復(fù)雜地質(zhì)條件下山區(qū)高速公路總體設(shè)計(jì)與投資控制淺析

孔繁星

摘 要：分析山區(qū)高速公路勘察設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)，從不良地質(zhì)的穿越方案、局部路線方案比選、行車安全、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、施工組織以及項(xiàng)目投資控制等方面提出總體設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：山區(qū);不良地質(zhì);總體設(shè)計(jì);安全;投資控制

受到地形、地質(zhì)條件的直接影響，山區(qū)高速公路有著鮮明的特點(diǎn)：地形、地質(zhì)條件復(fù)雜、工程處置難度及工程規(guī)模大、生態(tài)環(huán)保要求高、施工難度大等。筆者通過(guò)G7611線昭通（川滇界）至西昌段高速公路項(xiàng)目的總體設(shè)計(jì)工作，就復(fù)雜山區(qū)高速公路總體設(shè)計(jì)及投資控制等若干問(wèn)題闡述了實(shí)踐中的體會(huì)與思考。

1 工程概況

G7611 線昭通（川滇界）至西昌段高速公路是《國(guó)家公路網(wǎng)規(guī)劃》（2013-2030年）都勻至香格里拉高速公路的重要組成路段，東西向連接西昌～昭覺(jué)～金陽(yáng)，向西接西香高速，連接香格里拉～木里～鹽源，向東經(jīng)金沙江大橋連接昭通。路線全長(zhǎng)184公里，設(shè)計(jì)速度80 km/h，雙向四車道，路基寬度25.5 m，橋隧比72.33%。

2 西昭高速公路重、難點(diǎn)

2.1 地形、地質(zhì)、氣象極其復(fù)雜，抗災(zāi)要求高

項(xiàng)目區(qū)地處川西南橫斷山系東北緣，穿越盆周丘陵、低山、中山、高山峽谷、高原等多個(gè)地貌單元，沿線穿越高山峽谷、極高山等復(fù)雜地形，海拔高差達(dá)2 000 m以上，氣溫差異大，氣候多變，存在霧、冰雪災(zāi)害。

區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造處于木河活動(dòng)斷裂帶、安寧河活動(dòng)斷裂帶及羅西活動(dòng)斷裂，地層破碎，構(gòu)造發(fā)育，不良地質(zhì)以大體量崩塌、堆積體、滑坡、泥石流、不穩(wěn)定岸坡、高危危巖為主，其次為順層、巖溶等，且項(xiàng)目位于Ⅶ～Ⅸ度地震區(qū)，震級(jí)大，烈度高，活動(dòng)頻繁，抗災(zāi)能力要求高。

2.2 項(xiàng)目技術(shù)難題多，工程規(guī)模大、造價(jià)高

全線橋梁、隧道結(jié)構(gòu)物眾多，橋隧比例達(dá)72.33%，工程造價(jià)高。合理減小建設(shè)規(guī)模，控制工程造價(jià)，節(jié)約投資成本是本項(xiàng)目建設(shè)的重點(diǎn)，路線方案的優(yōu)化選擇、橋隧結(jié)構(gòu)物的合理布設(shè)、橋隧設(shè)計(jì)方案的比選是項(xiàng)目的重點(diǎn)和關(guān)鍵所在。

2.3 沿線生態(tài)環(huán)境極其脆弱，環(huán)境保護(hù)要求高

本項(xiàng)目地處大涼山腹地，項(xiàng)目沿線生態(tài)環(huán)境十分脆弱，氣候干燥寒冷，空氣稀薄，植被稀少，沿線金沙江水系的河流眾多，水土流失十分嚴(yán)重。由于項(xiàng)目隧道比例高，沿線山高坡陡，河谷狹窄，支溝陡峭，棄土場(chǎng)地設(shè)置困難，對(duì)環(huán)境保護(hù)提出了高要求和新課題。

2.4 施工條件艱巨、實(shí)施極其困難

沿線地形困難，施工場(chǎng)地十分狹窄，進(jìn)場(chǎng)條件差，施工條件極其惡劣。

3 總體設(shè)計(jì)解決方案

3.1 重視地質(zhì)勘察，合理選擇不良地質(zhì)穿越方案，確保工程安全

利用“空-天-地”等先進(jìn)勘察手段，通過(guò)宏觀地質(zhì)遙感和地質(zhì)調(diào)繪，配合物探、地質(zhì)鉆探等手段，全面掌握路線走廊范圍內(nèi)不良地質(zhì)發(fā)育情況，分析可能的地震次生災(zāi)害源，開(kāi)展總體方案的擬定：

3.1.1 卸荷裂隙、危巖段落

以“避大—治小—重監(jiān)測(cè)”的原則，對(duì)于線路上方發(fā)育的大規(guī)模卸荷裂隙或高位危巖，治理可行性不大，后期運(yùn)營(yíng)期間安全風(fēng)險(xiǎn)巨大，線路應(yīng)予以繞避;小規(guī)模的危巖，可清除，結(jié)合落石軌跡分析，設(shè)置欄石墻、主被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，對(duì)重點(diǎn)路段，配備不良地質(zhì)體監(jiān)測(cè)設(shè)備，提高運(yùn)營(yíng)期間的安全性。

3.1.2 崩塌段落

通過(guò)勘察地質(zhì)調(diào)繪，詳細(xì)調(diào)查崩塌區(qū)域成因、范圍、厚度、堆積物成分等信息，對(duì)于山坡坡面陡峻、山體不穩(wěn)定、易發(fā)生大規(guī)模的崩塌地段，應(yīng)予以繞避;中小型崩塌，在難以采用繞避方案或采用繞避方案工程規(guī)模較大時(shí)，可采用工程處置，線路穿越時(shí)避免大填大挖，距陡崖坡腳宜有適當(dāng)距離，并采用清除支撐嵌補(bǔ)錨固，結(jié)合柔性防護(hù)網(wǎng)、攔石墻等措施予以綜合防護(hù)。

3.1.3 滑坡段落

加強(qiáng)地質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)勘察，重視對(duì)滑坡形成的工程地質(zhì)環(huán)境的研究。對(duì)大型復(fù)雜的滑坡，應(yīng)予以繞避，小型滑坡，應(yīng)根據(jù)其滑動(dòng)原因和穩(wěn)定性采取排水、支擋、減載等措施進(jìn)行處理，線路通過(guò)滑坡的位置一般選擇滑坡的上緣或下緣。通過(guò)滑坡上緣，以挖方路基為宜，卸載、減輕滑體重量;通過(guò)下緣時(shí)，采用路堤為宜，反壓增加其抗滑力。

3.1.4 泥石流段落

深入開(kāi)展泥石流專項(xiàng)勘察，對(duì)泥石流的物資、流域、形成條件、物緣、斷面流量等做深入調(diào)查分析，對(duì)于特大型或大型泥石流，線路應(yīng)采取繞避;對(duì)于間歇期的泥石流，采用橋梁跨越，原則上采用一跨跨越，在灘地布置橋墩，對(duì)于橋梁主體結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，考慮泥石流淘蝕，基礎(chǔ)相應(yīng)加強(qiáng)，并對(duì)泥石流采用攔擋、排導(dǎo)槽等措施進(jìn)行防護(hù)處理。

3.1.5 順層段落

以路基通過(guò)順層地段，路塹開(kāi)挖（上擋方案）順層切坡高度大，路肩擋土墻（下?lián)醴桨福┗禹槍忧衅赂叨刃。鄬?duì)而言，上擋方案工程技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大，因此，順層地段，“優(yōu)先采用下?lián)?，盡量不做上擋”。

3.1.6 巖溶段落

結(jié)合地質(zhì)調(diào)繪成果，線路盡可能繞避大的坍塌、陷坑、漏斗、暗河，避開(kāi)有利于巖溶發(fā)育的構(gòu)造帶。越嶺地帶應(yīng)抬高線路高程，在山頂溶蝕槽谷內(nèi)露出地面，以路基通過(guò)，同時(shí)縮短隧道，避開(kāi)水平徑流帶，使隧道置于巖溶水（泉群或暗河附近）的季節(jié)變動(dòng)帶之上;如有既有公路、鐵路、引水隧道，線路應(yīng)充分利用既有建筑物形成的漏斗區(qū)，盡可能靠近、標(biāo)高高于并位于該類既有地下建筑物下游方向;巖溶發(fā)育的隧道盡可能設(shè)計(jì)成人字坡，避免反坡排水。

3.2 加強(qiáng)方案比選，充分利用地形，合理規(guī)劃線路、互通及沿線設(shè)施，降低橋隧工程規(guī)模

3.2.1 應(yīng)建立全壽命周期的經(jīng)濟(jì)比較

大方案的比選，不能簡(jiǎn)單的通過(guò)二者工程規(guī)模的比較來(lái)選擇，還應(yīng)在對(duì)外業(yè)地質(zhì)條件充分了解的基礎(chǔ)上，對(duì)施工方案、措施、施工及運(yùn)營(yíng)期間的風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)保、運(yùn)營(yíng)期間的管理費(fèi)用、行車安全等諸多方面進(jìn)行評(píng)判。

3.2.2 局部方案比選

區(qū)域內(nèi)存在重大不良地質(zhì)、復(fù)雜地形條件、控制性構(gòu)筑物、規(guī)劃區(qū)、自然環(huán)境、人文環(huán)境等邊界條件，應(yīng)進(jìn)行局部路線方案比選，在進(jìn)行比選之前，應(yīng)對(duì)此區(qū)域內(nèi)的基礎(chǔ)資料進(jìn)行全面的收集與掌握，核實(shí)控制條件及關(guān)鍵因素，為后面比選做好支撐。

在充分掌握比選段落邊界條件的基礎(chǔ)上，綜合考慮地形、地質(zhì)條件、水文、氣象等因素，首先進(jìn)行總體大思路的考慮（展線位置、重要橋隧工點(diǎn)位置，榜山線選位、越嶺線埡口選位等等），并按不同思路，開(kāi)展局部總體方案設(shè)計(jì)。

各個(gè)方案比選的過(guò)程中，首先要對(duì)制約方案的重大問(wèn)題做好專題研究（如泥石流專項(xiàng)研究、下穿引水隧道的風(fēng)險(xiǎn)專題研究、穿越濕地公園的可行性分析等等），確保方案的可行性;同時(shí)在多方案比選的中，應(yīng)分清主次，分析主要優(yōu)缺點(diǎn)，缺點(diǎn)是否可通過(guò)某些措施改進(jìn)等等，同時(shí)不應(yīng)忽視環(huán)境因素、指標(biāo)采用、駕駛安全、行車舒適、施工難易度以及全生命周期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)造價(jià)情況。

3.2.3 互通立交

山區(qū)高速公路一般轉(zhuǎn)向交通量不大，對(duì)于互通立交的指標(biāo)的采用應(yīng)綜合交通量預(yù)測(cè)成果進(jìn)行合理運(yùn)用。對(duì)于互通立交的選址，應(yīng)盡量避免選擇在地質(zhì)發(fā)育區(qū)域，盡量繞避基本農(nóng)田;對(duì)于交通量較小的互通立交，形式上可采用菱形，在滿足交通功能的前提下，可大幅降低工程投資;對(duì)于互通連接線的布設(shè)，應(yīng)結(jié)合周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)，適應(yīng)地區(qū)發(fā)展，打造高速公路落地門戶工程，切實(shí)提升山區(qū)人民幸福感指數(shù)。

3.3 合理運(yùn)用路線指標(biāo)，加強(qiáng)安全檢查與評(píng)價(jià)，確保運(yùn)營(yíng)安全

山區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)，受控于地形條件、不良地質(zhì)等因素，往往造成高填深挖工點(diǎn)、橋隧工程密集，出現(xiàn)線形組合不當(dāng)、視距不良、越嶺線長(zhǎng)陡縱坡超限等影響行車安全的情況。

對(duì)于長(zhǎng)大縱坡段，在路線設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)重視運(yùn)行速度進(jìn)行檢算，選用合理的剎車溫升模型，預(yù)測(cè)剎車安全臨界點(diǎn)位，合理設(shè)置緊急避險(xiǎn)車道。同時(shí)應(yīng)結(jié)合正向、反向運(yùn)行速度的預(yù)測(cè)成果，采取左右幅不同的超高設(shè)置，適應(yīng)上、下坡不同的運(yùn)行速度。

重點(diǎn)核實(shí)小半徑平曲線，貨車考慮下坡修正下，中央分隔帶內(nèi)側(cè)停車視距無(wú)法滿足要求的情況，如果在橋梁上，考慮工程投資的因素，可以采取調(diào)整路面標(biāo)線局部適當(dāng)壓縮硬路肩寬度（最小不應(yīng)小于1.5 m），加大中分帶內(nèi)側(cè)路緣帶寬度，保證橋面總寬度不變，減小工程規(guī)模，降低施工難度。

3.4 強(qiáng)化環(huán)保意識(shí)，保護(hù)耕地，解決巨量棄渣與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)的技術(shù)問(wèn)題

山區(qū)高速公路棄渣量大，且工程區(qū)內(nèi)多為高山峽谷區(qū)，山勢(shì)陡峭，峰巒疊嶂，溝壑縱橫，谷底幽深，泥石流、崩塌等山地災(zāi)害頻繁，而地形、地質(zhì)條件稍好的區(qū)域基本為農(nóng)田或村鎮(zhèn)聚集區(qū)。巨量的隧道棄渣場(chǎng)選址困難，堆放處治不當(dāng)容易誘發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害。

首先路線盡量繞避農(nóng)田，平縱面布設(shè)、路基邊坡設(shè)計(jì)方面采取針對(duì)性措施，最大限度地避免和減少開(kāi)挖，減少挖方、棄方及棄渣規(guī)模，并把棄渣量納入總體方案比選因素中。

其次需要結(jié)合詳盡的外業(yè)調(diào)查工作，重視棄渣場(chǎng)的選址，做好渣場(chǎng)水土保持設(shè)計(jì)、行洪論證工作。

最后結(jié)合隧道巖性分析，對(duì)隧道棄渣進(jìn)行合理利用，作為筑路材料或路基填料，進(jìn)一步優(yōu)化土石方平衡，并合理安排隧道施工和洞外路基填方段施工工序。

3.5 充分考慮復(fù)雜艱險(xiǎn)段落施工組織，確保工程可行、工籌合理，降低施工措施費(fèi)用

應(yīng)從設(shè)計(jì)著手，需要結(jié)合工點(diǎn)的具體施工建設(shè)等各種條件，重點(diǎn)對(duì)臨時(shí)工程及施工措施進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，確保工程的可實(shí)施性，及全生命周期內(nèi)的工程造價(jià)最優(yōu)。

3.6 投資控制的總體工作思路

山區(qū)高速公路橋隧比高，工程規(guī)模大，造價(jià)高，由于地形、地質(zhì)條件復(fù)雜，后期隨著勘察設(shè)計(jì)的逐步深入，前期可研、初設(shè)階段批復(fù)的投資額往往出現(xiàn)無(wú)法控制的局面，為避免或改善這種情況，在勘察設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)各專業(yè)的投資控制進(jìn)行必要的管控：

宏觀上，召開(kāi)內(nèi)部會(huì)議，強(qiáng)調(diào)項(xiàng)目投資控制的必要性和重要性，按照前階段批復(fù)投資額進(jìn)行投資拆分，給各專業(yè)設(shè)定投資優(yōu)化目標(biāo)，按照制定限額總目標(biāo)、分解目標(biāo)、過(guò)程控制（設(shè)定預(yù)警目標(biāo)）、及時(shí)反饋、調(diào)整目標(biāo)、預(yù)算編制適度調(diào)整、總結(jié)進(jìn)行要求。

確保項(xiàng)目的安全、功能的情況下，做好總體設(shè)計(jì)，降低構(gòu)造物的設(shè)置數(shù)量;比如減少橋梁、隧道長(zhǎng)度，降低墩高、減少填挖等，降低工程規(guī)模。

加強(qiáng)設(shè)計(jì)單位的技術(shù)擔(dān)當(dāng)，從工程方案上進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化;優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，調(diào)整結(jié)構(gòu)處理措施和方案，比如路基防護(hù)工程方案優(yōu)化、隧道的支護(hù)參數(shù)調(diào)整、通風(fēng)方案調(diào)整、斜井方案調(diào)整等。

加強(qiáng)地質(zhì)勘察，盡可能貼合實(shí)際的確保工程安全和優(yōu)化工程措施。

4 優(yōu)化成效

在初步設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，強(qiáng)化勘察手段，查清區(qū)域內(nèi)的不良地質(zhì)，進(jìn)而通過(guò)總體方案的不斷優(yōu)化，施工圖定測(cè)階段繞避高位危巖及大型不良地質(zhì)區(qū)域，避免運(yùn)營(yíng)期間的安全風(fēng)險(xiǎn);并將全線橋梁工程縮減3.662公里，隧道縮減60 m，橋隧比降低4.35%;在工程規(guī)模減小、繞避大規(guī)模不良地質(zhì)體的同時(shí)，還將升坡展線段平均坡度2.56%的長(zhǎng)陡縱坡，優(yōu)化至2.5%規(guī)范以內(nèi)，大幅提高運(yùn)營(yíng)期間的安全。

5 結(jié)語(yǔ)

公路總體設(shè)計(jì)作為這個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)龍頭，也是項(xiàng)目勘察設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵，復(fù)雜山區(qū)高速公路其地形、地質(zhì)相對(duì)復(fù)雜，涉及到的構(gòu)造物眾多，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)勘察力度，查清地質(zhì)條件，選擇合理的工程方案穿越或處置，同時(shí)應(yīng)從工程規(guī)模、施工組織、工程造價(jià)、生態(tài)環(huán)境等諸多角度出發(fā)，建立全生命周期的綜合比較分析，選擇最優(yōu)方案，切實(shí)保證公路工程項(xiàng)目安全、順利實(shí)施。

參考文獻(xiàn)：

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