黃土山區(qū)主要集散國道改建項(xiàng)目路線技術(shù)研究

張文賀

(甘肅省交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730030)

0 引言

黃土山區(qū)地形地貌復(fù)雜，滑坡、崩塌、黃土陷穴等不良地質(zhì)發(fā)育，受地形地貌、不良地質(zhì)、征地拆遷、環(huán)保水保、舊路狀況、資金籌措等因素影響，主要集散國道改建路線方案選擇時(shí)需要綜合考慮舊路利用、城鎮(zhèn)路段布設(shè)、橋涵利用與擴(kuò)建、耕地保護(hù)、保通保暢等因素，加強(qiáng)比較、優(yōu)化與論證，分門別類、因地制宜選用不同技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和等級，選擇合理設(shè)計(jì)參數(shù)，注重與其他專業(yè)的銜接，以此保障改建項(xiàng)目合理、安全、高效地服務(wù)促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展。

1 項(xiàng)目特點(diǎn)

1.1 地質(zhì)情況復(fù)雜

項(xiàng)目多區(qū)屬黃土高原丘陵壑區(qū)(見圖1)，多黃土梁峁和河谷階地，總體呈現(xiàn)梁峁丘陵地貌景觀。區(qū)內(nèi)溝壑縱橫，地形破碎，相對高差較大，項(xiàng)目沿線出露地層主要有第四系上更新統(tǒng)(Q3)風(fēng)積黃土及全新統(tǒng)(Q4)各種成因堆積物。項(xiàng)目區(qū)由于強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，使得溝谷剝蝕較深，基巖風(fēng)化程度高，表層松散堆積物發(fā)育，路段內(nèi)主要不良地質(zhì)有滑坡(滑塌、溜塌及潛在滑坡)、崩塌、采空區(qū)(人為坑洞)等多種類型。

圖1 黃土山區(qū)地形地貌

1.2 耕地、環(huán)保等約束強(qiáng)

雖為舊路改建項(xiàng)目，但由于舊路平縱指標(biāo)較低，路基寬度不足，改造中不可避免地需要新增占地，部分占用土地為基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)和林地，項(xiàng)目區(qū)土地資源緊缺，群眾收入主要來源為土地耕作，且基本農(nóng)田用地指標(biāo)調(diào)劑困難，林地恢復(fù)周期較長[1]。項(xiàng)目沿線分布有不同規(guī)模的環(huán)境敏感區(qū)，包括依法設(shè)立的各級各類自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、飲用水水源保護(hù)區(qū)，以及對改建項(xiàng)目產(chǎn)生環(huán)境影響特別敏感的區(qū)域(居民區(qū)、衛(wèi)生院、學(xué)校等)，生態(tài)環(huán)境保護(hù)要求高，且前期手續(xù)辦理繁雜。

1.3 舊路使用狀況普遍較差

項(xiàng)目現(xiàn)有舊路多為山脊線、越嶺線，部分路段線形指標(biāo)差，局部路段僅能達(dá)到四級公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，上下山路段回頭曲線多，線型指標(biāo)較低、連續(xù)性較差，局部路段視距不良，公路通行能力較低?，F(xiàn)有大部分路段的路面已破損，面層龜裂、坑槽、砂化等病害十分嚴(yán)重，公路抗災(zāi)害能力弱，雨季易發(fā)生水毀，春融季節(jié)易發(fā)生凍脹、翻漿等病害；沿線部分橋梁涵洞建成年代較早，結(jié)構(gòu)整體性差、耐久性差、抗震性能低，不能滿足重載交通通行的需要；沿線標(biāo)志標(biāo)線設(shè)置不夠完備，尤其在視距不良的事故多發(fā)路段缺乏必要的警示標(biāo)志，不利于行車安全。

1.4 其他限制因素多

由于為舊路改建項(xiàng)目，項(xiàng)目沿線一般分布鄉(xiāng)鎮(zhèn)，不可避免地會遇到邊施工邊通車的問題。區(qū)域?yàn)辄S河流域重要涵養(yǎng)區(qū)，歷史文化底蘊(yùn)深厚，文物分布廣泛。黃土山區(qū)部分路段涉及戰(zhàn)國秦長城世界文化遺產(chǎn)文物保護(hù)實(shí)體，根據(jù)《長城保護(hù)條例》中相關(guān)規(guī)定，任何單位或者個(gè)人不得在長城保護(hù)總體規(guī)劃禁止工程建設(shè)的保護(hù)范圍內(nèi)進(jìn)行工程建設(shè)，一般長城保護(hù)范圍為以墻基外緣為基線向兩側(cè)各擴(kuò)50 m，建設(shè)控制地帶為以保護(hù)范圍四周邊界各向外擴(kuò)500 m，設(shè)計(jì)過程中，確實(shí)無法繞避時(shí)，必須布設(shè)橋梁跨越長城遺址段，對長城進(jìn)行保護(hù)。

2 路線方案選擇原則

1)路線方案布設(shè)時(shí)須加強(qiáng)地質(zhì)勘察和分析評價(jià)，結(jié)合黃土山地生態(tài)環(huán)境較弱的實(shí)際，有針對性地對線位進(jìn)行優(yōu)化處理。

2)路線布設(shè)時(shí)須注重不良地質(zhì)的影響，盡量繞避滑坡，減少對線位安全的影響。路線需遠(yuǎn)離溝岸邊緣，留足安全距離，對臨近溝岸及崩塌邊緣段要采取支擋防護(hù)措施。路線布設(shè)需考慮采空區(qū)、黃土陷穴、膨脹性泥巖等路段的處理難度。

3)路線選擇時(shí)要始終堅(jiān)持“十分珍惜”土地資源的原則，將土地保護(hù)和利用貫穿全過程，靈活控制線形指標(biāo)，加強(qiáng)方案比選和線位優(yōu)化，盡量少占或不占耕地，“能占劣地、不占好地”，合理控制路基填挖高度，減少占地寬度。

4)必須貫徹綠色公路設(shè)計(jì)理念，路線方案選擇時(shí)盡可能避讓保護(hù)區(qū)域，對環(huán)境敏感區(qū)域要盡可能滿足規(guī)定距離，并加強(qiáng)交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)，對局部平均縱坡超標(biāo)路段加強(qiáng)安全風(fēng)險(xiǎn)論證，減少工程量[2]。

5)路線方案選擇時(shí)要加強(qiáng)舊路現(xiàn)狀調(diào)查與分析，要科學(xué)認(rèn)識舊路經(jīng)過區(qū)各類病害表現(xiàn)形式及成因，路線布設(shè)時(shí)要全面總結(jié)舊路線位布設(shè)經(jīng)驗(yàn)，盡可能規(guī)避選線風(fēng)險(xiǎn)。

6)設(shè)計(jì)路線方案時(shí)必須盡可能考慮施工階段的保通方式，加強(qiáng)交通組織設(shè)計(jì)，降低項(xiàng)目施工對沿線群眾出行的不利影響，并有利于加快施工進(jìn)度[3]。

7)路線布設(shè)時(shí)要盡可能繞避文物區(qū)，保護(hù)文化遺產(chǎn)，以此減少因文物考古調(diào)查對項(xiàng)目前期和施工階段工期的影響。

8)路線經(jīng)過鄉(xiāng)鎮(zhèn)路段，要綜合考慮現(xiàn)有穿城鎮(zhèn)路段狀況、城鎮(zhèn)規(guī)劃、對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)帶動(dòng)作用、安全性和可實(shí)施性等因素，加強(qiáng)方案比選與論證。

3 路線技術(shù)應(yīng)用效果

結(jié)合黃土山區(qū)主要集散國道改建項(xiàng)目特點(diǎn)，遵循路線設(shè)計(jì)8個(gè)方面的原則，摸清沿線不良地質(zhì)情況，因地制宜選用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和平縱面指標(biāo)，全方位設(shè)計(jì)組合比選，能有效達(dá)到安全、便捷、綠色、經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用效果，實(shí)現(xiàn)提高公路安全性、節(jié)約工程造價(jià)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、提高公路服務(wù)能力、提升經(jīng)濟(jì)社會效益等多重可觀的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3.1 地質(zhì)選線提高公路運(yùn)行安全性

通過加強(qiáng)路線經(jīng)過區(qū)域地質(zhì)情況的勘察與調(diào)查，保證滑坡路段地勘深度與質(zhì)量，徹底查明滑坡類型、滑坡成因、滑坡深度、滑坡區(qū)域和影響范圍，以此確定線位布設(shè)位置，綜合比較繞避或治理后的經(jīng)過方案。對膨脹性泥巖等不良地質(zhì)區(qū)域盡可能予以繞避，穩(wěn)定的老黃土區(qū)可適當(dāng)增加開挖深度以爭取上下山降坡空間，通過綜合地質(zhì)選線來保障項(xiàng)目后期運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。通過加強(qiáng)橋涵調(diào)查、路線交叉調(diào)查、征地拆遷調(diào)查、取棄土及排水調(diào)查、臨時(shí)工程調(diào)查、筑路材料調(diào)查及施工組織、概算資料調(diào)查，與地方政府、相關(guān)部門調(diào)查了解地方城鎮(zhèn)總體規(guī)劃、山水溝河道治理和實(shí)施情況，以及沿線被交道路等規(guī)劃情況，充分征求各方意見，并就主要方案進(jìn)行溝通，提高方案的可行性。

3.2 合理選用技術(shù)指標(biāo)提高舊路利用率

通過應(yīng)用勘設(shè)新技術(shù)，利用GPS和RTK技術(shù)進(jìn)行數(shù)字化勘測，結(jié)合舊路調(diào)查數(shù)據(jù)，利用金思路路線設(shè)計(jì)系統(tǒng)、EI-CAD等設(shè)計(jì)軟件對舊路平縱面實(shí)現(xiàn)高精度擬合[4]，舊路加寬以單側(cè)加寬為主，平面擬合時(shí)根據(jù)加寬方式選擇好中線布設(shè)位置，達(dá)到經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益綜合優(yōu)的效果。根據(jù)舊路平縱面線形及沿線地形、地質(zhì)條件，分段采用不同的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度一般路段采用60 km/h，上下山等條件受限路段采用40 km/h，路基寬度10 m、8.5 m，不同技術(shù)指標(biāo)變化設(shè)過渡段，提高與舊路的適應(yīng)性。鄉(xiāng)鎮(zhèn)路段通過利用舊路穿越和繞開鎮(zhèn)區(qū)規(guī)劃外新布設(shè)路線2個(gè)方案的比選(見圖2)，路基寬度按《城鎮(zhèn)化地區(qū)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG 2112—2021)布設(shè)，或采用地下排水方式爭取行車道與路肩寬度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，達(dá)到因地制宜利用舊路減少征遷的效果。

圖2 某城鎮(zhèn)路段方案比選

3.3 平縱組合設(shè)計(jì)和運(yùn)行速度分析提高行車穩(wěn)定性

在滿足平面線形設(shè)計(jì)控制要素的同時(shí)，將平面線形變化點(diǎn)與縱面地形變化拐點(diǎn)綜合考慮，貫徹“平包豎”的原則，盡量使縱面曲線位于平曲線中央，達(dá)到最佳組合。在設(shè)計(jì)中盡量避免出現(xiàn)小半徑豎曲線與小半徑平曲線相接的情形，便于汽車行駛的舒適與順暢。在擬合現(xiàn)有舊路平縱面線形路段，局部很難達(dá)到“平包豎”原則線形組合較低的路段，需要加強(qiáng)交安設(shè)施設(shè)計(jì)。通過盡早對舊路路面狀況開展檢測評定，分段確定是否可以再生利用，以此確定本段路線線位和縱面設(shè)計(jì)高程。舊路擬合中平面易出現(xiàn)交點(diǎn)轉(zhuǎn)交小于7°的“小偏角”問題，曲線長度要盡可能滿足一般值，限制條件較多難以達(dá)到一般值時(shí)滿足最小值要求。

上下山路段多位于積雪冰凍地區(qū)，平面上回頭曲線多，縱坡應(yīng)力求均勻，避免陡坡與急彎的組合。通過運(yùn)行速度分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行速度差絕對值|Δv85∣不小于20 km/h、運(yùn)行速度梯度絕對值|ΔIv∣大于10 km/(h.m)的相鄰路段速度協(xié)調(diào)性較差路段并進(jìn)行平縱面調(diào)整，受地形地物限制，平縱面調(diào)整易引發(fā)不良地質(zhì)災(zāi)害或工程量急劇增加，在論證后通過增設(shè)震蕩減速標(biāo)線、增加提醒標(biāo)志等方式，加強(qiáng)交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)提高行車安全性[3]。

3.4 路線設(shè)計(jì)與其他專業(yè)有效銜接節(jié)約工程造價(jià)

通過對原有平面交叉改線路段平縱面調(diào)整情況的分析，根據(jù)工程量、沿線群眾出行方便等合理選擇新的平面交叉位置，保障與現(xiàn)有路網(wǎng)有效銜接，避免形成新的通行不暢路段或安全隱患。通過加強(qiáng)橋梁路段線位比選，對原有橋涵要早開展使用狀況評估，明確加固利用或拆除重建方案，加強(qiáng)對設(shè)計(jì)洪水位的分析與計(jì)算，深入分析溝岸穩(wěn)定性，合理選擇橋位和橋面高程，綜合確定橋涵路段平面線位和縱面高程[5]，有效節(jié)省工程造價(jià)。

對高填深挖、特殊路基處理等影響工程造價(jià)的重要路段，通過加強(qiáng)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比選，深入分析各方案優(yōu)缺點(diǎn)和利弊，綜合確定適用經(jīng)濟(jì)社會效益優(yōu)的方案。通過對局部展線困難路段加強(qiáng)交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)，加強(qiáng)各種各類標(biāo)志標(biāo)線的有效銜接，保障禁止標(biāo)志和解除標(biāo)志信息連續(xù)，限速標(biāo)志科學(xué)合理，避免各類交通安全設(shè)施布設(shè)信息不足或信息過載，提高集散公路安全的實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)語

公路路線方案在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中處于非常關(guān)鍵的位置，必須結(jié)合地區(qū)地域和項(xiàng)目特點(diǎn)合理確定路線原則和選線技術(shù)。黃土山區(qū)主要集散公路改建項(xiàng)目有著地質(zhì)情況復(fù)雜、生態(tài)環(huán)境約束多、舊路狀況差、限制因素多的特點(diǎn)，通過堅(jiān)持地質(zhì)優(yōu)先、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、充分利用舊路、加強(qiáng)交安設(shè)施設(shè)計(jì)、合理選用技術(shù)指標(biāo)、加強(qiáng)平縱組合設(shè)計(jì)、注重與其他專業(yè)銜接等思路，可促進(jìn)黃土山區(qū)公路改建項(xiàng)目路線方案選擇的合理性、科學(xué)性，提升公路改建項(xiàng)目的社會影響和經(jīng)濟(jì)效益。