新晉高速公路塊村營至營盤(省界)段總體設(shè)計(jì)探討

李峰偉

(河南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，河南 鄭州 450052)

0 引言

新晉高速公路塊村營至營盤(省界)段全長69.75 km，全部位于河南省新鄉(xiāng)市境內(nèi)，是連接豫、晉兩省沿太行山脈蜿蜒布線的高速通道。路線自南向北依次跨越平原、山前重丘、太行山深山三個(gè)地貌單元，為克服高差，項(xiàng)目在深山段采用螺旋展線。

1 設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

本項(xiàng)目采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，橋涵設(shè)計(jì)車輛荷載：公路Ⅰ級(jí)，主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 主要技術(shù)指標(biāo)表

2 沿線自然地理?xiàng)l件

項(xiàng)目區(qū)域位于華北平原西部邊緣和太行山山嶺地帶，全線共三類地貌單元：路線起點(diǎn)至25 km處，屬于平原微丘地形，地表巖性以第四系粉質(zhì)黏土以及卵石土為主；路線中段25～45 km為溪間及山間盆地地段，屬于重丘區(qū)地形；路線后段27 km為太行山主脈的中南段，峰巒疊嶂，懸崖陡壁，溝壑縱橫，地勢起伏極大，海拔高度800～1 730 m，為典型的深山區(qū)地形。

項(xiàng)目起點(diǎn)至K11+232地震動(dòng)峰值加速度為0.20 g，抗震設(shè)防烈度8°；K11+232～K26+900地震動(dòng)峰值加速度為0.15 g，抗震設(shè)防烈度7°；K26+900至終點(diǎn)地震動(dòng)峰值加速度為0.10 g，抗震設(shè)防烈度7°。

3 項(xiàng)目特點(diǎn)

3.1 項(xiàng)目地形條件復(fù)雜，工程艱巨

路線走廊位于太行山山區(qū)，山脈走勢連綿起伏，河流蜿蜒曲折，起終點(diǎn)高差大，設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h段橋隧比80.4%，其中K25以后線路為項(xiàng)目實(shí)施過程中控制工期的重點(diǎn)和難點(diǎn)工程。

3.2 安全設(shè)計(jì)重要

項(xiàng)目山區(qū)路段為典型的長大縱坡路段，尤其是設(shè)計(jì)速度80 km/h新莊樞紐至終點(diǎn)段，直線距離7 km，路線需克服高差780 m。如何展線克服高差并結(jié)合運(yùn)行速度檢測，加強(qiáng)安全設(shè)施設(shè)計(jì)，適當(dāng)位置布設(shè)休息區(qū)、爬坡車道、避險(xiǎn)車道，提高行車安全性至關(guān)重要。

3.3 本項(xiàng)目沿線自然風(fēng)光優(yōu)美、生態(tài)環(huán)境重要

項(xiàng)目沿線分布有眾多的太行山著名旅游景區(qū)，如八里溝、萬仙山、轎頂山等。路線從轎頂山景區(qū)穿過，所以對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)是本項(xiàng)目的重點(diǎn)。

3.4 區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，地勘工作至關(guān)重要

區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，勘察階段選線中倡導(dǎo)“地質(zhì)先行”的理念，加強(qiáng)沿線地質(zhì)勘察，路線布設(shè)盡量繞避大型不良地質(zhì)區(qū)段，或采取有效的處治措施，降低工程建設(shè)的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。

4 總體設(shè)計(jì)原則

綠色公路就是以節(jié)能減排、資源節(jié)約與循環(huán)利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)為核心價(jià)值理念，減少能源消耗、控制資源占用、保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境、降低溫室氣體和污染排放。綠色低碳是目前交通行業(yè)提出的新的發(fā)展理念，新晉高速公路塊村營至營盤(省界)段因項(xiàng)目所處地理位置特殊，設(shè)計(jì)時(shí)提出“以人為本，綠色低碳”的設(shè)計(jì)原則，堅(jiān)持安全至上的設(shè)計(jì)理念，貫徹綠色低碳設(shè)計(jì)。

5 總體設(shè)計(jì)方案

5.1 路線

5.1.1 地質(zhì)選線

設(shè)計(jì)時(shí)考慮避讓不良地質(zhì)，降低設(shè)計(jì)及施工難度，減少工程措施，從而大大降低施工能耗。K49+000～K51+000段南側(cè)為石英砂巖崩塌巖堆群，且山體節(jié)理發(fā)育，陡崖下面為廣泛分布的崩塌體、巖堆，特別在陡崖南側(cè)，為一垮塌體，垮塌體陡峭且厚度很薄，如路基座落其上極不穩(wěn)定。工可線位基本座落在巖堆上，于陡崖南側(cè)進(jìn)入隧道，初步設(shè)計(jì)階段將隧道入口處線位北移，隧道提前進(jìn)洞，避開陡崖南側(cè)垮塌體，減少了工程安全隱患(見圖1)。

圖1 K49+000～K51+000段地質(zhì)選線平面圖

5.1.2 靈活定線

按照地形選線、環(huán)保選線的原則，靈活運(yùn)用設(shè)計(jì)規(guī)范，合理掌握設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)指標(biāo)，減少對(duì)自然及生態(tài)系統(tǒng)的破壞，減少防護(hù)等工程措施的工程量，降低建設(shè)及運(yùn)營能耗。為減少路線對(duì)轎頂山景區(qū)的影響，將路線向西偏移，以全隧道穿越轎頂山核心景區(qū)，同時(shí)改善南馬鞍隧道和北馬鞍隧道順山而行偏壓嚴(yán)重的問題(如圖2所示)。

圖2 穿轎頂山景區(qū)段環(huán)保選線平面圖

5.1.3 道路縱坡控制

新莊樞紐至終點(diǎn)段，直線距離7 km，路線需克服高差780 m，如何展線克服高差，減緩縱坡，降低車輛行駛在大縱坡路段的能源消耗和安全事故以及在合適位置設(shè)置避險(xiǎn)車道增強(qiáng)行車的安全性，是項(xiàng)目的關(guān)鍵。項(xiàng)目結(jié)合地形對(duì)路線方案進(jìn)行多方案比選，采用如圖3所示的1#方案進(jìn)行螺旋展線，并結(jié)合運(yùn)行速度驗(yàn)算，設(shè)置4處避險(xiǎn)車道及1處停車港灣增加行車安全性。

圖3 多方案比選控制道路縱坡設(shè)計(jì)圖

5.2 路基、路面及排水設(shè)計(jì)

5.2.1 路基設(shè)計(jì)

路基設(shè)計(jì)結(jié)合項(xiàng)目區(qū)域地形、地質(zhì)、水文等特點(diǎn)，從地基處理、路基填料選擇、支擋防護(hù)工程、排水系統(tǒng)以及重點(diǎn)部位路基施工技術(shù)等方面進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目地形起伏大，路基填挖交替較為頻繁，根據(jù)項(xiàng)目區(qū)域料源情況，盡量采用石質(zhì)挖方棄渣，有效減少了路線周邊取土量，保護(hù)耕地資源。特別注意高路堤、深路塹的邊坡穩(wěn)定問題，對(duì)陡坡路堤進(jìn)行路基穩(wěn)定性驗(yàn)算；在受地形限制路段，采用縱向分離式路基，較好地適應(yīng)地形條件，避免產(chǎn)生路基高邊坡或深路塹，減少對(duì)自然山體的破壞，確保路基的穩(wěn)定安全和與自然的和諧統(tǒng)一。

5.2.2 路面設(shè)計(jì)

根據(jù)工可提供的交通量數(shù)據(jù)及現(xiàn)場調(diào)查，晉城至新鄉(xiāng)方向重車較多，為合理確定路面結(jié)構(gòu)，本項(xiàng)目路面結(jié)構(gòu)分左、右幅分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。項(xiàng)目推薦的路面結(jié)構(gòu)方案如表2：

表2 填方段路面結(jié)構(gòu)方案表

5.2.3 路基防護(hù)設(shè)計(jì)

邊坡防護(hù)因地制宜，樹立邊坡綠色環(huán)保的防護(hù)設(shè)計(jì)理念，注重景觀與綠化設(shè)計(jì)，順應(yīng)自然、融入自然。

土質(zhì)路堤和路塹高度H≤5 m時(shí)，邊坡采用植草+灌木的防護(hù)型式；H>5 m時(shí)，采用M7.5漿砌片石拱形骨架內(nèi)植草+灌木防護(hù)。巖石挖方路段，采取光面爆破，避免大規(guī)模開挖，以保持原有巖體的穩(wěn)定性，坡面不采用任何防護(hù)型式，僅在碎落臺(tái)修建花壇、種植攀緣植物綠化防護(hù)。

5.2.4 路基、路面排水設(shè)計(jì)

路基排水設(shè)計(jì)根據(jù)填挖及路基高度合理布置排水設(shè)施，既要確保路基穩(wěn)定，不產(chǎn)生沖刷、滲漏，又要與自然環(huán)境和諧統(tǒng)一。平原區(qū)邊溝采用植草蓄水邊溝。為防止路基產(chǎn)生沖刷、滲漏，各排水設(shè)施之間相接時(shí)，入口處均設(shè)置集水設(shè)施，各排水設(shè)施通過急流槽相銜接，出口處設(shè)置消水池。

5.3 橋涵設(shè)計(jì)

平原區(qū)段跨南水北調(diào)總干渠大橋，進(jìn)行橋面徑流收集專項(xiàng)設(shè)計(jì)，將橋面水收集至專門的收集池內(nèi)。橋面水均通過護(hù)欄內(nèi)側(cè)排水槽縱向排至水源保護(hù)區(qū)以外后，通過豎向引水管，引至橋下。

王海平的《軍隊(duì)思想政治教育接受論》(2002)，對(duì)軍隊(duì)思想政治教育接受的本質(zhì)、特點(diǎn)、類型、過程和機(jī)制等做了探討；王敏的《思想政治教育接受論》(2002)，從縱向和橫向兩個(gè)方面立體地研究了思想政治教育接受機(jī)理；張世欣的《思想政治教育接受規(guī)律》(2005)，概括了古今中外，人們對(duì)思想接受所做的思考，對(duì)接受的內(nèi)涵、特征、機(jī)理、接受者進(jìn)行了分析；近年來有馮穎的《思想政治教育接受心理研究》(2007)、徐永贊的博士論文《思想政治教育接受過程研究》(2006)、趙繼偉的《馬克思主義意識(shí)形態(tài)接受論》(2009)、劉麗瓊的《思想政治理論課教學(xué)接受論》(2009)等。

山區(qū)橋高<80 m的橋梁上部構(gòu)造盡量選用裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，盡量做到標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和施工機(jī)械化，在保證工程質(zhì)量的前提下，加快工程建設(shè)進(jìn)度，加快施工階段模板周轉(zhuǎn)，降低造價(jià)。

為提高結(jié)構(gòu)的使用壽命，降低資源消耗，本項(xiàng)目橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中充分考慮橋梁耐久性需要，結(jié)合項(xiàng)目所在地實(shí)際情況及項(xiàng)目涉及主要結(jié)構(gòu)物構(gòu)造特點(diǎn)采取以下措施：

(1)調(diào)查沿線周邊環(huán)境因素，綜合考慮確定環(huán)境條件為Ⅰ級(jí)，進(jìn)而確定結(jié)構(gòu)混凝土普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力直線形鋼筋最小混凝土保護(hù)層厚度，如：基礎(chǔ)、樁基承臺(tái)為40 mm，墩臺(tái)身、涵洞、梁、板為30 mm等。普通鋼筋采用HRB400級(jí)鋼筋為主，受力鋼筋最小直徑≥12 mm。

(2)橋面積水的滲漏是影響橋梁耐久性的重要因素，橋面水的及時(shí)疏導(dǎo)排放是整個(gè)橋梁設(shè)計(jì)中首先應(yīng)考慮的問題。本項(xiàng)目從路線縱坡設(shè)置開始盡量避免橋上設(shè)置凹曲線及重視橋面水的橫、縱向的輸、排暢通。橋面鋪裝層與橋面調(diào)平層結(jié)構(gòu)之間，設(shè)置防水層；橋面調(diào)平層與預(yù)制板梁之間設(shè)置豎向鋼筋連接；橋面現(xiàn)澆層設(shè)置鋼筋網(wǎng)，伸縮縫端面在護(hù)欄內(nèi)向上翹起，避免了縫內(nèi)水下滲到梁體。

(3)注梁邊梁翼板均設(shè)置滴水槽，既防止雨水侵入主梁，也利于橋梁美觀。

(4)為便于使用過程中主梁的維修、檢測和支座等構(gòu)件的替換，設(shè)計(jì)時(shí)考慮在橋墩及蓋梁上預(yù)留必要的空間和預(yù)埋件。

(5)結(jié)構(gòu)混凝土符合相關(guān)規(guī)范的要求，最大水灰比0.55，最小水泥用量275 kg/m3，最低混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25，最大氯離子含量0.30%，最大堿含量3.0 kg/m3。

(6)提高后張法預(yù)應(yīng)力鋼筋管道壓漿質(zhì)量的措施，要求預(yù)應(yīng)力鋼筋管道壓漿所用水泥漿的抗壓強(qiáng)度應(yīng)≥30 MPa，其水灰比為0.4～0.5。為減少收縮，可通過試驗(yàn)摻入適量膨脹劑。后張預(yù)應(yīng)力體系的管道必須具有密封性能，要求采用有良好密封性能的高密度塑料波形管。管道灌漿材料和灌漿方法要事先通過試驗(yàn)檢測，盡可能降低漿體硬化后形成的氣孔，并采用真空灌漿，必要時(shí)還可以在灌漿材料中摻入適量的阻銹劑。

5.4 隧道設(shè)計(jì)

隧道設(shè)計(jì)貫徹“安全實(shí)用、質(zhì)量可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)”的設(shè)計(jì)原則，在地形、地貌、地質(zhì)條件、氣象、社會(huì)人文環(huán)境等調(diào)查的基礎(chǔ)上，對(duì)隧道的位置、平縱線形與路線整體走向進(jìn)行協(xié)調(diào)：特長、長隧道在有條件的情況下盡量采用標(biāo)準(zhǔn)間距的分離式隧道；中短隧道可采用小凈距隧道；短隧道可采用連拱隧道。

隧道內(nèi)輪廓通過對(duì)單心園、扁平三心圓和三心圓三種斷面形式進(jìn)行綜合比較，結(jié)合隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力特性以及工程造價(jià)等因素，采用拱部為單心半圓，側(cè)墻為大半徑圓弧的單曲墻式襯砌方案。

隧道洞口周圍地形平緩時(shí)，多設(shè)置削竹式洞門，與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)；隧道洞口邊坡較陡且地質(zhì)條件較好時(shí)多采用環(huán)框式洞門；隧道洞口存在偏壓等情況，多采用端墻式洞門；當(dāng)洞口地質(zhì)條件較差時(shí)可選擇翼墻式洞門。

隧道棄渣除部分用于路基土石調(diào)運(yùn)外，其余棄渣必須棄放在設(shè)計(jì)指定的渣場內(nèi)，不得隨意堆砌，避免造成水土流失和環(huán)境破壞。

5.5 交叉工程

互通式立交總體規(guī)劃應(yīng)服從項(xiàng)目功能的要求，妥善處理路網(wǎng)連接和交通轉(zhuǎn)換問題，使地方交通能快速安全集散。全線設(shè)4座互通式立交，平原區(qū)和丘陵區(qū)3處，均較為常規(guī)；山區(qū)段的1處位置選擇較為困難，主要受地形條件、路線平縱指標(biāo)及距隧道口間距控制，總體設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮路線平面線位布置與互通形式的布設(shè)。

5.6 交通工程及沿線設(shè)施

總體設(shè)計(jì)綜合考慮機(jī)電工程內(nèi)容，確保土建工程與機(jī)電工程合理銜接，項(xiàng)目重點(diǎn)加強(qiáng)監(jiān)控設(shè)計(jì)。LED光源比傳統(tǒng)日光燈節(jié)能45%以上，啟動(dòng)時(shí)無延時(shí)、無噪音，光源壽命長，顯色性好，維護(hù)成本低。因此本項(xiàng)目沿線站、區(qū)主樓及附屬用房均采用LED燈照明。

服務(wù)設(shè)施的設(shè)置結(jié)合本項(xiàng)目前后段落服務(wù)設(shè)施設(shè)置情況綜合考慮。項(xiàng)目工可僅在K15+460處設(shè)置輝縣服務(wù)區(qū)，輝縣服務(wù)區(qū)距長濟(jì)高速獲嘉服務(wù)區(qū)35 km，距長濟(jì)高速鳳泉停車區(qū)23.4 km，間距合適。輝縣服務(wù)區(qū)距山西省陵侯高速公路陵川服務(wù)區(qū)86 km，距鶴輝高速輝縣停車區(qū)33.3 km，鶴輝高速輝縣停車區(qū)距候陵高速陵川服務(wù)區(qū)68.2 km，服務(wù)區(qū)間距不合理，設(shè)計(jì)時(shí)在新莊樞紐互通至省界段增加停車區(qū)(如圖4)。

圖4 服務(wù)設(shè)施分布圖

6 結(jié)語

總體設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程，綠色低碳是目前交通行業(yè)提出的新的發(fā)展理念，總體設(shè)計(jì)決定了公路的建設(shè)和運(yùn)營的低碳綠色水平。新晉高速公路塊村營至營盤(省界)段因項(xiàng)目所處地理位置特殊，設(shè)計(jì)時(shí)提出“以人為本，綠色低碳”的設(shè)計(jì)原則，體現(xiàn)了綠色低碳理念，符合我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，可供類似高速公路總體設(shè)計(jì)參考。