祁 鶴
(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院)
丹通高速公路位于遼寧東部山區(qū),地形條件復(fù)雜,走廊帶狹長(zhǎng),路線不僅在平面上受到山體地形的限制,而且在很大程度上受到縱面的控制。
結(jié)合錯(cuò)草嶺段復(fù)雜多變的地形,布設(shè)多個(gè)方案進(jìn)行比選。以說明如何貫徹公路設(shè)計(jì)新理念,在山嶺重丘區(qū)路線設(shè)計(jì)中實(shí)踐安全選線的原則,以及利用運(yùn)行車速理論在路線設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用。
鶴大高速公路桓仁新開嶺(遼吉界)至丹東古城子段項(xiàng)目是國(guó)家高速公路網(wǎng)和東北區(qū)域高速公路網(wǎng)的重要組成部分,本項(xiàng)目被列為交通部第二批高速公路典型示范工程項(xiàng)目。
錯(cuò)草嶺段設(shè)計(jì)速度為80 km/h、路基寬度24.5 m;橋涵設(shè)計(jì)荷載采用公路—Ⅰ級(jí)。
該路段是本項(xiàng)目全線地形最復(fù)雜的區(qū)段,在4.5 km 的長(zhǎng)度范圍內(nèi)地面高差近360 m(由K87 +350 高程290 m ~K91 +700 高程650 m)。
根據(jù)路線的總體走向,結(jié)合地形情況,并根據(jù)運(yùn)行車速理論對(duì)各方案平縱線形逐步優(yōu)化,得到三個(gè)可行方案。
(1)方案一
起點(diǎn)位于牛毛塢鄉(xiāng)K84 +160 處,路線向東穿五道嶺子村東北,在村東跨北股河后,沿大錯(cuò)草溝東側(cè)山腳布線、先跨越G201 線后跨越北股河,再跨越G201 線后至K90 +700 進(jìn)入錯(cuò)草嶺隧道,在新豐五組村北側(cè)山坡出隧道后,再次跨越G201 線及佛堂溝后沿新豐村東南山坡布線,于硼海立交前與方案二匯合。該方案路線長(zhǎng)度14.195 km。
(2)方案二
本方案為高架橋方案,起點(diǎn)位于牛毛塢鄉(xiāng)K84 +160 處,路線向東沿五道嶺子村北側(cè)山腰,跨北溝、北股河后,沿大錯(cuò)草溝、在G201 線東北平行延伸,采用高架橋沿山坡設(shè)置,至K90 +950 進(jìn)入錯(cuò)草嶺隧道,在新豐村出隧道后跨越G201線,然后路線沿G201 線東南,至大耳岔村南K98 +500 與方案一匯合。該方案路線長(zhǎng)度14.34 km。
(3)方案三
本方案為長(zhǎng)隧道方案,起點(diǎn)位于牛毛塢鄉(xiāng)K84 +160 處,路線向東穿五道嶺子村東北,在村東跨北股河后,沿大錯(cuò)草溝、在G201 線東南以路基方案平行延伸,至K89 +900 進(jìn)入長(zhǎng)達(dá)5 km 的錯(cuò)草嶺隧道,在佛堂溝前(K94 +890)出隧道,然后路線沿G201 線東北側(cè)山腰,至大耳岔村南K98 +500與方案一匯合。該方案路線長(zhǎng)度14.366 km。
主要從線形指標(biāo)、工程數(shù)量、工程建設(shè)條件、工程造價(jià)、地質(zhì)條件、運(yùn)營(yíng)安全、后期運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)等方面對(duì)路線方案進(jìn)行比較。
主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)比較見表1。
表1 錯(cuò)草嶺方案主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較表
線形指標(biāo):3 個(gè)方案的平面指標(biāo)相差不大,但方案二錯(cuò)草嶺隧道處于直線段內(nèi),其他方案錯(cuò)草嶺隧道均處于曲線內(nèi)。方案二縱斷面線形指標(biāo)較差,K87 +220 ~K93 +940 路段平均坡度達(dá)到2.712%,隧道出口段連續(xù)4km 路段為連續(xù)下坡,平均縱坡3.158%;方案三縱斷面線形指標(biāo)較高,雖為長(zhǎng)路段連續(xù)下坡,但平均坡度較緩,K87 +290 ~K95 +140 段平均縱坡2.136%;方案一縱斷面線形指標(biāo)一般,隧道內(nèi)縱坡控制為2.0%,K87+160 ~K93+940 段平均縱坡2.515%。
工程數(shù)量:方案二橋梁總長(zhǎng)度4 535.9 m,隧道單洞總長(zhǎng)度4 562 m,路線占用農(nóng)田較少,拆遷較少,占地多為林地;方案三橋梁總長(zhǎng)度1 617.6 m,隧道單洞總長(zhǎng)度10 005 m,錯(cuò)草嶺隧道進(jìn)口段占用農(nóng)田較多,拆遷較大;出口段多為林地,占農(nóng)田及拆遷較少;方案一橋梁總長(zhǎng)度2 283.2 m,隧道單洞總長(zhǎng)度6 680 m,錯(cuò)草嶺隧道進(jìn)出口段占用農(nóng)田及拆遷均較大。
工程建設(shè)條件:方案二進(jìn)口段處于山體陡坡上,且為高架橋通過,橋梁施工困難,建設(shè)過程中基礎(chǔ)開挖困難,對(duì)山體植被破壞嚴(yán)重;長(zhǎng)隧道長(zhǎng)方案與方案一橋涵的施工條件較好。
工程造價(jià):方案二工程造價(jià)要比方案三多1.0315 億元,而方案三較方案一多5 714 萬元。
地質(zhì)條件:方案二K86 ~K90 段引地表橫坡較陡,山坡體存在潛在滑坡,于工程建設(shè)不利;方案三及方案一在隧道進(jìn)口段與河流并行,水文地質(zhì)條件略差于方案二。各方案隧道地質(zhì)相差不大,均處于斷裂破碎帶中。
對(duì)自然環(huán)境影響:方案二以較短隧道和在山坡上高架橋方式通過,占地基本為林地,由于地表橫坡較陡,橋梁基礎(chǔ)施工和施工便道的鋪設(shè)仍將對(duì)環(huán)境造成較大的破壞,其環(huán)保優(yōu)勢(shì)難以發(fā)揮;方案三進(jìn)口段占用農(nóng)田及河道占用農(nóng)田及河道略多,但由于隧道較長(zhǎng),使得對(duì)自然環(huán)境的破壞相對(duì)較小;方案一隧道進(jìn)出口段占用部分農(nóng)田及河道,對(duì)自然環(huán)境影響與方案三相近。
運(yùn)營(yíng)安全:方案二冬季橋上不易解凍,在雨季和冬季行車存在較大安全隱患,通過運(yùn)行車速的檢驗(yàn)也發(fā)現(xiàn),此方案大貨車的上坡運(yùn)行速度最低,接近于最低允許速度;方案三及方案一隧道進(jìn)口段平均縱坡相對(duì)較緩,大部分處于路基段落,對(duì)行車安全有利。
運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù):方案三的養(yǎng)護(hù)、通風(fēng)、通訊、監(jiān)控和照明費(fèi)用要明顯高于方案二及方案一。
經(jīng)過反復(fù)論證比選,由于設(shè)計(jì)的方案二中出隧道后連續(xù)4 km 路段平均縱坡達(dá)到3%,且基本以橋梁方式通過,因處于積雪冰凍地區(qū),對(duì)于行車安全不利。方案一及方案三路線平均縱坡下降至3%以下,有利于行車安全。綜合考慮,確定采用方案一作為推薦方案。
本項(xiàng)目位于遼寧東部山區(qū),存在冬季積雪冰凍、夏季暴雨集中的氣候特點(diǎn),不利的自然條件是制約公路行車安全的客觀因素。路線不僅在平面上受到山體地形的限制,而且在很大程度上受到縱面的控制,克服地面高差是山區(qū)高速公路選線的一大難題。
項(xiàng)目沿線地形復(fù)雜,溝壑縱橫,山高林密,采用曲線定線法設(shè)計(jì),平面設(shè)計(jì)中多采用對(duì)稱型、S 型等曲線組合,通過平縱橫綜合設(shè)計(jì),經(jīng)透視圖檢查后,全線線型流暢自然。采用連續(xù)的曲線線形,依據(jù)山勢(shì)溝谷布線,并根據(jù)山體形狀合理選用曲線半徑,避免了大填大挖和切割山體。路線全線依據(jù)地形需要大部分采用了1 000 ~3 000 m 的平曲線半徑。
為保證行車安全,為更好地適應(yīng)地形變化,減少對(duì)自然環(huán)境的影響,在路線布設(shè)時(shí),通過沿地形山勢(shì)適當(dāng)展線,適當(dāng)拉長(zhǎng)路線長(zhǎng)度,減少路線縱坡,同時(shí)避免長(zhǎng)大下坡、陡坡接小半徑平曲線等不利行車安全的組合。
運(yùn)用運(yùn)行車速理論檢查全線的平縱面線形組合,針對(duì)限制或影響車輛運(yùn)行安全的單元,調(diào)整指標(biāo)。全線路線設(shè)置最小平曲線半徑828.332 m,最大縱坡4%。相鄰曲線半徑(特別是S 型曲線)之比一般控制在1∶2 之內(nèi),使線形連續(xù)均衡,以保證行車的連續(xù)和安全。
通過運(yùn)行速度檢驗(yàn),綜合考慮超高值的取用,對(duì)平縱指標(biāo)較小路段采用提高一擋計(jì)算行車速度來設(shè)計(jì)超高。同時(shí)考慮冬季積雪冰凍的影響,對(duì)最大超高給予限制。
在高速公路路線設(shè)計(jì)中貫徹“安全、耐久、節(jié)約、和諧”的設(shè)計(jì)新理念,努力做到適應(yīng)地形,接近自然、融入自然,并從平、縱、橫三個(gè)方面以立體線形進(jìn)行選線,運(yùn)用運(yùn)行車速理論檢查全線的平縱面線形組合,使得路線線形指標(biāo)均衡,行車安全。