。
连霍高速函谷关段位于河南省三门峡西互通西约15公里处，属于黄土丘陵地区，北临黄河，南面高山，前后路段沟壑纵横，整个路段地形地势异常复杂。
2. 函谷关段现状
函谷关段（K849～K856）原老路线位布设在紧靠黄土塬根与黄河间的二级阶地后缘，南高北低，原老路路基中线距阶地黄河边缘最近处180m。现有道路基本为长大深挖或半填半挖路基。北侧黄河边横向地势起伏变化无常。
陡坡深挖路段半挖半填路段
原老路在K844+405处跨越弘农涧河（设有弘农涧特大桥）后，在K845+090～K845+960范围内设灵宝互通，接着路线在K846+190～K849+190连续上坡，前后设计高程差达100米，其中有两段600米长5%的纵坡，中间用一段坡长300米2.5%的缓坡相连，并且连续挖方，平均挖深27米（如上图片所示），随后于K849+270处设西寨1号桥，此处达到本设计合同段全线最高点，也是距离黄河最近点，随后路线又连续下坡，到K851+690下坡至坡底。
3、改扩建控制因素
综合本路段具体情况，改扩建主要控制因素总结如下：
① 路段本身位于长大陡坡上，坡底紧接着灵宝互通和泓农涧特大桥，坡顶处有西寨大桥，路段前后的重大结构物都制约了总体方案的设计。
② 北面濒临黄河，老路中心离黄河边最近处只有180米，工程安全受到一定程度的影响。
③ 南边郑州至西安铁路客运专线两次从老路地下穿越老路，扩建部分道路实施受限。
④ 老路南边紧挨着函谷关风景区和国道G310，使总体设计线位布设受控。
⑤ 原老路连续近3公里的陡坡，两段纵坡5%，坡长600米的路段相连，达到规范规定极限。
⑥ 原老路在此路段连续3公里的深挖方，挖方深度达30米，防护工程量巨大，对环境破坏严重。
⑦原老路南侧是陡峭的黄土地质高山，挖则挖不透，布设四车道单洞隧道则技术难度大（目前世界上尚无成功先例）。
4、本路段所有可能的改扩建总体设计方案
本人有幸亲自组织了本路段的改扩建总体设计方案的论证，设计组经过反复的现场勘察，开会讨论，计算咨询，前后历经1个多月的专门研究，针对本路段所以控制因素，设计组提出了所以可能的总体设计方案如下：
方案A：沿着原老路北侧整体式加宽。
方案B：在老路南边远距离分离式路基，即在老路南边重新选择走廊带。
方案C：在老路北侧近距离分离式路基与高低路基组合。
方案D：在南侧完全避开郑州至西安客运专线，以分离式路基的方式加宽。
5、改扩建总体设计方案论证
总体设计方案论证是将每种可能的方案，先做出同深度的设计，全面的考虑其优缺点，然后对各方案进行研究论证比较，推荐最优方案。如上图所示，连霍高速函谷关段改扩建总体设计各方案论证如下
方案A：沿着原老路北侧整体式加宽，所不同的是在老路两段5%纵坡的对应路段，将新建路基下压5m，平面与老路拉开7m距离，采用1:1的形式放坡，将新建半幅路基纵坡降至4.7%。该方案需新增占地495.5亩，总造价78325.415万元（篇幅所限制，不再赘述详细工程量）。
优点：
①在于不需要设隧道，黄土路堑施工较方便
②易保通，因本项目整个实施过程中，老路不准短行，本方案整个实施过程对老路影响很小，施工安全容易保证
③对应原半填半挖路段设置一些桥梁通过，工程量相对较小，工程较为经济
④灵宝立交改造容易，互通内只需要改造主线及相对应的北侧两个出入口，整个项目实施过程中，互通交通影响不大
⑤和郑西客运专线交叉处均采用路基通过，工程安全较容易保证。
⑥只需拆除老路北侧防护，对环境破坏小，占地少。
缺点：是因为不设隧道，需要克服的高差较大，仍需设置2段4.7％的长大纵坡，同时距离黄河二级阶地边缘较近，最近处仅约130m。
方案B：路线从北侧加宽K842+806处穿过老路，走向原老路南边，以分离式路基形式离开老路，然后直走原老路南侧的黄土平台，于K856+710处穿过老路，顺接老路前方路段的北侧整体式加宽方案，中间设双车道隧道共计6041米，该方案需新增占地1046.8亩，总造价131136.213万元。
优点：
①此方案避开了郑西铁路客运专线函谷关隧道进口段工区，完全绕避开坡岸稳定存在不确定因素的路段。
②解决了连续大纵坡和大开挖的问题，新建道路最大纵坡2.85%。
③且路线直捷，线形舒适，路线里程缩短587m。
④南侧分离式路基使得桥梁荷载可以按新规范要求采用。大部分重型车辆交通量行驶在新建的4车道，可以充分发挥新建路面的承载能力。
⑤完全避开了原老路离黄河边较近的不安全因素。
缺点：受围岩级别控制，隧道需采用分离的独立双洞隧道，工程量较大，运营期对行驶安全有一定影响；灵宝互通立交需半幅移位设置，在弘农涧河东侧新修2条匝道、一条1km长南北向连接线与国道G310相接，并新建一处收费站。另外需要拆迁槐树原村部分房屋，对环境破坏大，占地多，工程造价很高。
方案C：线为北侧整体式加宽的改进方案。路线在灵宝立交匝道桥西侧偏向西北，沿孟村西边的东西向沟北侧展线，设置2235m长隧道，在现西寨1号桥北侧下方出隧道，建桥跨越西寨2号冲沟后路线布设在黄河二级阶地，该方案需新增占地338.37.亩，总造价118819.528万元。
西寨一号桥及跨越沟壑
优点：
①对环境影响较小，减少了开挖，减少占地
②设置隧道降低了纵坡，新建道路纵坡调整为2.5%，解决了大纵坡问题
③避免了拆除现有圬工边坡防护，土方数量较小
缺点：
①新建部分离黄河边更近，安全隐患较大。
②受地形及老路限制，需设置2座特长黄土隧道，长分别为4135m，3723m，洞口浅埋偏压严重，技术难度大，此种分离再分离的加宽方式变化，对行车更为不利。
③隧道出口原地面地势较陡，对自然环境的破坏较大，防护工程量大。
④仍不能解决原有长大下坡问题。
⑤对环境破坏大，工程造价相对较高。
方案D：此后自佛家湾南K842+690处偏离现有高速公路，然后走向基本平行于郑西铁路客运专线（与高铁函谷关隧道平距200m左右），继续以桥梁形式抬升克服高差，在西寨东南设置3837m长隧道，与K853+145处跨越老路，接后路段的北侧整体式加宽，该方案需新增占地208.37.亩，总造价115716.556万元。
优点：
①案避开了郑西铁路客运专线函谷关隧道进口段工区，
②完全绕避开黄河边不稳定的路段，
③解决了连续大纵坡和大开挖的问题，且路线里程缩短625m。
缺点：是工程量较大，造价高，灵宝互通立交需半幅移位设置，在弘农涧河东侧新修2条匝道、一条1km长南北向连接线与国道G310相接，并新建一处收费站。另外需要拆迁槐树原全部村庄，社会影响大。
6、改扩建总体设计方案论证
最终方案的选取：针对山区高速公路连续长大下坡路段的分析界定，《公路路线设计细则》9.2.9条提出“高速公路和一级公路的连续下坡路段，任意连续3km的平均纵坡不宜大于4.0%”，同时提出“连续长陡下坡路段均应通过交通工程安全设施的设置，严禁驾驶员采用空挡下坡，并控制合理的下坡速度”。而函谷关段连续长大下坡路段任意连续3km平均纵坡均不超过4.0%，严格意义上来说并未超出设计规范要求。基于规范细则上述解释，同时，结合交警部门多年的现场监控资料表明，此路段虽较为特殊，但却不是事故黑点。
故综合各方案的优缺点，设计组经反复比较论证，咨询业内知名专家，最终取得统一意见，即将方案A作为推荐方案（也是本项目最终确定的实施方案）。
7、结束语
公路总体设计方案是公路设计的灵魂，最终的选取是各种控制因素利弊取舍，各种方案优缺点相互博弈的结果，虽没绝对的最佳，却有相对的最优，笔者在这里要强调的是：科学严谨的工作态度是目标实现的保证，土地是不可再生的宝贵资源，自然环境是人类共有，作为设计者，在方案选取时，虽有取舍，但还需保留原则。
参考文献
1. 交通部公路司.新理念公路设计指南
2. 交通部公路司.降低造价公路设计指南
3. 公路路线设计规范
连云港至霍尔果斯国家高速公路横贯我国东西，是国家“五纵五横”综合运输大通道中的组成部分。在国家、区域和河南省高速公路网中均具有十分重要的地位和作用。原老路技术标准为：设计行车速度为100 km/h，路基宽度24.5m,标准四车道高速公路，改扩建技术标准为：设计速度100km/h、双向八车道高速公路，整个改扩建实施过程中，原老路必须保证通行。
连霍高速函谷关段位于河南省三门峡西互通西约15公里处，属于黄土丘陵地区，北临黄河，南面高山，前后路段沟壑纵横，整个路段地形地势异常复杂。
2. 函谷关段现状
函谷关段（K849～K856）原老路线位布设在紧靠黄土塬根与黄河间的二级阶地后缘，南高北低，原老路路基中线距阶地黄河边缘最近处180m。现有道路基本为长大深挖或半填半挖路基。北侧黄河边横向地势起伏变化无常。
陡坡深挖路段半挖半填路段
原老路在K844+405处跨越弘农涧河（设有弘农涧特大桥）后，在K845+090～K845+960范围内设灵宝互通，接着路线在K846+190～K849+190连续上坡，前后设计高程差达100米，其中有两段600米长5%的纵坡，中间用一段坡长300米2.5%的缓坡相连，并且连续挖方，平均挖深27米（如上图片所示），随后于K849+270处设西寨1号桥，此处达到本设计合同段全线最高点，也是距离黄河最近点，随后路线又连续下坡，到K851+690下坡至坡底。
3、改扩建控制因素
综合本路段具体情况，改扩建主要控制因素总结如下：
① 路段本身位于长大陡坡上，坡底紧接着灵宝互通和泓农涧特大桥，坡顶处有西寨大桥，路段前后的重大结构物都制约了总体方案的设计。
② 北面濒临黄河，老路中心离黄河边最近处只有180米，工程安全受到一定程度的影响。
③ 南边郑州至西安铁路客运专线两次从老路地下穿越老路，扩建部分道路实施受限。
④ 老路南边紧挨着函谷关风景区和国道G310，使总体设计线位布设受控。
⑤ 原老路连续近3公里的陡坡，两段纵坡5%，坡长600米的路段相连，达到规范规定极限。
⑥ 原老路在此路段连续3公里的深挖方，挖方深度达30米，防护工程量巨大，对环境破坏严重。
⑦原老路南侧是陡峭的黄土地质高山，挖则挖不透，布设四车道单洞隧道则技术难度大（目前世界上尚无成功先例）。
4、本路段所有可能的改扩建总体设计方案
本人有幸亲自组织了本路段的改扩建总体设计方案的论证，设计组经过反复的现场勘察，开会讨论，计算咨询，前后历经1个多月的专门研究，针对本路段所以控制因素，设计组提出了所以可能的总体设计方案如下：
方案A：沿着原老路北侧整体式加宽。
方案B：在老路南边远距离分离式路基，即在老路南边重新选择走廊带。
方案C：在老路北侧近距离分离式路基与高低路基组合。
方案D：在南侧完全避开郑州至西安客运专线，以分离式路基的方式加宽。
5、改扩建总体设计方案论证
总体设计方案论证是将每种可能的方案，先做出同深度的设计，全面的考虑其优缺点，然后对各方案进行研究论证比较，推荐最优方案。如上图所示，连霍高速函谷关段改扩建总体设计各方案论证如下
方案A：沿着原老路北侧整体式加宽，所不同的是在老路两段5%纵坡的对应路段，将新建路基下压5m，平面与老路拉开7m距离，采用1:1的形式放坡，将新建半幅路基纵坡降至4.7%。该方案需新增占地495.5亩，总造价78325.415万元（篇幅所限制，不再赘述详细工程量）。
优点：
①在于不需要设隧道，黄土路堑施工较方便
②易保通，因本项目整个实施过程中，老路不准短行，本方案整个实施过程对老路影响很小，施工安全容易保证
③对应原半填半挖路段设置一些桥梁通过，工程量相对较小，工程较为经济
④灵宝立交改造容易，互通内只需要改造主线及相对应的北侧两个出入口，整个项目实施过程中，互通交通影响不大
⑤和郑西客运专线交叉处均采用路基通过，工程安全较容易保证。
⑥只需拆除老路北侧防护，对环境破坏小，占地少。
缺点：是因为不设隧道，需要克服的高差较大，仍需设置2段4.7％的长大纵坡，同时距离黄河二级阶地边缘较近，最近处仅约130m。
方案B：路线从北侧加宽K842+806处穿过老路，走向原老路南边，以分离式路基形式离开老路，然后直走原老路南侧的黄土平台，于K856+710处穿过老路，顺接老路前方路段的北侧整体式加宽方案，中间设双车道隧道共计6041米，该方案需新增占地1046.8亩，总造价131136.213万元。
优点：
①此方案避开了郑西铁路客运专线函谷关隧道进口段工区，完全绕避开坡岸稳定存在不确定因素的路段。
②解决了连续大纵坡和大开挖的问题，新建道路最大纵坡2.85%。
③且路线直捷，线形舒适，路线里程缩短587m。
④南侧分离式路基使得桥梁荷载可以按新规范要求采用。大部分重型车辆交通量行驶在新建的4车道，可以充分发挥新建路面的承载能力。
⑤完全避开了原老路离黄河边较近的不安全因素。
缺点：受围岩级别控制，隧道需采用分离的独立双洞隧道，工程量较大，运营期对行驶安全有一定影响；灵宝互通立交需半幅移位设置，在弘农涧河东侧新修2条匝道、一条1km长南北向连接线与国道G310相接，并新建一处收费站。另外需要拆迁槐树原村部分房屋，对环境破坏大，占地多，工程造价很高。
方案C：线为北侧整体式加宽的改进方案。路线在灵宝立交匝道桥西侧偏向西北，沿孟村西边的东西向沟北侧展线，设置2235m长隧道，在现西寨1号桥北侧下方出隧道，建桥跨越西寨2号冲沟后路线布设在黄河二级阶地，该方案需新增占地338.37.亩，总造价118819.528万元。
西寨一号桥及跨越沟壑
优点：
①对环境影响较小，减少了开挖，减少占地
②设置隧道降低了纵坡，新建道路纵坡调整为2.5%，解决了大纵坡问题
③避免了拆除现有圬工边坡防护，土方数量较小
缺点：
①新建部分离黄河边更近，安全隐患较大。
②受地形及老路限制，需设置2座特长黄土隧道，长分别为4135m，3723m，洞口浅埋偏压严重，技术难度大，此种分离再分离的加宽方式变化，对行车更为不利。
③隧道出口原地面地势较陡，对自然环境的破坏较大，防护工程量大。
④仍不能解决原有长大下坡问题。
⑤对环境破坏大，工程造价相对较高。
方案D：此后自佛家湾南K842+690处偏离现有高速公路，然后走向基本平行于郑西铁路客运专线（与高铁函谷关隧道平距200m左右），继续以桥梁形式抬升克服高差，在西寨东南设置3837m长隧道，与K853+145处跨越老路，接后路段的北侧整体式加宽，该方案需新增占地208.37.亩，总造价115716.556万元。
优点：
①案避开了郑西铁路客运专线函谷关隧道进口段工区，
②完全绕避开黄河边不稳定的路段，
③解决了连续大纵坡和大开挖的问题，且路线里程缩短625m。
缺点：是工程量较大，造价高，灵宝互通立交需半幅移位设置，在弘农涧河东侧新修2条匝道、一条1km长南北向连接线与国道G310相接，并新建一处收费站。另外需要拆迁槐树原全部村庄，社会影响大。
6、改扩建总体设计方案论证
最终方案的选取：针对山区高速公路连续长大下坡路段的分析界定，《公路路线设计细则》9.2.9条提出“高速公路和一级公路的连续下坡路段，任意连续3km的平均纵坡不宜大于4.0%”，同时提出“连续长陡下坡路段均应通过交通工程安全设施的设置，严禁驾驶员采用空挡下坡，并控制合理的下坡速度”。而函谷关段连续长大下坡路段任意连续3km平均纵坡均不超过4.0%，严格意义上来说并未超出设计规范要求。基于规范细则上述解释，同时，结合交警部门多年的现场监控资料表明，此路段虽较为特殊，但却不是事故黑点。
故综合各方案的优缺点，设计组经反复比较论证，咨询业内知名专家，最终取得统一意见，即将方案A作为推荐方案（也是本项目最终确定的实施方案）。
7、结束语
公路总体设计方案是公路设计的灵魂，最终的选取是各种控制因素利弊取舍，各种方案优缺点相互博弈的结果，虽没绝对的最佳，却有相对的最优，笔者在这里要强调的是：科学严谨的工作态度是目标实现的保证，土地是不可再生的宝贵资源，自然环境是人类共有，作为设计者，在方案选取时，虽有取舍，但还需保留原则。
参考文献
1. 交通部公路司.新理念公路设计指南
2. 交通部公路司.降低造价公路设计指南
3. 公路路线设计规范