淺談庫(kù)區(qū)還建公路總體方案設(shè)計(jì)

倪小軍，白秀銀

(1.四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，成都 610041；2.成都理工大學(xué)，成都 610059)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，高壩蓄水電站的建設(shè)越來(lái)越多，原有沿江(河)公路被淹沒(méi)，需在既有走廊還建公路。還建公路作為水電站建設(shè)的配套工程，實(shí)施的好壞關(guān)系到沿線群眾的出行、地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及電站的整體經(jīng)濟(jì)效益。之前多停留在對(duì)已建水庫(kù)周邊的淹沒(méi)影響區(qū)范圍內(nèi)修建公路方面的研究，也就是“先水庫(kù)后公路”的思路[1]，結(jié)果造成了一系列負(fù)面影響。比如某水電站庫(kù)區(qū)還建公路于2010年建成，受庫(kù)區(qū)蓄水影響，沿江(河)傍山道路邊坡多處發(fā)生滑坡、山體發(fā)生變形等地質(zhì)災(zāi)害，安全隱患比較突出，2013年交通被迫中斷，靠應(yīng)急便道通行，不得不再次對(duì)還建道路進(jìn)行改線建設(shè)。在原來(lái)投資基礎(chǔ)上造價(jià)增加、電站需要降低蓄水位來(lái)減緩對(duì)應(yīng)急便道的影響，由此引起水電站發(fā)電量減少甚至停止發(fā)電，經(jīng)濟(jì)損失大。還有其他類似還建道路，剛建好后由于道路質(zhì)量原因(受淹沒(méi)水位庫(kù)岸影響)就進(jìn)行改建，難以交工，甚至工程界認(rèn)為“建電站的人不會(huì)建公路”“庫(kù)區(qū)還建公路總是失敗的路”。針對(duì)庫(kù)區(qū)還建公路的特點(diǎn)，本文以某還建公路為研究背景，提出水庫(kù)淹沒(méi)區(qū)還建公路總體設(shè)計(jì)原則及方法。

1 庫(kù)區(qū)還建公路特點(diǎn)

高壩電站通常位于高山峽谷地區(qū)，具有水源穩(wěn)定、容量大、人煙稀少等特點(diǎn)[2]，在其庫(kù)區(qū)修建還建公路，其主要特點(diǎn)：1)由于高壩的建設(shè)導(dǎo)致水位增高，陡峻的峽谷加劇了地形條件的難度、建設(shè)的復(fù)雜性和艱巨性；2)庫(kù)區(qū)泄洪、清庫(kù)及風(fēng)浪等引起水位變化，致使庫(kù)岸再造，可能誘發(fā)新的滑坡，甚至基巖滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，這種影響必然存在，這就導(dǎo)致路線標(biāo)高被限制在一定范圍之內(nèi)，無(wú)法充分利用有利地形[3]；3)地形陡峻，上有懸崖峭壁，下有庫(kù)區(qū)深水，無(wú)現(xiàn)成道路可通行，工作面小[4],施工難度大；4)施作過(guò)程中相互干擾大，這就要求設(shè)計(jì)方案的可實(shí)施性和精細(xì)化程度要求高。因此，為了使還建公路設(shè)計(jì)方案達(dá)到最佳，要求在一般公路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，充分考慮上述特點(diǎn)，全過(guò)程貫徹動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理念，不斷對(duì)設(shè)計(jì)成果進(jìn)行優(yōu)化完善。

2 還建公路設(shè)計(jì)要素

本文結(jié)合位于金沙江上游河段某水電站還建公路的設(shè)計(jì)，并結(jié)合水位、庫(kù)岸影響范圍、不良地質(zhì)的類型、規(guī)模、潛在危害程度，從考慮還建公路與移民安置點(diǎn)的關(guān)系、現(xiàn)有路網(wǎng)的有效銜接以及與水壩山體段路線方案的擬定等幾個(gè)方面探析了庫(kù)區(qū)公路總體設(shè)計(jì)方案應(yīng)該考慮的因素。整個(gè)過(guò)程中堅(jiān)持和貫徹庫(kù)區(qū)還建公路總體設(shè)計(jì)原則和方法，較大程度提高了工程的安全性，降低了工程建設(shè)的難度、節(jié)省了工程造價(jià)和后期營(yíng)運(yùn)維護(hù)費(fèi)用，取得了明顯效果。尤其通過(guò)近3年的營(yíng)運(yùn)(一般蓄水后前3年是庫(kù)區(qū)還建公路受庫(kù)岸影響最嚴(yán)重的時(shí)段)，相較同類庫(kù)區(qū)還建公路是一個(gè)比較成功的案例。其設(shè)計(jì)要素主要有以下幾個(gè)方面。

1)移民遷建工程

對(duì)于庫(kù)區(qū)公路，除了一般公路所要求的控制點(diǎn)外，需考慮移民遷建(集中安置點(diǎn))工程與路線方案的關(guān)系。還建的集鎮(zhèn)及移民安置點(diǎn)的對(duì)外交通一般通過(guò)復(fù)建公路解決，總體方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)充分結(jié)合集鎮(zhèn)及安置點(diǎn)規(guī)劃綜合設(shè)計(jì)，通過(guò)復(fù)建公路將集鎮(zhèn)與安置點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)[5]，盡量做到“近鎮(zhèn)而不進(jìn)鎮(zhèn)”，真正做到還建道路服務(wù)沿線民眾和帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)，如圖1所示。還建公路以“以人為本，服務(wù)人民”為目的，推薦采用相對(duì)繞行的方案，充分考慮移民安置點(diǎn)，而順直的方案為一般常規(guī)公路設(shè)計(jì)所采用的方案。

圖1 安置點(diǎn)與還建路線的關(guān)系

2)現(xiàn)有路網(wǎng)與還建公路有效銜接

電站蓄水淹沒(méi)后，還建公路將代替原有公路功能，原有路網(wǎng)原則不進(jìn)行改變。對(duì)原沿支溝出行的公路(標(biāo)高相對(duì)較低)如何與還建公路有效銜接至關(guān)重要。某還建公路跨越支溝，標(biāo)高較鄉(xiāng)道高約 20 m，兩端均為隧道，鄉(xiāng)道標(biāo)高相對(duì)較低，與庫(kù)區(qū)蓄水位標(biāo)高基本一致，如圖2所示。一般情況下該溝采用橋梁跨越，但對(duì)于庫(kù)區(qū)道路設(shè)計(jì)需要考慮原鄉(xiāng)道與還建公路銜接，若仍采用橋梁方案，鄉(xiāng)道就需要沿坡面展線至洞口路基段接線(橋梁段不宜平交)，安全隱患極大，且不利于后期隧道洞口作業(yè)面的施作。本文提出了對(duì)于此類情況，在地質(zhì)條件許可、且不會(huì)對(duì)新建工程構(gòu)成庫(kù)岸影響的情況下，宜采用高填路基+涵洞+改路(路基明線段中間設(shè)置平交)[6]方式銜接。這樣考慮的優(yōu)點(diǎn)一是交叉位置朝中間調(diào)整，增大雙向行駛的會(huì)車視距和停車視距，降低有可能撞車的安全隱患；二是隧道渣可充分利用，減少?gòu)U方數(shù)量；三是為后期隧道施作提供了洞口施工場(chǎng)地；四是為隧道變電所提供了位置。這也是區(qū)別于一般道路設(shè)計(jì)的不同之處。

圖2 地方道路與還建路線的關(guān)系

3)繞壩段總體方案

由于電站壩址一般設(shè)置在地質(zhì)條件相對(duì)較好、河谷相對(duì)狹窄的地段，修建電站時(shí)原公路被占用，且減少了與壩址區(qū)的干擾，便于壩址區(qū)施工和安全，但還建公路的位置受到限制，基本都采用隧道繞行，因此該段還建道路方案的選擇至關(guān)重要，尤其要先弄清楚壩軸線與還建公路的交叉位置，如圖3所示。該種情況必須考慮蓄水位與隧道之間的高程關(guān)系。根據(jù)多個(gè)繞壩隧道的后期運(yùn)營(yíng)情況，對(duì)壩軸線與還建路交叉位置的高程必須高于庫(kù)區(qū)蓄水位，否則該隧道因庫(kù)區(qū)水壓過(guò)大而滲水，成為電站庫(kù)區(qū)的另一個(gè)泄水通道，嚴(yán)重影響后期通行。隧道進(jìn)口受水位標(biāo)高制約，隧道出口段受既有場(chǎng)鎮(zhèn)高程限制，要同時(shí)滿足進(jìn)出口標(biāo)高，需要通過(guò)隧道展線，而采用相對(duì)迂回的隧道方案。

圖3 壩軸線與還建路線的關(guān)系[7]

3 還建公路設(shè)計(jì)原則

公路勘察設(shè)計(jì)中應(yīng)貫徹執(zhí)行交通運(yùn)輸部典型示范工程所倡導(dǎo)的“安全、環(huán)保、舒適、和諧 ”理念和“六個(gè)堅(jiān)持，六個(gè)樹立”的要求，以詳盡的地質(zhì)資料為基礎(chǔ)，在保證公路使用功能、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、服務(wù)水平的情況下，以路線總體方案為主導(dǎo)，對(duì)公路工程建設(shè)進(jìn)行宏觀把控，體現(xiàn)了頂層設(shè)計(jì)思想和意圖[8]；設(shè)計(jì)過(guò)程中主要采用深化各專業(yè)工程方案，減少施工及養(yǎng)護(hù)成本，控制工程造價(jià)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全壽命周期效益最優(yōu)化的方法。根據(jù)庫(kù)區(qū)還建公路特點(diǎn)，擬定其總體設(shè)計(jì)原則：

1)盡可能利用老路現(xiàn)有走廊，符合既有經(jīng)濟(jì)走廊的經(jīng)濟(jì)帶動(dòng)和民眾出行習(xí)慣。

2)庫(kù)區(qū)內(nèi)公路明線(路基或橋梁段)方案一般距離庫(kù)區(qū)水面較近，運(yùn)營(yíng)期間車輛一旦沖出公路，后果不堪設(shè)想。應(yīng)加強(qiáng)類似段落的安全設(shè)計(jì)。即應(yīng)注意線形組合盡量協(xié)調(diào)，避免采用過(guò)低的指標(biāo)，有條件的段落應(yīng)灌輸寬容設(shè)計(jì)理念。

3)應(yīng)收集沿線移民集鎮(zhèn)及安置區(qū)的總體規(guī)劃，充分考慮與其區(qū)域路網(wǎng)合理銜接。

4)盡量采用與地形相適應(yīng)的展線方案，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害采用“避重治輕”的方法，以減少對(duì)沿線脆弱生態(tài)環(huán)境的影響。

5)設(shè)計(jì)中應(yīng)因地制宜，不片面追求高指標(biāo)，使造價(jià)和指標(biāo)達(dá)到一個(gè)合理的水平，工程節(jié)約的觀念體現(xiàn)在項(xiàng)目的全壽命周期上，而不是前期的工程投資。

6)充分考慮施工的可實(shí)施性和便利性，避免后期施工過(guò)程中產(chǎn)生大的方案性變更。

4 還建公路設(shè)計(jì)方法

公路線形設(shè)計(jì)是總體設(shè)計(jì)的體現(xiàn)和精華所在，設(shè)計(jì)合理與否，不僅關(guān)系到公路建設(shè)質(zhì)量的好壞，還將有可能直接影響到道路的營(yíng)運(yùn)安全和電站的綜合效益。筆者認(rèn)為，可從以下幾個(gè)方面來(lái)把握。

1)平縱線形的協(xié)調(diào)

在初步擬定方案前，首先調(diào)查水庫(kù)的水位標(biāo)高，尤其需關(guān)注同一庫(kù)區(qū)不同河段因水位標(biāo)高不同，導(dǎo)致對(duì)工程建設(shè)的影響不同。路線擬定應(yīng)充分預(yù)估水位變化對(duì)路線的影響，根據(jù)庫(kù)岸邊坡的地質(zhì)條件預(yù)判蓄水(或洪水位)對(duì)邊坡的影響，合理選擇路線高度，盡量使路線布設(shè)于水位影響區(qū)之外。在充分結(jié)合地形，特別是穩(wěn)定臺(tái)地的地段，充分利用地物、控制點(diǎn)等因素的基礎(chǔ)上初步擬定方案，然后根據(jù)該方案進(jìn)行初步地質(zhì)調(diào)繪和部分地質(zhì)勘探，基本摸清沿線主要不良地質(zhì)災(zāi)害分布情況，據(jù)此估算庫(kù)岸再造的影響范圍。由于目前技術(shù)水平有限，還不能準(zhǔn)確判定坍岸區(qū)的準(zhǔn)確范圍，具體設(shè)計(jì)往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判定，然后再考慮一定的安全范圍[9]。對(duì)目前技術(shù)不能弄清或不確定的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)盡量采取繞避的方式。

2)安全設(shè)計(jì)的融入

設(shè)計(jì)構(gòu)思、設(shè)計(jì)過(guò)程、設(shè)計(jì)方案的選取工作都應(yīng)是在確保司乘人員和當(dāng)?shù)鼐用竦纳拓?cái)產(chǎn)安全的前提下進(jìn)行，安全設(shè)計(jì)的原則必須融入到設(shè)計(jì)中去。在擬定路線方案時(shí)，應(yīng)做好平面、縱面、橫斷面三者間的組合，并與自然環(huán)境相協(xié)調(diào)。即平面圓曲線半徑不宜過(guò)大，否則平曲線過(guò)長(zhǎng)，會(huì)使駕駛者感到疲勞，地形條件受限時(shí)，方可采用一般值，地形特別困難而又不得已時(shí)才采用極限值[7]；縱斷面設(shè)計(jì)一般以平緩坡度為宜，不宜采用最大縱坡和不同坡度的最大坡長(zhǎng)，同時(shí)應(yīng)采用較大的豎曲線半徑(一般應(yīng)滿足路線規(guī)范規(guī)定的視覺需要的最小豎曲線半徑)；橫斷面設(shè)計(jì)應(yīng)樹立寬容設(shè)計(jì)理念，使司乘人員感到安全、舒適。同時(shí)，在路線平、縱方案基本確定后，應(yīng)根據(jù)運(yùn)行速度計(jì)算方法對(duì)雙向運(yùn)行速度進(jìn)行預(yù)測(cè)，并將此與設(shè)計(jì)速度進(jìn)行協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)。當(dāng)協(xié)調(diào)性較差時(shí)，應(yīng)調(diào)整平縱面或?qū)υ撀范蔚南嚓P(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安全性驗(yàn)算。尤其是對(duì)于庫(kù)區(qū)常見的一半臨庫(kù)區(qū)深水，一半臨陡峻山崖的全隱患地段，應(yīng)提高安全防護(hù)等級(jí)，確保車輛不至墜入庫(kù)區(qū)內(nèi)。

3)生態(tài)環(huán)保理念的運(yùn)用

環(huán)境保護(hù)是我國(guó)當(dāng)前重要的一項(xiàng)基本國(guó)策。還建道路所在區(qū)域一般溝壑交錯(cuò)，橫坡陡峻，地質(zhì)、地形、水文條件復(fù)雜，地質(zhì)病害多，生態(tài)環(huán)境脆弱，一旦破壞很難恢復(fù)[10]。因此在總體設(shè)計(jì)過(guò)程中，堅(jiān)持“以人為本、可持續(xù)發(fā)展、尊重自然、順應(yīng)自然、和諧統(tǒng)一”的設(shè)計(jì)理念，從整個(gè)路域景觀系統(tǒng)進(jìn)行綠化美化，充分考慮景觀功能，全面發(fā)揮現(xiàn)有自然地貌植被的功效，做好公路建設(shè)的環(huán)保工作，減少因公路建設(shè)導(dǎo)致的環(huán)境污染，保護(hù)和維護(hù)自然生態(tài)平衡。在滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)前提下，考慮環(huán)境保護(hù)和邊坡的修復(fù)，主要措施為：1)合理利用地形條件、減少對(duì)沿線房屋的拆遷、減少經(jīng)濟(jì)林木的占用，盡最大可能地減少路基的開挖及對(duì)周邊植被的破壞，保護(hù)沿線生態(tài)環(huán)境，使公路與自然環(huán)境協(xié)調(diào)；2)通過(guò)綠化工程措施，適地種樹植草，注重結(jié)構(gòu)物形式和表面美觀，必要時(shí)通過(guò)植物掩飾、綠化方式的變化、材料修飾或人文裝飾，掩蓋人工痕跡，使公路與沿線自然環(huán)境渾然一體，景觀自然優(yōu)美；3)對(duì)環(huán)境敏感點(diǎn)應(yīng)采取環(huán)保工程措施進(jìn)行控制和處理，將各種污染減少到最低程度。

4)精細(xì)化設(shè)計(jì)

庫(kù)區(qū)公路路線選擇特別要求的是精細(xì)化設(shè)計(jì)。即根據(jù)逐樁橫斷面方案情況，結(jié)合地質(zhì)地形條件，充分考慮填挖邊坡高度、穩(wěn)定性、全挖或半填半挖路基擋防設(shè)置的可實(shí)施性、經(jīng)濟(jì)性以及安全性等[11]。若不合適，則需調(diào)整平面或縱面線形，堅(jiān)持全過(guò)程動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理念，直至達(dá)到可實(shí)施、經(jīng)濟(jì)、安全合理的方案為止。

5 結(jié)束語(yǔ)

水電站庫(kù)區(qū)公路是一項(xiàng)空間跨度大的線性工程，地形地質(zhì)條件差異大，涉及各種復(fù)雜地形和地質(zhì)條件。因此在公路設(shè)計(jì)前, 必須深入研究庫(kù)區(qū)公路的特點(diǎn)，結(jié)合已有類似道路的經(jīng)驗(yàn)，擬定合理的方案。

1)庫(kù)區(qū)修建公路受到蓄水標(biāo)高以及岸坡影響，為了使項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)方案達(dá)到最佳，要求在一般公路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，充分考慮其特點(diǎn)，全過(guò)程貫徹動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理念，不斷對(duì)設(shè)計(jì)成果進(jìn)行優(yōu)化完善。

2)庫(kù)區(qū)還建公路總體設(shè)計(jì)除采用傳統(tǒng)的常規(guī)公路設(shè)計(jì)方法外，還應(yīng)充分考慮庫(kù)岸的影響范圍、移民遷建工程、地方道路以及后期施作的可行性，從而擬定合理的方案。