復(fù)雜山區(qū)高速公路總體設(shè)計(jì)淺談

王茂

（四川公路工程咨詢監(jiān)理公司，四川成都610031）

復(fù)雜山區(qū)高速公路總體設(shè)計(jì)淺談

王茂

（四川公路工程咨詢監(jiān)理公司，四川成都610031）

隨著高速公路建設(shè)向復(fù)雜山區(qū)延伸，特殊建設(shè)條件帶來的高山、高差、高地震烈度和復(fù)雜地質(zhì)情況對(duì)總體設(shè)計(jì)提出了更高的要求。就復(fù)雜山區(qū)高速公路多方案比選、技術(shù)指標(biāo)靈活運(yùn)用、防災(zāi)抗災(zāi)、長(zhǎng)大縱坡、生態(tài)環(huán)保、結(jié)構(gòu)物設(shè)置及型式選擇、互通選型、造價(jià)控制等諸多問題進(jìn)行了初步探討。

復(fù)雜山區(qū)；高速公路；總體設(shè)計(jì)；防災(zāi)抗災(zāi)；生態(tài)環(huán)境保護(hù)

0 引言

隨著高速公路路網(wǎng)的不斷完善，高速公路建設(shè)不斷向復(fù)雜山區(qū)延伸，困難的地形、復(fù)雜的地質(zhì)、巨大的高差和高地震烈度對(duì)高速公路的路線總體設(shè)計(jì)提出了更高的要求。以云南沾益至?xí)筛咚俟窞槔蛷?fù)雜山區(qū)條件下的高速公路總體設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問題及主要對(duì)策措施進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1 工程概況

沾益至?xí)筛咚俟返靥幵颇鲜|北部，路線走向總體為自東向西。路線起于曲靖市宣威熱水鎮(zhèn)海德村以東，接待建的杭州至瑞麗高速公路（G56），途經(jīng)沾益縣德澤鎮(zhèn)，止于會(huì)澤縣田壩鄉(xiāng)板坡村打板坡，接在建的銀川至昆明高速公路（G85）。

沾會(huì)高速采用設(shè)計(jì)速度80 km/h的4車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，路線全長(zhǎng)34.753 km。

1.1 氣象水文

沾會(huì)高速位于北回歸線以北，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，多年降水量700～1400 mm，歷年平均氣溫在12.7～13.7℃，地表水體主要屬于金沙江一級(jí)支流牛欄江水系。

1.2 地形

沾會(huì)高速位于云南高原東部，均屬于構(gòu)造侵蝕、溶蝕地貌類型，地面標(biāo)高一般在海拔1720～2180 m，次級(jí)地貌主要有石牙原野、峰叢洼地、河間地塊及中山。

1.3 地質(zhì)

沾會(huì)高速位于沾益“山”字型構(gòu)造西翼與新華夏系構(gòu)造的復(fù)合地帶，構(gòu)造較為復(fù)雜。地層時(shí)代較為齊全，除白堊系、志留系、奧陶系地層缺失外，自震旦系至第四系松散堆積均有出露。主要不良地質(zhì)有崩塌、泥石流、危巖、巖溶等，特殊性巖土有人工棄土、紅黏土（次生紅黏土）、膨脹（巖）土等。

1.4 地震

沾會(huì)高速位于鮮水河—滇東地震帶，屬于青藏高原中部地震區(qū)。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2001），全線抗震設(shè)防烈度Ⅶ～Ⅷ度，屬于地震強(qiáng)烈活動(dòng)區(qū)（見表1）。

表1 沿線地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃表

2 復(fù)雜山區(qū)高速公路建設(shè)的關(guān)鍵性技術(shù)問題

復(fù)雜山區(qū)高速公路的地域特點(diǎn)決定了其面臨極其特殊的地形條件、極其復(fù)雜的地質(zhì)條件、極其脆弱的沿線環(huán)境、極其困難的項(xiàng)目建設(shè)、極其艱巨的工程實(shí)施等突出矛盾。以這些矛盾為出發(fā)點(diǎn)，如何靈活應(yīng)用技術(shù)指標(biāo)、多方案比選、長(zhǎng)大縱坡控制、防災(zāi)抗災(zāi)、保護(hù)生態(tài)、棄渣處置、互通布設(shè)、橋梁選型、造價(jià)控制等成為復(fù)雜山區(qū)高速公路建設(shè)的關(guān)鍵性技術(shù)問題。

2.1 靈活應(yīng)用技術(shù)指標(biāo)，多層次方案優(yōu)選，控制造價(jià)問題

受地形困難、地質(zhì)復(fù)雜、生態(tài)脆弱等建設(shè)條件控制，復(fù)雜山區(qū)高速公路橋隧比例高、規(guī)模大，工程造價(jià)高，投資巨大。

如何結(jié)合艱巨復(fù)雜的建設(shè)條件，著力于防災(zāi)避災(zāi)、抗災(zāi)減災(zāi)、生態(tài)保護(hù)，靈活運(yùn)用技術(shù)指標(biāo)，合理優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，針對(duì)重點(diǎn)工程、難點(diǎn)路段、重大不良地質(zhì)地段，從路線布設(shè)、特殊處治措施、橋隧結(jié)構(gòu)選型、互通立交型式等方面多層次進(jìn)行多方案比選，是減小工程規(guī)模、降低實(shí)施難度、控制工程造價(jià)的關(guān)鍵。

2.2 高烈度地震區(qū)、地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)公路防災(zāi)、抗災(zāi)問題

復(fù)雜山區(qū)高速公路多位于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)，地震烈度高，地層破碎，構(gòu)造發(fā)育，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，地震及其誘發(fā)的次生災(zāi)害對(duì)公路交通的安全暢通危害極大。

加強(qiáng)公路防災(zāi)、抗災(zāi)技術(shù)研究，應(yīng)從路線布設(shè)的防災(zāi)避災(zāi)、工程結(jié)構(gòu)的抗震減災(zāi)采取行之有效的防治措施，從根本上提高公路的防災(zāi)抗災(zāi)能力。

2.3 連續(xù)長(zhǎng)大下坡與冰雪組合段運(yùn)行安全及應(yīng)急救援問題

復(fù)雜山區(qū)高速公路地形抬升大，路線克服高差大，氣候垂直變化明顯，多存在冰雪影響。連續(xù)長(zhǎng)大下坡與冰雪路段的組合，對(duì)運(yùn)行安全極為不利。

應(yīng)從路線布設(shè)、方案比選、平縱線形、路面結(jié)構(gòu)、交通工程等設(shè)計(jì)方面、營(yíng)運(yùn)管理及應(yīng)急救援方面采取主被動(dòng)相結(jié)合的綜合處置措施，提高連續(xù)長(zhǎng)大下坡及冰雪路段的運(yùn)行安全性。

2.4 極其脆弱生態(tài)環(huán)境保護(hù)、巨量棄渣合理處置問題

復(fù)雜山區(qū)高速公路沿線環(huán)境極其脆弱，公路局部開挖山體和坡面將對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響。路基開挖及隧道修建將產(chǎn)生大量棄方、棄渣，由于地形非常復(fù)雜，棄置十分困難。

如何從路線平縱面布設(shè)、分項(xiàng)工程設(shè)計(jì)等方面采取針對(duì)性措施，最大限度地避免和減少開挖，減少挖方、棄方及棄渣規(guī)模，如何合理選擇場(chǎng)地，設(shè)置場(chǎng)址，處置棄土、棄渣，做好棄渣專項(xiàng)設(shè)計(jì)，是保護(hù)沿線環(huán)境、維護(hù)生態(tài)平衡的關(guān)鍵。

2.5 陡峻地形、高烈度區(qū)橋梁選型、設(shè)計(jì)及施工問題

復(fù)雜山區(qū)高速公路施工場(chǎng)地狹窄，材料運(yùn)輸成本高，可施工工期短，路線縱坡大，橋型選擇關(guān)系橋梁設(shè)計(jì)的合理性、可施工性、環(huán)保友好和工程造價(jià)等。

2.6 狹窄地形條件互通選型及沿線設(shè)施場(chǎng)坪布設(shè)問題

橋隧比例高的典型特點(diǎn)決定了復(fù)雜山區(qū)高速公路互通式立交及其服務(wù)、管理設(shè)施場(chǎng)地設(shè)置極其困難，且工程規(guī)模較大。另一個(gè)普遍性問題是互通式立交匝道加減速車道漸變段起、止點(diǎn)與隧道洞口的距離不能滿足規(guī)范要求。

特別是“V”形河谷地貌區(qū)，由于地表橫坡陡峭、地質(zhì)條件復(fù)雜、場(chǎng)地極其狹窄，可選擇的場(chǎng)地位置極少，需要研究和采用互通變異型式，以及與服務(wù)、安全及管理設(shè)施場(chǎng)坪合址設(shè)置的綜合體型式，以適應(yīng)場(chǎng)地條件，安全組織交通，減小工程規(guī)模。

2.7 復(fù)雜艱巨條件下施工組織及規(guī)模、造價(jià)控制問題

復(fù)雜山區(qū)高速公路地形陡峻，施工場(chǎng)地狹窄，區(qū)內(nèi)運(yùn)輸通道單一，施工條件惡劣，控制工程、關(guān)鍵工程點(diǎn)多面廣，工程集中而艱巨，施工極其困難。

從設(shè)計(jì)著手，細(xì)化相關(guān)工程施工方案、施工工藝設(shè)計(jì)，完善施工便道與便橋修建、施工場(chǎng)地建設(shè)、施工用電線路架設(shè)等施工組織設(shè)計(jì)，不漏缺項(xiàng)目，做好永臨結(jié)合工程專項(xiàng)設(shè)計(jì)，打足數(shù)量、費(fèi)用，控制好工程規(guī)模及造價(jià)，是確保建設(shè)順利實(shí)施的關(guān)鍵。

3 復(fù)雜山區(qū)高速公路關(guān)鍵問題解決方案

3.1 綜合選線，靈活應(yīng)用技術(shù)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)建設(shè)總體目標(biāo)

（1）堅(jiān)持貫徹安全選線、地形選線、地質(zhì)選線和環(huán)保選線的原則。

基于運(yùn)行速度的設(shè)計(jì)方法，通過測(cè)算單元運(yùn)行速度，按照相鄰單元運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性良好的要求，動(dòng)態(tài)配置及調(diào)整設(shè)計(jì)指標(biāo)，達(dá)到路線線形的連續(xù)性和協(xié)調(diào)性，并根據(jù)運(yùn)行速度確定分路段營(yíng)運(yùn)最高限速，從而確保車輛行駛安全。

（2）對(duì)技術(shù)指標(biāo)按照功能性、安全性及線形性進(jìn)行分類。

對(duì)影響公路功能性的建筑限界、車道數(shù)、橫斷面寬度、平曲線設(shè)置超高、保證視距等指標(biāo)值應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行，不能突破。

對(duì)影響行車安全的圓曲線半徑及緩和曲線、超高、加寬、縱坡及豎曲線半徑、不同縱坡最大坡長(zhǎng)、合成縱坡等指標(biāo)，必須在滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)靈活應(yīng)用，使平縱橫指標(biāo)連續(xù)、均衡、相互配合，達(dá)到行車安全，與沿線地形、景觀、環(huán)境相協(xié)調(diào)。

對(duì)如平曲線間夾直線長(zhǎng)度、連續(xù)平曲線參數(shù)比、平縱線形組合等線形指標(biāo)可根據(jù)實(shí)際情況靈活掌握。

（3）靈活運(yùn)用路線平縱指標(biāo)值。

路線平面設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮指標(biāo)的均衡性和漸變過渡，連續(xù)平曲線的半徑值應(yīng)由大到小或由小到大漸變布置，相鄰半徑比宜小于2；盡量避免生硬的長(zhǎng)直線，多采用貼切地形的平曲線、S型曲線及卵型曲線，增大平曲線比例；平曲線半徑的極限值應(yīng)在技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證的基礎(chǔ)上采用；直線長(zhǎng)度宜≤20 V，反向曲線間直線長(zhǎng)度宜≥2.5 V，同向曲線間直線長(zhǎng)度宜≥4 V；平曲線盡量避免小偏角，宜≥10°;位于平曲線上的特大、大跨度橋梁，應(yīng)采用與跨度相適應(yīng)的較大平曲線半徑;隧道段平曲線最小半徑宜采用超高≯4%的半徑；隧道洞口前后各3 s運(yùn)行速度行程內(nèi)應(yīng)滿足線形一致性要求，短隧道可不受此限，隧道內(nèi)盡量避免采用S形曲線。

縱面設(shè)計(jì)應(yīng)充分順應(yīng)地形、地勢(shì)，合理采用坡率和坡長(zhǎng)，力求指標(biāo)均衡，避免大坡率、長(zhǎng)坡段，合理設(shè)置凹凸豎曲線，盡量采用較大的半徑，視覺順適，同一平曲線范圍內(nèi)縱坡變化不宜超過2次；特大跨度橋宜采用≤2%的縱坡，對(duì)橋梁高度小于40 m的低矮橋梁，根據(jù)橋型及結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)、構(gòu)造要求，可采用4%～5%的最大縱坡；長(zhǎng)隧道平均縱坡宜采用≤2.5%的縱坡，對(duì)于短隧道，當(dāng)條件受限制時(shí)，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證的基礎(chǔ)上，可采用3%～4%的最大縱坡；平曲線與縱面線形應(yīng)相互配合，當(dāng)平面半徑≥2500 m，縱面坡差≤1%時(shí)，可以放寬。

沾會(huì)高速經(jīng)過優(yōu)化，平曲線最小半徑710 m，最大縱坡4.5%，豎曲線半徑均滿足視覺行駛需要。經(jīng)過小客車、大貨車正向和反向檢算，沾會(huì)高速運(yùn)行速度梯度小于10 km/h/100 m，相鄰路段的運(yùn)行速度差△V85小于20 km/h，則滿足線形的連續(xù)性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 分層次多方案綜合比選，合理確定建設(shè)規(guī)模及投資

（1）重大路線總體方案比選

不遺漏任何有價(jià)值的路線方案，對(duì)重點(diǎn)路段進(jìn)行大范圍海選，擬定多個(gè)不同走廊，分論述性、同精度等層次進(jìn)行綜合比選論證，擇優(yōu)推薦經(jīng)濟(jì)合理的總體方案。

（2）路線局部方案比選

對(duì)地形艱巨、不良地質(zhì)及其次生災(zāi)害、高填深挖、陡坡等地段擬定多個(gè)不同線位，進(jìn)行局部方案比選，優(yōu)選環(huán)境協(xié)調(diào)、經(jīng)濟(jì)合理的方案。

（3）工程方案比選

對(duì)特殊路基處治措施、路基支擋防護(hù)型式、排水構(gòu)造物型式、路面結(jié)構(gòu)型式、橋涵孔跨布置及結(jié)構(gòu)型式、隧道結(jié)構(gòu)及洞門型式、互通式立交位置及型式等，擬定多方案進(jìn)行綜合比選，優(yōu)選功能適用、安全耐久、經(jīng)濟(jì)節(jié)省的設(shè)計(jì)方案，研究和應(yīng)用新結(jié)構(gòu)、新型式、新技術(shù)、新工藝，盡量推行標(biāo)準(zhǔn)化、定型化設(shè)計(jì)，方便工廠化和裝配化施工。

沾會(huì)高速的多層次及多方案比選以降低造價(jià)為核心，圍繞該項(xiàng)目路線曲折、橋隧比例高、地震烈度高及特殊結(jié)構(gòu)物多、長(zhǎng)大縱坡安全、平縱面指標(biāo)優(yōu)化進(jìn)行設(shè)計(jì)。在方案綜合比選的基礎(chǔ)上，最終推薦挖灰溝取直、解家村跨越打車溝、繞避平頂山隧道的組合方案。

3.3 路線整體防災(zāi)，結(jié)構(gòu)抗震減災(zāi)，提高公路抗災(zāi)能力

（1）從路線設(shè)計(jì)角度注重整體防災(zāi)，選擇安全的走廊、安全的線位及安全的構(gòu)筑物。

（2）合理采用利于抗震的路基、橋梁及隧道結(jié)構(gòu)型式，如降低路基填挖高度、選擇路堤通過、盡量避免采用斜橋和小半徑彎橋、降低高烈度區(qū)橋梁高度、減少隧道淺埋及偏壓段落等。

3.4 優(yōu)化路線布設(shè)，完善交安設(shè)施，確保長(zhǎng)下坡運(yùn)行安全

（1）比選優(yōu)化路線平縱線形，改善行車安全條件。

從路線平縱面布設(shè)方面主動(dòng)改善連續(xù)長(zhǎng)大下坡行車安全條件，充分利用地形、地質(zhì)條件，通過繞山咀、支溝，合理增長(zhǎng)坡段長(zhǎng)度、減緩平均縱坡，縱面指標(biāo)力求均勻。

結(jié)合路段地形、地質(zhì)、氣象條件，擬定多個(gè)不同走廊、跨河展線方式的路線方案進(jìn)行綜合比選論證，合理推薦平均縱坡緩、利于運(yùn)行安全的方案。

下坡方向路線盡量靠山一側(cè)布設(shè)，以便避險(xiǎn)車道等安全設(shè)施的設(shè)置，并增加行車安全感。坡底段平面指標(biāo)宜適當(dāng)提高，利于安全避險(xiǎn)。續(xù)長(zhǎng)大下坡段的特長(zhǎng)隧道及長(zhǎng)度＞2 km的長(zhǎng)隧道平均縱坡≤2.5%。

（2）主被動(dòng)措施相結(jié)合，采用設(shè)置避險(xiǎn)車道、綜合設(shè)置交通安全設(shè)施、大小車型分道限速行駛、加強(qiáng)營(yíng)運(yùn)期交通管理和管制等方式，保障連續(xù)下坡運(yùn)行安全。

3.5 保護(hù)環(huán)境，專項(xiàng)處置巨量棄方、棄渣

（1）尊重環(huán)境，綜合選擇公路走廊及路線方案，不破壞是最大的保護(hù)；順應(yīng)環(huán)境，靈活布設(shè)路線及應(yīng)用技術(shù)指標(biāo)，最大限度地保護(hù)環(huán)境；協(xié)調(diào)環(huán)境，合理采用各分項(xiàng)工程結(jié)構(gòu)型式，最小程度地影響環(huán)境；恢復(fù)環(huán)境，重視細(xì)節(jié)處理及景觀設(shè)計(jì)，塑造精美舒適的公路環(huán)境。

（2）盡量減小棄方、棄渣規(guī)模，合理選擇和設(shè)置棄渣場(chǎng)地，專項(xiàng)設(shè)計(jì)永臨結(jié)合棄渣場(chǎng)，加強(qiáng)渣場(chǎng)擋防、排水，做好復(fù)耕還林。

3.6 陡峻地形、高烈度震區(qū)，橋梁選型、設(shè)計(jì)及施工方案

選擇合理的橋型與跨徑，繞避地質(zhì)災(zāi)害；選擇合理的下部結(jié)構(gòu)，適應(yīng)陡坡地形；采用鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)，提高橋梁抗震能力；采用合理的技術(shù)，解決橋隧相連難題；合理確定橋梁修建的預(yù)置場(chǎng)地、構(gòu)件架設(shè)、安全措施。

3.7 靈活布設(shè)互通及沿線設(shè)施，適應(yīng)狹窄場(chǎng)地，減小規(guī)模

（1）轉(zhuǎn)換型樞紐立交在保障交通安全、快速轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，靈活應(yīng)用技術(shù)指標(biāo)布設(shè)匝道平縱面，力求型式緊湊，適應(yīng)和協(xié)調(diào)場(chǎng)地條件，盡量減小占地及工程規(guī)模。

（2）服務(wù)型互通靈活布設(shè)互通匝道及線形、選擇互通位置。轉(zhuǎn)向交通量小的互通可采用簡(jiǎn)易型、菱形、環(huán)道形等型式，場(chǎng)地狹窄的互通可采用變異單喇叭形、T型、Y型等型式。

3.8 場(chǎng)地狹窄陡峻、工程艱巨集中條件下施工及組織

對(duì)于復(fù)雜山區(qū)高速公路施工及組織，應(yīng)加強(qiáng)重點(diǎn)控制工程施工方案設(shè)計(jì)，做好永、臨相結(jié)合工程專項(xiàng)設(shè)計(jì)，完善和細(xì)化指導(dǎo)性施工組織設(shè)計(jì)。

5 優(yōu)化成果

沾會(huì)高速按以上原則經(jīng)過充分的方案比選、優(yōu)化線形設(shè)計(jì)，著力縮短路線長(zhǎng)度，提高長(zhǎng)大縱坡安全性，注重防災(zāi)抗災(zāi)，降低橋高，減少特殊橋梁，合理選取橋隧方案，采用靈活多變的立交型式，降低對(duì)環(huán)境破壞，最終在提高設(shè)計(jì)指標(biāo)的情況下，減少投資約15億元，取得了良好的效果。

6 結(jié)語(yǔ)

復(fù)雜山區(qū)高速公路由于其特殊的建設(shè)條件，在總體設(shè)計(jì)方面提出了更多、更高的要求。設(shè)計(jì)應(yīng)以路線為龍頭，綜合工程設(shè)置、防災(zāi)救災(zāi)、抗震、環(huán)境保護(hù)及施工難度等進(jìn)行總體把握，以便取得更好的使用效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。

U412.36+6

B

1009-7716（2017）11-0021-04

2017-03-21

王茂（1978-），男，四川簡(jiǎn)陽(yáng)人，碩士，高級(jí)工程師，高級(jí)程序員，從事道路咨詢審查工作。

10.16799/j.cnki.csdqyf h.2017.11.006