山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)優(yōu)化的思路和方法

梁 飛

北京市工程咨詢有限公司 北京 102200

當(dāng)前，我國中東部平原區(qū)的高速公路網(wǎng)已大致建設(shè)完成，西南地區(qū)山區(qū)較多，地形地貌更為復(fù)雜，建設(shè)高速公路的成本更高且投資回報(bào)率也更差，建設(shè)高速公路的難度也相對更高。在山區(qū)高速公路建設(shè)項(xiàng)目前期，技術(shù)人員進(jìn)行勘察設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)結(jié)合地質(zhì)條件、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等因素盡可能優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，在保障工程安全性的基礎(chǔ)上減少建設(shè)成本，以爭取更多的經(jīng)濟(jì)效益。因此，探索山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)優(yōu)化的思路與方法具有重要意義。

1 山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)優(yōu)化的基本概述

我國目前的高速公路建設(shè)模式多數(shù)為常規(guī)的建設(shè)管理模式，通過合理的市場競爭，選擇具有正規(guī)資質(zhì)的單位負(fù)責(zé)項(xiàng)目的勘察設(shè)計(jì)與施工工作[1]。隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的飛速發(fā)展，勘察設(shè)計(jì)行業(yè)所面臨的市場競爭形式越發(fā)嚴(yán)峻。部分勘察設(shè)計(jì)單位存在設(shè)計(jì)經(jīng)費(fèi)不足、設(shè)計(jì)周期較短等問題，不夠重視對技術(shù)人員的投入，在市場競爭中難以取得優(yōu)勢。還有一些勘察設(shè)計(jì)單位進(jìn)取心不足，認(rèn)為所得成果只要滿足業(yè)主需求與行業(yè)相關(guān)規(guī)范便可，難以增長綜合實(shí)力。因此，項(xiàng)目業(yè)主單位選擇承擔(dān)山區(qū)高速公路項(xiàng)目的勘察設(shè)計(jì)單位時(shí)要保持慎重的態(tài)度，選取具有正規(guī)資質(zhì)與足夠?qū)嵙Φ目辈煸O(shè)計(jì)單位[2]?？辈煸O(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)山區(qū)高速公路項(xiàng)目時(shí)容易被地形地質(zhì)、周邊環(huán)境等因素所影響，想要優(yōu)化其設(shè)計(jì)存在一定的難度。

設(shè)計(jì)優(yōu)化工作通常由項(xiàng)目業(yè)主單位交由勘察設(shè)計(jì)單位負(fù)責(zé)，勘察設(shè)計(jì)單位對山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化需要于項(xiàng)目初設(shè)批復(fù)一直到交工驗(yàn)收的期間內(nèi)，利用提升設(shè)計(jì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性、調(diào)整改進(jìn)施工圖設(shè)計(jì)方案等手段，將提升工程安全性與節(jié)約投資當(dāng)作目標(biāo)，開展設(shè)計(jì)優(yōu)化活動(dòng)，從而有效縮減項(xiàng)目的建設(shè)成本[3-4]?？辈煸O(shè)計(jì)單位要在滿足設(shè)計(jì)規(guī)范與使用功能的基礎(chǔ)上，提出更為科學(xué)可行的設(shè)計(jì)方案。山區(qū)高速公路有較高的橋梁隧道占比，同平原區(qū)相比，山區(qū)的水文地質(zhì)、環(huán)境條件更為復(fù)雜，在山區(qū)建設(shè)高速公路需要面對基本農(nóng)田補(bǔ)償難度較大、環(huán)境敏感點(diǎn)較多等問題，勘察設(shè)計(jì)單位進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)要充分了解掌握工程的可行性研究報(bào)告、施工圖文件等相關(guān)資料，還需深入研究施工難度、項(xiàng)目用地、建設(shè)運(yùn)營成本等內(nèi)容。

2 山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)優(yōu)化的基本原則

2.1 保障工程安全

簡單來說，山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)優(yōu)化工作是在滿足相關(guān)要求與規(guī)范、保證工程安全性的前提下，靈活選擇路線平縱面技術(shù)指標(biāo)，合理縮減工程規(guī)模，結(jié)合施工難度、保護(hù)環(huán)境等相關(guān)因素而進(jìn)行的設(shè)計(jì)優(yōu)化活動(dòng)[5]?？辈煸O(shè)計(jì)單位在進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)要堅(jiān)持安全至上的理念，保障項(xiàng)目建設(shè)安全與運(yùn)營安全，堅(jiān)守紅線意識(shí)。

2.2 降低工程造價(jià)

現(xiàn)如今，受到勘察設(shè)計(jì)周期、建設(shè)成本等方面的影響，山區(qū)高速公路項(xiàng)目建設(shè)方案存在照搬照抄現(xiàn)象，設(shè)計(jì)太過粗放[6]。比如，橋梁設(shè)計(jì)時(shí)樁長不斷增長、互通指標(biāo)把握靈活性不足等。同時(shí)，還有一些勘察設(shè)計(jì)單位為規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，制定相關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)選用太過保守?？辈煸O(shè)計(jì)單位在進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)應(yīng)當(dāng)將現(xiàn)場實(shí)際情況同地勘結(jié)果相結(jié)合，通過多次的比選論證，在保障工程質(zhì)量的基礎(chǔ)上縮減工程規(guī)模，以減少項(xiàng)目的建設(shè)成本?？辈煸O(shè)計(jì)單位在開展總體設(shè)計(jì)時(shí)需要全面勘察項(xiàng)目范圍內(nèi)的地形地質(zhì)，按照地質(zhì)條件明確路線走向，盡量避免不良地質(zhì)或是特殊巖土，讓構(gòu)造物與路線指標(biāo)更大程度適應(yīng)地形走勢，從而降低填挖工程量，降低工程造價(jià)。

2.3 保護(hù)自然環(huán)境

以往建設(shè)山區(qū)高速公路時(shí)曾出現(xiàn)環(huán)境污染、植被破壞、水土流失等問題，勘察設(shè)計(jì)單位在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)要總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)，規(guī)避以前出現(xiàn)過的問題，貫徹保護(hù)自然環(huán)境的理念，在優(yōu)化方案時(shí)繞開不良地質(zhì)地段，降低高填深挖次數(shù)，做好相關(guān)防護(hù)措施，盡量在降低工程造價(jià)與保護(hù)自然環(huán)境之間保持平衡，防止出現(xiàn)“先破壞后治理”現(xiàn)象，盡可能保護(hù)原有的生態(tài)環(huán)境[7]。

2.4 節(jié)約土地資源

山區(qū)的土地資源較為緊缺，農(nóng)業(yè)用地比較貧瘠，建設(shè)山區(qū)高速公路容易占用基本農(nóng)田用地，降低耕地面積，可能引發(fā)環(huán)境、人口與資源間的矛盾?？辈煸O(shè)計(jì)單位在建設(shè)山區(qū)高速公路時(shí)要科學(xué)確定建設(shè)規(guī)模，節(jié)約土地資源，不過分追求高標(biāo)準(zhǔn)，將用地指標(biāo)當(dāng)作設(shè)計(jì)優(yōu)化的關(guān)鍵控制因素[8]。尤其是河谷階地與山間平原，這些區(qū)域可能是當(dāng)?shù)鼐用竦木幼〉?，勘察設(shè)計(jì)單位在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)要堅(jiān)守土地紅線，盡可能避免占用基本農(nóng)田用地，降低拆遷工程量。

3 山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)

3.1 復(fù)雜地形地質(zhì)問題

3.1.1 水庫塌岸

水庫是用于調(diào)節(jié)水流、攔洪蓄水的建筑物，建造于河流或是山溝的狹口處，山區(qū)有一定的可能性出現(xiàn)水庫。水庫塌岸會(huì)對橋梁與路基形成嚴(yán)重影響，勘察設(shè)計(jì)單位針對水庫塌岸問題，可對其進(jìn)行勘察評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性，分析重點(diǎn)位置，研究其穩(wěn)定性發(fā)展情況，對橋墩、邊坡、隧道口等位置進(jìn)行調(diào)查取樣，通過庫岸垂直方向的勘探剖面掌握其構(gòu)造狀態(tài)，以采取相對性的處理措施[9]。

3.1.2 地質(zhì)復(fù)雜的隧道

山區(qū)的地質(zhì)比平原區(qū)更復(fù)雜，建設(shè)山區(qū)高速公路時(shí)可能涉及特長隧道等路段，其構(gòu)造變異性會(huì)被地質(zhì)條件影響?？辈煸O(shè)計(jì)單位針對地質(zhì)復(fù)雜的隧道，需結(jié)合地質(zhì)勘察所得結(jié)果進(jìn)行平面地質(zhì)調(diào)繪，進(jìn)行實(shí)地調(diào)研以健全地質(zhì)數(shù)據(jù)，同時(shí)利用高密度電法等手段實(shí)施物探，全面掌握隧道情況后再制定施工方案。

3.1.3 隧道路段的地質(zhì)環(huán)境中有大量灰?guī)r

在山區(qū)高速公路建設(shè)時(shí)可能遇到巖溶路段，勘察設(shè)計(jì)單位需運(yùn)用地質(zhì)測繪選用合理的物探方法，可結(jié)合實(shí)際情況聯(lián)合采用多種物探技術(shù)，在此前提下分析探究鉆孔取芯分析結(jié)果。通常情況下，鉆孔取芯需結(jié)合該地區(qū)的地形地勢與地質(zhì)條件進(jìn)行孔位布置，密切監(jiān)測孔內(nèi)狀態(tài)，通過應(yīng)力測試等手段綜合評(píng)估該地區(qū)的地質(zhì)情況。

3.2 橋梁選型、設(shè)計(jì)與施工問題

3.2.1 制定科學(xué)的橋型方案

勘察設(shè)計(jì)單位需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際條件與工程建設(shè)需求制定科學(xué)的橋型方案，堅(jiān)持因地制宜的觀念，提前考量到施工階段的風(fēng)險(xiǎn)并做好預(yù)防措施，從而提高施工的安全性與經(jīng)濟(jì)性，讓橋型可符合多項(xiàng)工程的相關(guān)要求。

3.2.2 選擇合理的下部結(jié)構(gòu)

選擇合理的下部結(jié)構(gòu)可有效減小施工難度，勘察設(shè)計(jì)單位通常情況下可運(yùn)用以下三種處理方法：第一，合理縮減橋墩的間距，可減輕樁基間的影響，減輕環(huán)境破壞程度，還可提升施工效率，加快施工進(jìn)度；第二，采用扁墩設(shè)計(jì)，可減少開挖工程量，提高橋梁美觀性；第三，采用整幅雙柱結(jié)構(gòu)，減輕對原地形的破壞[10]。

3.2.3 避繞地質(zhì)災(zāi)害

勘察設(shè)計(jì)單位可能在山間遇到地質(zhì)條件不良的區(qū)域，可利用隧道、大跨度橋梁等手段跨越此類不良地質(zhì)條件的區(qū)域，防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損壞，還可減輕工程建設(shè)對于周邊環(huán)境的擾動(dòng)，有利于保護(hù)當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境。

3.3 連續(xù)長下坡路段運(yùn)營安全設(shè)計(jì)

勘察設(shè)計(jì)單位面對連續(xù)長下坡路段，可在合理位置增設(shè)一定的工程量，使得各路段的縱坡變得更為平衡，科學(xué)調(diào)控縱坡坡度有助于提升行車安全性。與此同時(shí)，勘察設(shè)計(jì)單位還可對該路段的運(yùn)行速度進(jìn)行超前檢測，將服務(wù)區(qū)設(shè)立在縱坡路段的上端，使其能夠?yàn)檫^往車輛提供后續(xù)的路況信息與制動(dòng)檢查等服務(wù)[11]?？辈煸O(shè)計(jì)單位可結(jié)合該地區(qū)的地形地勢分布情況，在連續(xù)長下坡路段的坡底位置建設(shè)避險(xiǎn)車道，可分隔車流，降低失控車輛所造成的安全危害，還可對進(jìn)入避險(xiǎn)車道的車輛發(fā)揮降速、減傷的效果?？辈煸O(shè)計(jì)單位可按照路側(cè)的地質(zhì)條件與該地區(qū)的實(shí)際交通布置選擇恰當(dāng)?shù)淖o(hù)欄型式與防撞等級(jí)，盡可能保障過往車輛的行車安全。

3.4 長隧道路段運(yùn)營安全問題

勘察設(shè)計(jì)單位若是遇到隧道里程占比較高的山間高速公路施工項(xiàng)目，應(yīng)當(dāng)重視運(yùn)營安全問題，長時(shí)間在隧道中駕駛可能會(huì)增加行車人員的焦躁情緒，對行車安全性產(chǎn)生不良影響。除此之外，如果在隧道中出現(xiàn)安全事故，救援人員開展救援工作時(shí)也會(huì)受到周邊環(huán)境的干擾。為提升隧道運(yùn)營的安全性，勘察設(shè)計(jì)單位可通過以下方法降低安全隱患：一是盡量擴(kuò)大隧道邊界，使得隧道的空間變得更大，減輕行車人員因?yàn)楠M窄空間而產(chǎn)生的不適感，也可為救援人員開展工作提供更大的空間；二是設(shè)置長度超過100m 的緊急停車帶，布置安全標(biāo)識(shí)，利用較為顯眼的標(biāo)識(shí)牌對來往的行車人員進(jìn)行警示。

3.5 互通選址與選型問題

山區(qū)地形復(fù)雜，許多區(qū)域存在地質(zhì)條件差、互通交通高差高等弊端，建設(shè)高速公路難度較大?？辈煸O(shè)計(jì)單位進(jìn)行互通選址時(shí)要考慮橋梁、隧道的分布情況，充分考量當(dāng)?shù)氐牡匦螚l件，盡量降低對周邊環(huán)境與居民的影響、避免占用農(nóng)業(yè)用地，選擇恰當(dāng)?shù)钠娇v線形指標(biāo)。當(dāng)勘察技術(shù)單位決定選用互通式后，要保證匝道的技術(shù)指標(biāo)可滿足該區(qū)域的場地條件與實(shí)際交通需求。如果互通式的連接范圍不僅在山區(qū)，連接到鄉(xiāng)鎮(zhèn)及縣城，勘察設(shè)計(jì)單位需合理提升指標(biāo)選擇標(biāo)準(zhǔn)，保障其功能的可靠性。

4 山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)優(yōu)化的思路與方法

開展山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)優(yōu)化工作需要發(fā)揮項(xiàng)目公司、承包單位與設(shè)計(jì)單位的主觀能動(dòng)性，通過勘察設(shè)計(jì)單位的團(tuán)隊(duì)智慧，盡量提升施工圖設(shè)計(jì)文件的設(shè)計(jì)深度與經(jīng)濟(jì)合理性，積極對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，以獲取最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案?？辈煸O(shè)計(jì)單位優(yōu)化山區(qū)高速公路應(yīng)當(dāng)在掌握施工圖設(shè)計(jì)成果的前提下，結(jié)合項(xiàng)目地質(zhì)勘察結(jié)果、土地資源條件、環(huán)境敏感區(qū)等因素，綜合考量評(píng)估設(shè)計(jì)優(yōu)化工作的實(shí)施條件。在工程建設(shè)中，設(shè)計(jì)是其靈魂?？辈煸O(shè)計(jì)單位優(yōu)化山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)做到以下幾點(diǎn)：第一，樹立全壽命周期成本的觀念，在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮經(jīng)濟(jì)效益，還要將提高山區(qū)高速公路的長期社會(huì)效益當(dāng)作優(yōu)化目標(biāo)；第二，堅(jiān)守安全至上的設(shè)計(jì)理念，特別是對于建設(shè)條件復(fù)雜的施工項(xiàng)目，在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)需堅(jiān)持地質(zhì)選線、安全選線的原則，守住安全紅線；第三，以縮減工程規(guī)模及投資為目的，在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)保持避大治小、靈活實(shí)用、分級(jí)處理的思路；第四，降低施工難度并保證方案的合理性，合理調(diào)整路線方案；第五，堅(jiān)持保護(hù)自然環(huán)境、節(jié)約社會(huì)資源的理念，選用占用資源少、對周邊環(huán)境影響小的設(shè)計(jì)方案。

原施工圖設(shè)計(jì)是進(jìn)行山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)優(yōu)化工作的基礎(chǔ)，勘察設(shè)計(jì)單位應(yīng)結(jié)合原施工圖深入探索具有造價(jià)優(yōu)勢的段落，不宜直接在全線開展調(diào)查研究。勘察設(shè)計(jì)單位開展山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)優(yōu)化工作可分為以下兩個(gè)階段：一是在完成施工圖設(shè)計(jì)后至報(bào)批設(shè)計(jì)文件前。此時(shí)項(xiàng)目還沒有進(jìn)行實(shí)質(zhì)性開工，勘察設(shè)計(jì)單位由路線總體角度開展平縱面研究，選取具有明顯優(yōu)勢的段落實(shí)施優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡量提升設(shè)計(jì)深入，此階段開展設(shè)計(jì)優(yōu)化工作效果良好，無需面臨太大風(fēng)險(xiǎn)，不會(huì)因?yàn)閮?yōu)化設(shè)計(jì)導(dǎo)致工程被廢棄；二是在批復(fù)施工圖設(shè)計(jì)文件后的施工時(shí)期。在此階段開展設(shè)計(jì)優(yōu)化工作的目的為深入發(fā)掘施工設(shè)計(jì)文件中內(nèi)含的優(yōu)化空間，利用局部優(yōu)化提升施工方案的經(jīng)濟(jì)合理性，勘察設(shè)計(jì)單位要將優(yōu)化設(shè)計(jì)維持在一個(gè)較小的范圍內(nèi)，比如減少橋梁孔跨、減少路基土石方等，以免出現(xiàn)廢棄工程，浪費(fèi)資金、人力的同時(shí)增加施工時(shí)間，延誤施工進(jìn)度。

5 結(jié)語

在山區(qū)高速公路建設(shè)前期對施工圖設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，改進(jìn)施工圖設(shè)計(jì)方案，可有效提升設(shè)計(jì)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)合理性，在保證工程安全性的基礎(chǔ)上，降低項(xiàng)目建設(shè)與運(yùn)營成本，獲取更多的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。當(dāng)前，設(shè)計(jì)優(yōu)化在質(zhì)量責(zé)任劃分、項(xiàng)目管理與審批等方面尚無明確規(guī)定，存在一定爭議，需相關(guān)部門加以管理。本文從技術(shù)角度分析山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)，并提出山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)優(yōu)化的思路與方法，以期為后續(xù)的設(shè)計(jì)優(yōu)化活動(dòng)提供一定的資料參考。