成都經(jīng)濟(jì)區(qū)環(huán)線高速公路局部路線優(yōu)化研究

劉文軍 （中國(guó)鐵建昆侖投資集團(tuán)有限公司，四川 成都 611730）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,高速公路建設(shè)也受到社會(huì)各界的高度重視。環(huán)線高速公路路線設(shè)計(jì)決定了公路線形,而公路線形不合理又會(huì)威脅行車(chē)安全，相關(guān)研究人員針對(duì)某些部分地域?qū)Ω咚俟肪植柯肪€優(yōu)化進(jìn)行了研究[1-5]。陳悅[6]首先闡述了六枝至安龍高速公路的工程概況,并基于路線的范圍對(duì)六枝至安龍高速公路路線的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了分析研究,最后提出了優(yōu)化的設(shè)計(jì)策略；張金亮[7]論述山區(qū)高速公路線路設(shè)計(jì)的意義以及優(yōu)化路線設(shè)計(jì)的基本原則,并根據(jù)工程實(shí)例,圍繞地質(zhì)選線、安全選線及環(huán)境選線3個(gè)方面展開(kāi)探究；彭華[8]對(duì)山區(qū)高速公路路線優(yōu)化及互通選型經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)分析；胡衛(wèi)國(guó)[9]結(jié)合廣西崇左至靖西高速公路崇左至大新段對(duì)路線方案的優(yōu)化，初步設(shè)計(jì)路線方案比選，對(duì)公路路線優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，提出了該工程路線設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案。

綜上所述，隨著高速公路的建設(shè)加快，已有較多關(guān)于公路的斷面設(shè)計(jì)優(yōu)化、路線方案比選研究，但由于不同高速公路地質(zhì)情況的巨大差異以及實(shí)際建設(shè)環(huán)境的不同，導(dǎo)致不同研究可能并不適用于相關(guān)工程局部，因此以成都經(jīng)濟(jì)區(qū)環(huán)線高速公路蒲江至都江堰段工程為依托，在詳細(xì)闡述工程地質(zhì)的情況下，對(duì)公路路線局部?jī)?yōu)化選線進(jìn)行研究，為今后類(lèi)似工程選線設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

1 工程簡(jiǎn)介

1.1 項(xiàng)目概況

成都經(jīng)濟(jì)區(qū)環(huán)線高速公路蒲江至都江堰段高速公路工程，至西來(lái)、復(fù)興鎮(zhèn)，主線全長(zhǎng)12.1km。項(xiàng)目區(qū)交通道路有國(guó)道G318、S106、成青線、彭青線、聚青線、聚興線及縣道A26、A30等，交通便利，進(jìn)入工點(diǎn)多有通村公路到達(dá)。全線共設(shè)置互通式立交3座；服務(wù)區(qū)一處；主線特大橋2座、大中橋梁2座；天橋16座。

1.2 自然地理概況

項(xiàng)目區(qū)以平原微丘地形為主，由東向西從成都平原逐漸以丘陵地形過(guò)渡到龍門(mén)山脈。總體上，地形呈東低西高的趨勢(shì)，路線走廊主要在成都平原和龍門(mén)山過(guò)渡地帶的丘陵區(qū)展布。沿線主要為岷江水系，主要河流為蒲江河等。區(qū)內(nèi)水系密布，河流水量隨季節(jié)變化較大。

項(xiàng)目區(qū)地處龍門(mén)山地震帶東部的揚(yáng)子地臺(tái)邊緣，龍門(mén)山地震帶地震活動(dòng)頻繁。線路起點(diǎn)至K319+000地震動(dòng)峰值加速度為0.10g，屬I(mǎi)度地震區(qū)；線路起點(diǎn)至K319+000Ⅱ類(lèi)場(chǎng)地的地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45s。

2 巖土工程地質(zhì)性質(zhì)及特征

2.1 不良地質(zhì)與特殊性巖土

路線K306+900-K319+000段特殊性巖土主要為軟弱土以及膨脹土地基。

2.1.1 特殊性巖土

①軟弱粘性土：主要分布于沿線的低洼魚(yú)塘、水田及苗圃之中，厚度一般為0.6～7.0m，其含水量高，孔隙比大，壓縮模量大，物理力學(xué)性能差。沖積平原地段以及高階的谷地，由于地勢(shì)低，易積水，地表有一層厚度0.5～3.0m的表層軟土，該層土含水量高，地基承載力低。

②膨脹土及高液限土：項(xiàng)目區(qū)地處成都平原西側(cè)，起點(diǎn)蒲江段K309+200-K319+000出露為中更新統(tǒng)（Q2fg）l冰水堆積地層，其上部為一層粘土，灰黃色、褐黃色夾灰白色網(wǎng)紋，含少量礫石及鐵錳質(zhì)薄膜，土體的自由膨脹率為35%～52.3%，液限指數(shù)為45%～55%，因此判定該土層具有弱膨脹性，且具有一定的高液限特征，土體呈稍濕～潮濕，硬塑～可塑狀態(tài)，厚度變化較大，一般厚4.0～8.0m，遇水膨脹、失水收縮。根據(jù)樂(lè)雅高速公路、簡(jiǎn)蒲高速公路等臨近高速公路建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，該土層路用性能不良，不能直接用作路基填料。

2.1.2 土體工程地質(zhì)類(lèi)型及物理力學(xué)特征

①?zèng)_洪積（Q4al+p）l淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、砂土、卵石土：粘土類(lèi)多呈流塑、軟塑、可塑狀，主要分布于沿線溝谷地段及河流階地、魚(yú)塘水庫(kù)地段，多為褐黃色、淺灰色、灰黑色，厚度0.4～12m。

砂土：多為細(xì)砂，少量為中粗砂，呈薄層或透鏡體狀產(chǎn)出于沖洪積卵石土之間，產(chǎn)出孔數(shù)較少，厚度多為0.4～2m；卵石土，褐黃色、雜色，多呈稍密-中密狀態(tài)，粉質(zhì)粘土或砂礫石充填，主要分布于沿線的河流及河流階地上，溝河床、漫灘及一級(jí)階地厚度較大，厚度多大于15m。

②冰水堆積（Q2fgl）粉質(zhì)粘土、卵石土：主要分布于線路K309+200～K319+000段的河流三、四級(jí)階地地段。粉質(zhì)粘土多呈可塑狀，局部為軟塑狀，含鈣質(zhì)結(jié)核，多為淺黃色夾灰白色斑塊，厚度0.5～13m；卵石土，青灰色、雜色，多呈稍密-密實(shí)狀態(tài)，粉質(zhì)粘土或砂礫石充填，厚度多大于10m，本次鉆探該地層多未揭穿。

2.2 工程地質(zhì)區(qū)段劃分與評(píng)價(jià)

本次勘查工作將全線劃分為如下3個(gè)工程地質(zhì)區(qū)，本標(biāo)段主要為沖積平原區(qū)（I）、構(gòu)造堆積臺(tái)地區(qū)（Ⅱ）。

2.2.1 侵蝕沖積平原區(qū)（I）

主要分布路線K306+900～K309+20段，地貌單元為侵蝕沖積平原，表層覆蓋第四系沖洪積形成的粉質(zhì)粘土、粘土，厚度約1～8m。該段整體工程地質(zhì)條件良好，局部地段魚(yú)塘有厚度約0.5～6.0m淤泥質(zhì)土。

2.2.2 構(gòu)造堆積臺(tái)地區(qū)（Ⅱ）

主要分布路線K309+200～K319+0000段，地貌單元為侵蝕堆積臺(tái)地，表層為中更新統(tǒng)冰水堆積含礫粘土，厚度約1～8m，下部為冰水堆積卵石土，卵石成分為石英巖、石英砂巖等，磨圓度及分選性好，粒徑3～10cm，大者達(dá)30cm，卵石風(fēng)化程度中等，厚度大于20m，鉆孔未揭穿。該段整體工程地質(zhì)條件良好，表層含礫粘上具高液限及弱膨脹特性，路用性能較差，施工不宜直接用作路堤填料，膨脹土挖方路段應(yīng)采用保濕防水措施，并加強(qiáng)路塹邊坡的防護(hù)。

3 局部路線方案的優(yōu)化

3.1 K308-K313段方案優(yōu)化（蒲江縣天華鎮(zhèn)）

本項(xiàng)目在初步設(shè)計(jì)中對(duì)可能的方案進(jìn)行了比較論證，施工圖設(shè)計(jì)階段對(duì)全線多處局部方案進(jìn)行了優(yōu)化。

該段在蒲江河特大橋終點(diǎn)處半徑為1100m，韓石特大橋起點(diǎn)處半徑為1300m，均不滿足視距要求的最小半徑值（2000m）；天華互通范圍內(nèi)平曲線半徑為1500m，線形指標(biāo)較差；在K312+400處與蒲江縣政府重點(diǎn)項(xiàng)目（凱墅特色鄉(xiāng)村酒店）用地紅線部分重疊，該用地為蒲江縣災(zāi)后恢復(fù)重建項(xiàng)目，線位對(duì)其干擾較大，且蒲江河特大橋較長(zhǎng)。

施工圖階段做如下調(diào)整：分別將蒲江河特大橋終點(diǎn)及韓石特大橋起點(diǎn)處半徑加大為2500m、2000m，并將天華互通范圍內(nèi)主線向北側(cè)外移10～25m，主線半徑增大至2000m，進(jìn)一步遠(yuǎn)離別墅區(qū)及新農(nóng)村示范基地，縮短蒲江河特大橋長(zhǎng)220m，線形及經(jīng)濟(jì)性方面得到優(yōu)化，線路優(yōu)化平面如圖2所示。

圖1 項(xiàng)目地理位置圖

圖2 K308～K313段方案優(yōu)化平面圖

3.2 K313～K316段方案優(yōu)化（蒲江縣境）

施工圖階段對(duì)該段下穿成蒲客專(zhuān)處橋墩位置進(jìn)行復(fù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)初設(shè)線位與鐵路橋墩存在干擾。本階段結(jié)合最新實(shí)測(cè)資料進(jìn)行線位調(diào)整，避免了對(duì)鐵路橋墩產(chǎn)生影響，該段調(diào)整范圍約3km，下穿成蒲客專(zhuān)段方案優(yōu)化平面圖如圖3所示。

圖3 下穿成蒲客專(zhuān)段方案優(yōu)化平面圖

3.3 K325～K337段方案優(yōu)化（蒲江縣、邛崍市境）

該段夾直線長(zhǎng)度、緩和曲線長(zhǎng)度、平曲線半徑均較小，不滿足規(guī)范要求；另，初設(shè)線位在K330+500、K330+700處需拆遷2處220kV高壓鐵塔，在K334+470處需拆遷1處110kV高壓鐵塔，本次結(jié)合最新實(shí)測(cè)資料進(jìn)行線位調(diào)整，避免了對(duì)該段高壓鐵塔產(chǎn)生影響，K330段方案優(yōu)化平面如圖4所示。

圖4 K330段方案優(yōu)化平面圖

3.4 K339～K342段方案優(yōu)化（邛崍市工農(nóng)崗小區(qū)段）

原初步設(shè)計(jì)線位在工農(nóng)崗段線型為L(zhǎng)S（200m）一R（1300m）-LS（200m）的平曲線組合，緩和曲線長(zhǎng)度過(guò)短，線形條件較差；定測(cè)期間，工農(nóng)崗小區(qū)群眾認(rèn)為主線與其距離過(guò)近，建議進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。2017年3月10日，該小區(qū)居民提出需將主線調(diào)整至距其最近處30m之外，該要求得到成都市交委、地方政府及業(yè)主同意。針對(duì)該問(wèn)題，本次施工圖階段研究了遠(yuǎn)離方案：保證兩條直線邊不動(dòng)，將R-1300m加大為R-1750m，適當(dāng)增加緩和曲線長(zhǎng)度，調(diào)整后線位距小區(qū)最近處約35.6m，滿足其距離要求，工農(nóng)崗小區(qū)段方案優(yōu)化如圖5所示。

圖5 工農(nóng)崗小區(qū)段方案優(yōu)化平面圖

3.5 K342～K346段方案優(yōu)化（邛崍市馬湖鄉(xiāng)境）

原初設(shè)方案在K343+680-K344+310段為一同向曲線，線型不順暢，且同向圓曲線間直線長(zhǎng)度不滿足6V的要求。施工圖階段對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化取直，調(diào)整后直線長(zhǎng)度為1090.7m。另外初設(shè)K343+700～K343+850段，路線以高填方跨越山間谷底，最大填土高度約23.5m，根據(jù)勘察，該處溝谷軟土厚度6～7m，故將路線適當(dāng)向西側(cè)山體偏移以減少軟弱地基處理，線形及經(jīng)濟(jì)性方面得到優(yōu)化，K343段方案優(yōu)化如圖6所示。

圖6 K343段方案優(yōu)化平面圖

方案工程量比較表 表1

3.6 K368～K369段方案優(yōu)化（大邑縣境）

該段初步設(shè)計(jì)線位在K368+500處與左側(cè)2處養(yǎng)豬場(chǎng)存在較大干擾，最近處約30m，據(jù)調(diào)查，該場(chǎng)養(yǎng)豬約2000頭，共10棟豬棚，均為商品豬，規(guī)模較大。施工圖階段將線位向右側(cè)山上移動(dòng)約50m，通過(guò)設(shè)置聲屏障等措施，減少對(duì)其產(chǎn)生影響，K368～K369段方案優(yōu)化如圖7所示。

圖7 K368～K369段方案優(yōu)化平面圖

3.7 K373～K376+400段方案優(yōu)化

該段初步設(shè)計(jì)線位平面指標(biāo)較低，金星互通范圍內(nèi)半徑僅1000m，且該段構(gòu)造物多，在K374+800處需拆遷一座油氣井（大邑5氣井），在K374+900處拆遷大邑縣果梅研究所和果梅基地。定測(cè)方案將線位向左側(cè)移動(dòng)約240m，平曲線半徑提高至2300m，平面指標(biāo)得到改善，繞避拆遷，綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著，金星互通段方案優(yōu)化如圖8所示。

圖8 金星互通段方案優(yōu)化平面圖

3.8 K377～K381+700段方案優(yōu)化（崇州市境）

該段初步設(shè)計(jì)線位平面指標(biāo)較低，存在兩處隧道，高山廟隧道半徑僅1200m，不滿足隧道內(nèi)視距要求；燈臺(tái)坡隧道穿越冰水堆積層，施工及后期運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)較大，初設(shè)咨詢單位及批復(fù)意見(jiàn)均建議取消該隧道，改用路基通過(guò)。

K線在K376～K381段路線稍顯繞行，需設(shè)置2座隧道，且地質(zhì)條件差，施工圖階段提出沿北側(cè)約550m，取消高山廟隧道及燈臺(tái)坡隧道后匯入K線的方案。初設(shè)與施工圖方案對(duì)比如表1所示，本次施工圖階段將線位向左側(cè)移動(dòng)約550m，同時(shí)結(jié)合縱斷面調(diào)整，取消高山廟及燈臺(tái)坡兩座隧道，并將沿線邊坡高度控制在50m內(nèi)，多余土方可調(diào)運(yùn)至后段平原區(qū)及連接線，燈臺(tái)坡隧道段方案優(yōu)化如圖9所示。

圖9 燈臺(tái)坡隧道段方案優(yōu)化平面圖

3.9 K381+700～K383段方案優(yōu)化

該段初步設(shè)計(jì)線位從天王寺溝及其支線沖溝內(nèi)的溝谷中穿越，地質(zhì)資料成果顯示，該溝谷為一潛在的泥石流溝谷，沖溝兩岸斜坡上出現(xiàn)了多處小型崩塌、滑塌體。從地形條件看，溝谷位置村莊聚集，地類(lèi)以水田為主。施工圖階段將線位沿天王寺溝右岸布置，以半填半挖的方式展布以減少占用溝谷的良田及減少征地拆遷，讓出泥石流通道，如圖10所示。

圖10 天王寺溝段方案優(yōu)化平面圖

4 結(jié)論

本文以成都經(jīng)濟(jì)區(qū)環(huán)線高速公路蒲江至都江堰段工程為依托，詳細(xì)闡述了工程沿線氣象水文、地層巖性、地震地貌等自然條件，由此根據(jù)工程所處條件對(duì)公路路線局部?jī)?yōu)化選線進(jìn)行研究，從滿足視距要求、周邊構(gòu)筑物干擾、現(xiàn)行規(guī)范要求、線型要求、避讓泥石流等方面對(duì)局部線路進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)分析比較提出了適宜該工程的路線設(shè)計(jì)的優(yōu)化原則和最佳方案，提高了工程場(chǎng)長(zhǎng)久使用的安全性，降低了工程建造的難度和節(jié)約了建設(shè)成本，對(duì)今后類(lèi)似工程具有重要的參考和借鑒價(jià)值。