高原山區(qū)高速公路選線研究★

余蜀予，肖 崗，何云勇，譚 義

(四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610041)

0 引言

某高原山區(qū)高速公路位于四川省阿壩州，全線平均海拔位于3 300 m以上，總長約224 km，雙向四車道，沿途穿越連續(xù)季節(jié)性凍土區(qū)和長江黃河分水嶺。該高速公路不同于一般地區(qū)，建設(shè)條件復(fù)雜，氣候條件惡劣、地質(zhì)條件苛刻和環(huán)保要求嚴(yán)格[1]。本文針對高原地區(qū)高速公路的勘察特點(diǎn)，認(rèn)真分析了設(shè)計(jì)難點(diǎn)和選線基本原則，并以高速公路龍日壩1號～2號隧道段路線方案比選為實(shí)例，介紹了高寒地區(qū)高速公路路線選線的方法，供類似地區(qū)公路選線參考。

1 高原山區(qū)公路的建設(shè)條件及特點(diǎn)

1)地形陡峻、溝谷狹窄、地形起伏大，局部連續(xù)長坡。線路走廊為高山、高原平地、丘狀高原為一體的高原山地地貌，山岳縱橫、地勢高聳，山河相間，橋隧工程規(guī)模大。

2)高海拔、高寒、低溫缺氧。工程區(qū)全線平均海拔達(dá)3 300 m，溫差大，氧氣稀薄，冬季高寒缺氧嚴(yán)重，有效建設(shè)工期較短，實(shí)施難度大。

3)地質(zhì)復(fù)雜，災(zāi)害頻發(fā)，路線工程抗災(zāi)防災(zāi)要求高。線路測區(qū)構(gòu)造發(fā)育，褶皺及斷裂復(fù)雜，次生地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重，存在對項(xiàng)目有較大影響的斷裂：阿壩斷裂、查曲斷裂、安羌斷裂、米亞羅壓扭性斷裂等。全線不良地質(zhì)發(fā)育，主要有：滑坡、泥石流、軟弱地基、季節(jié)性凍土以及涎流冰等。沿線分布有重大環(huán)境敏感區(qū)域：紅原大草原、四川阿壩多美林卡國家濕地公園和馬爾康岷江柏自然保護(hù)區(qū)等。部分路段橋隧比高，隧道及路基棄方量大，廢方處置困難[2]。

4)路線走廊狹窄，存在交通干擾和施工困難的矛盾。區(qū)域內(nèi)省、縣道多為二、三、四級公路，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和高原旅游的興起，其繁忙和擁擠程度與日俱增，存在交通干擾。

5)項(xiàng)目工程規(guī)模大、建設(shè)難度大、造價高。項(xiàng)目區(qū)域地形、地質(zhì)條件復(fù)雜，沿線滑坡、泥石流、崩塌及軟弱地基等不良發(fā)育地質(zhì)導(dǎo)致項(xiàng)目工程規(guī)模巨大。

6)建設(shè)綠色公路，打造品質(zhì)工程要求高。項(xiàng)目作為四川首條高海拔旅游高速公路，為充分體現(xiàn)“交通+旅游”的融合發(fā)展戰(zhàn)略，交通運(yùn)輸部要求建設(shè)成綠色交通示范項(xiàng)目。

2 高原山區(qū)高速的建設(shè)重點(diǎn)

某高速位于丘狀高原段，草原沼澤范圍廣，區(qū)域內(nèi)河流縱橫交錯，軟弱地基范圍大，地形寬緩，存在景觀設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)、自然資源(地下水、土壤、大氣等)保護(hù)、生態(tài)濕地保護(hù)、軟弱路基處治、區(qū)域通道設(shè)置以及棄土處理等建設(shè)重點(diǎn)。

1)區(qū)域沼澤地及軟弱地基范圍廣，應(yīng)查明不良地質(zhì)的范圍及影響區(qū)域，路線設(shè)計(jì)需要結(jié)合地形及不良地質(zhì)綜合考慮，合理運(yùn)用技術(shù)指標(biāo)、降低建設(shè)規(guī)模、有效控制造價。

2)高原景色優(yōu)美，生態(tài)環(huán)境敏感而脆弱，一旦破壞后較難恢復(fù)，應(yīng)注重路基、橋梁等構(gòu)造物與周圍景觀的融合，避免高陡邊坡的防護(hù)方案，盡量消除人工痕跡。

3)高原軟弱路基的處治，路線選擇應(yīng)研究采用對地下水、土壤及大氣等自然資源影響較小、造價經(jīng)濟(jì)、安全可靠的方案。

4)需要合理策劃施工周期，科學(xué)保護(hù)高原草皮植被，對草原表皮土的切割、搬離、培育、回蓋等具有較高的技術(shù)要求。

3 高原山區(qū)高速公路選線基本原則

高原生態(tài)環(huán)境敏感而脆弱，抗外界干擾能力小，自我調(diào)節(jié)和恢復(fù)能力差，工程建設(shè)極易造成高原生態(tài)環(huán)境的破壞[3]，后期植被恢復(fù)困難。因此在高速公路路線布設(shè)時，要充分貫徹“綠色公路”設(shè)計(jì)理念，以保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源為基礎(chǔ)，構(gòu)建高寒地區(qū)高速公路路線設(shè)計(jì)原則。

1)安全選線——安全第一、主動預(yù)防。

道路選線時，要落實(shí)“交通安全理念”。在常規(guī)選線基礎(chǔ)上，針對高原高寒區(qū)、環(huán)境條件苛刻等特點(diǎn)，從安全性、連續(xù)性、均衡性綜合考慮路線走向，隧道群路段通過設(shè)置永臨結(jié)合便道與地方道路連接，便于交通事故救援。運(yùn)用運(yùn)行速度模型判斷車速離散程度與交通事故發(fā)生的相關(guān)性進(jìn)行線性設(shè)計(jì)，降低速差，減少交通事故發(fā)生概率。

2)地質(zhì)選線——避讓為主、處治為輔。

在路線布設(shè)時，應(yīng)堅(jiān)持地質(zhì)選線的原則，首先研究路線走廊內(nèi)的區(qū)域地質(zhì)條件，通過調(diào)查、勘察，查明區(qū)域內(nèi)滑坡體、堆積體及其他不良地質(zhì)，針對大型滑坡體、大型崩塌、大型泥石流應(yīng)主動繞避，對于一些可以工程處治，但處理費(fèi)用較高的地質(zhì)病害體應(yīng)盡量繞避，若確實(shí)無法繞避，則應(yīng)認(rèn)真研究路線方案，對橋梁與路堤、隧道與深路塹進(jìn)行方案比較，充分收集邊界條件，所有路線設(shè)計(jì)方案有的放矢，確保運(yùn)營安全。

3)地形選線——因地制宜、總體協(xié)調(diào)。

在保證行車安全的前提下，路線布設(shè)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場條件靈活選用技術(shù)指標(biāo)，不片面追求高指標(biāo)，也不過分運(yùn)用低指標(biāo)，盡量與地形、地貌、河流充分適應(yīng)，減少高填深挖，宜追求順勢而行，使工程與周圍環(huán)境融為一體。

4)氣象選線——整合資源、確保通暢。

高寒地區(qū)海拔高，晝夜溫差大，冬季漫長。項(xiàng)目建設(shè)應(yīng)充分利用沿線氣象資料，整合相關(guān)資源，優(yōu)化施工組織方案，確保路線在特殊氣象條件和極端惡劣的氣象條件下保持通暢。

5)環(huán)保選線——不擾為上、少擾為本。

高原地區(qū)的生態(tài)環(huán)境脆弱，線路選擇應(yīng)避免穿越保護(hù)區(qū)，最大限度的減少路線對動物遷徙影響。不可避免的穿越風(fēng)景保護(hù)區(qū)時，要處理好路線與周圍自然景觀的關(guān)系，使其相協(xié)調(diào)，達(dá)到“路境交融”“借景發(fā)揮”，不能“因路廢景”。同時謹(jǐn)慎選擇高填深挖方案，科學(xué)有效的處理工程棄方，避免泥石流、滑坡等二次災(zāi)害發(fā)生，破壞原始生態(tài)環(huán)境。

6)政策選線——保護(hù)生態(tài)紅線、基本農(nóng)田。

“綠水青山就是金山銀山”，公路設(shè)計(jì)要充分響應(yīng)國家關(guān)于生態(tài)紅線保護(hù)與基本農(nóng)田保護(hù)的基本政策，科學(xué)合理的選擇線路走廊，對生態(tài)紅線和基本農(nóng)田要避免侵占或者少占。

4 針對高原山區(qū)高速公路選線的技術(shù)措施

1)合理掌握平縱指標(biāo)，控制工程規(guī)模。

設(shè)計(jì)過程中不盲目追求高指標(biāo)，應(yīng)在滿足規(guī)范要求的情況下，合理掌握平縱指標(biāo)，使路線平縱線形與地形吻合，控制橋隧規(guī)模、高填深挖、特殊路基工程，從而有效控制工程造價。

2)加強(qiáng)地質(zhì)調(diào)繪和勘探工作。

為確保路線方案的合理可行、營運(yùn)可靠，在進(jìn)行專業(yè)調(diào)查之前進(jìn)行區(qū)域地質(zhì)調(diào)繪，在充分掌握沿線不良地質(zhì)分布基礎(chǔ)上進(jìn)行線路選線。為確保工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料準(zhǔn)確可靠，需加強(qiáng)地調(diào)和勘探工作。

a.充分收集資料、進(jìn)行調(diào)查測繪，制定周密、細(xì)致的勘察方案，采用綜合勘探方法，提高勘探效率和成果精度，并按照勘探測試、報告編制、成果審定的程序進(jìn)行，以保證勘察進(jìn)度和質(zhì)量。

b.地調(diào)工作：地質(zhì)調(diào)繪是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，通過對沿線軟弱地基、巖土類型、河谷兩側(cè)坡面穩(wěn)定性、階地臺坎穩(wěn)定性、河流側(cè)蝕情況、溝谷泥石流發(fā)展演化趨勢等進(jìn)行調(diào)查分析，才能為路線方案布設(shè)提供可靠的依據(jù)。

c.勘察工作：合理布設(shè)勘探工作量，同時運(yùn)用綜合勘察手段、相互驗(yàn)證，確保工程地質(zhì)勘察質(zhì)量和進(jìn)度。

3)避繞環(huán)境敏感區(qū)。

路線盡可能避繞風(fēng)景區(qū)、自然保護(hù)區(qū)等環(huán)境敏感區(qū)，無法繞避時，采用橋梁跨越或者隧道穿越方案，以減少保護(hù)區(qū)內(nèi)的用地規(guī)模和生態(tài)破壞。

4)設(shè)置一定數(shù)量的橋梁及動物通道。

高原面積分布廣泛，區(qū)域棲息著眾多野生動物甚至國家珍稀保護(hù)動物。因此，路線沿線應(yīng)設(shè)置動物通道，在設(shè)置動物通道時，為減少動物對公路下穿通道的恐懼感，盡可能的選用較大跨徑的橋梁，同時保證分離式橋梁的橋墩對齊，開拓動物的觀察視野，便于野生動物更好的橫穿高速公路。

5)建立健全健康保障機(jī)構(gòu)。

高寒地區(qū)寒冷缺氧，氣候惡劣，克服高原反應(yīng)是公路建設(shè)運(yùn)營所面臨的首要問題，因此在項(xiàng)目研究過程中要始終貫徹“以人為本”的健康理念，提出保證項(xiàng)目建設(shè)和運(yùn)營的健康保障措施，建立相應(yīng)的健康保障機(jī)構(gòu)來應(yīng)對高原地區(qū)的各種突發(fā)情況。

6)注重地質(zhì)選項(xiàng)、地形選線。

結(jié)合地質(zhì)條件擬定線路方案，盡量避開滑坡、泥石流堆積區(qū)、倒石堆、松散的洪積扇、不穩(wěn)定的岸坡、陰坡等，在無法避讓時，應(yīng)采取合理可靠的工程措施，確保工程安全、控制工程規(guī)模[4]。

7)采取合理措施，注重環(huán)境保護(hù)。

高原植被脆弱，自然環(huán)境較好，對環(huán)保、景觀要求高，設(shè)計(jì)方案應(yīng)與沿線的自然環(huán)境、人文環(huán)境相協(xié)調(diào)，貫穿生態(tài)環(huán)保設(shè)計(jì)理念，盡量減少開挖面、對用地范圍內(nèi)草皮切割保護(hù)。路基取土盡量選擇遠(yuǎn)離視野植被稀疏的臺地，棄土盡量選擇隱蔽的位置，后期用公路范圍內(nèi)草皮移植綠化。橋墩布設(shè)盡量抬高系梁減小對水流的影響，避免在河槽中心布設(shè)墩柱對河流行洪的影響[5]。

8)全壽命周期及建養(yǎng)一體化設(shè)計(jì)。

對于高原凍土路段，半剛性基層干溫縮作用更加劇烈，微裂縫更為發(fā)育，瀝青路面出現(xiàn)反射裂縫的風(fēng)險也更大。路面設(shè)計(jì)應(yīng)加厚瀝青層，降低半剛性基層層位，可減少車輛荷載及溫度荷載對半剛性基層的影響，減小半剛性基層所承受的溫度應(yīng)力及荷載應(yīng)力，以減緩微裂縫擴(kuò)展速率，同時，較厚的瀝青層也有助于延長瀝青層層底裂縫擴(kuò)展至路表的時間，提高路面耐久性。

5 局部路線選線研究實(shí)例

基于上述高寒地區(qū)高速公路選線的基本原則，并采取相應(yīng)技術(shù)措施，查明并掌握工區(qū)的工程地質(zhì)和氣候水文條件，注重地質(zhì)選線，合理運(yùn)用技術(shù)指標(biāo)，采取科學(xué)合理方案繞避或處治不良地質(zhì)病害體。同時注重環(huán)保選線，盡量避繞風(fēng)景區(qū)、草原沼澤濕地，采取措施有效串聯(lián)路段美景，使線路融入高原美景，以解決高寒環(huán)境下選線的困難[6-7]。

5.1 龍日壩1號～2號隧道段

本段路線布設(shè)主要受地質(zhì)地形、施工方案、環(huán)境影響等因素控制。選擇一條地質(zhì)災(zāi)害少、施工方案簡單同時對環(huán)境影響小的方案，是本段選線的關(guān)鍵。根據(jù)區(qū)域受控因素結(jié)合路線選線基本原則，本段提出K線、I線兩條路線方案進(jìn)行比較。路線選線方案示意圖見圖1。

5.2 K線方案

K線起于K123+100，沿山體一側(cè)布線，靠山設(shè)橋梁或路基通過，在跨過河灘地后沿山腳一側(cè)布線，止于K線K133+500。本方案路線全長10.4 km。

5.3 I線方案

I線方案起于K線K123+100，經(jīng)過沼澤地后分別以長900 m,1 010 m的隧道穿越山體，爾后跨過河灘地后沿山腳布線，I線終點(diǎn)IK132+150.059接線于K線K133+500，本方案路線全長9.05 km。K線與I線主要工程規(guī)模見表1。

5.4 多種控制因素下的方案比選

5.4.1 工程規(guī)模

從表1中可知：K線較I線長1.35 km，K線較I線里程增加13.6%，且K線設(shè)置了72°的大偏角曲線，對運(yùn)營里程而言存在較明顯的繞行。I方案橋隧比59.9%，K線無隧道，橋隧比33.0%,從橋隧規(guī)模看K線具有優(yōu)勢，但K線軟基處治工程量較大，里程較I線長1.95 km，同時I線造價較K線少0.37億元，因此從工程規(guī)模比較，I線具有優(yōu)勢。

表1 I線與K線主要工程規(guī)模對比表

5.4.2 地形地質(zhì)

I線選擇隧道方案，隧道位置地質(zhì)條件較好，適宜建設(shè)，但隧道有局部淺埋。K線方案為完全傍山方案，部分路段橫斷面較陡，需設(shè)置順山體半幅橋，還有部分陡斜坡路基，具有一定安全隱患。

5.4.3 施工組織

I線與K線均需要跨越當(dāng)?shù)乜h道(4.5 m寬的碎石道路)，均需要沿路線縱向提前修建施工便道，K線沿河線腐質(zhì)土及軟基深，臨時便道工程規(guī)模較大，因此從施工組織上比較，I線具有一定優(yōu)勢。

5.4.4 施工方案

I線需要新建兩座隧道，長度分別為900 m和1 010 m，屬于中長隧道，施工方案較成熟，難度不大，K線需要設(shè)置一座傍斜坡的半幅橋，橋梁施工方案成熟，I線與K線施工方案基本相當(dāng)。

5.4.5 環(huán)境影響

K線沿河線腐質(zhì)土及流沙層深，橋梁基礎(chǔ)及軟基處治工程較大，施工對沿河茂盛草原破壞較大，容易造成水土流失，也容易對河流造成污染，對高原環(huán)境不利，且I線占用土地較K線少，因此從環(huán)境影響方面，I線具有較大優(yōu)勢。

經(jīng)以上幾種控制因素的綜合比選，I線方案與K線方案在技術(shù)指標(biāo)、工程規(guī)模、地質(zhì)地形、施工組織與施工方案等綜合比較，I線具有工程規(guī)模小、環(huán)境影響小的優(yōu)勢。因此，推薦I線方案。

6 結(jié)語

四川西部高原山區(qū)具有高海拔、高寒、低溫缺氧等典型自然氣候特征，區(qū)內(nèi)群山峻嶺、溝壑縱橫，地形起伏大，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，災(zāi)害頻發(fā)等眾多難點(diǎn)，對高速公路選線提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。本文以四川省阿壩州某高速公路選線為例，從平縱指標(biāo)合理掌握，地質(zhì)測繪和勘探，地形地質(zhì)選線、環(huán)境敏感區(qū)選線，全壽命周期及建養(yǎng)一體化設(shè)計(jì)等方面提出了具體的選線技術(shù)措施，可供類似地區(qū)高速公路選線參考。