烏長(zhǎng)高速公路路線方案優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

李孝晉 LI Xiao-jin

（中國(guó)鐵建昆侖投資集團(tuán)有限公司，成都 610000）

0 引言

①貴州省烏當(dāng)至長(zhǎng)順高速公路（簡(jiǎn)稱烏長(zhǎng)高速公路）為貴陽(yáng)市的第二環(huán)城公路，其設(shè)計(jì)時(shí)速為100km/h、路線長(zhǎng)度128.56km。項(xiàng)目位于黔中經(jīng)濟(jì)區(qū)核心區(qū)域，是規(guī)劃建設(shè)的高速骨干網(wǎng)的組成路段，對(duì)完善貴州省高速公路網(wǎng)絡(luò)，加快黔中經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)、支撐區(qū)域工業(yè)化和新型城鎮(zhèn)化進(jìn)程，構(gòu)建貴陽(yáng)都市經(jīng)濟(jì)圈、分擔(dān)過(guò)境交通，加快貴安新區(qū)建設(shè)具有重大意義。

②烏長(zhǎng)高速公路項(xiàng)目由于立項(xiàng)決策時(shí)間較早，以至于項(xiàng)目開(kāi)始實(shí)施時(shí)，國(guó)家和地方政策發(fā)生變化導(dǎo)致原有路線方案不符合環(huán)水保要求；規(guī)劃開(kāi)發(fā)、地形地貌改變，人為活動(dòng)影響造成原方案征拆數(shù)量增加；工可土地預(yù)審方案研究較早，造成用地指標(biāo)不足；材料上漲，補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)提高導(dǎo)致項(xiàng)目投資超出較多。為了順利推進(jìn)項(xiàng)目，將上述風(fēng)險(xiǎn)控制在允許范圍內(nèi)，施工圖選線設(shè)計(jì)不光要關(guān)注“地質(zhì)選線”“環(huán)保選線”還要兼顧“經(jīng)濟(jì)選線”“用地選線”[1]。只有滿足以上要求，才能保證又快又好地完成這一重大工程。

1 項(xiàng)目的特點(diǎn)和難點(diǎn)

本項(xiàng)目為貴陽(yáng)繞城公路，具有以下特點(diǎn)和難點(diǎn)：

①項(xiàng)目周邊環(huán)境復(fù)雜：位于貴陽(yáng)及周邊縣市，沿線經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)，城市規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境、廠礦建筑等制約因素多。尤其廠礦和民居密集，電力設(shè)施較多，拆遷協(xié)調(diào)問(wèn)題突出。

②項(xiàng)目沿線地質(zhì)條件復(fù)雜：沿線巖溶發(fā)育，煤系地層和礦產(chǎn)豐富，存在煤層瓦斯、采空區(qū)等較多不良地質(zhì)段，施工期間風(fēng)險(xiǎn)極大。

③土地指標(biāo)不足：項(xiàng)目為雙線六車(chē)道，路基斷面寬，路線較長(zhǎng)。初步設(shè)計(jì)階段棄方達(dá)到1755 萬(wàn)m3，主體工程永久用地和棄土場(chǎng)臨時(shí)用地占?jí)焊睾土值卦龆?，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出工可土地預(yù)審批復(fù)的用地指標(biāo)。

④環(huán)水保要求高：本項(xiàng)目沿線空地植被茂密，局部路段自然景色優(yōu)美，耕地較多，棄碴場(chǎng)設(shè)置困難。減少工程建設(shè)對(duì)環(huán)境的破環(huán)，避免水土流失要求迫切。

⑤投資控制要求嚴(yán)：項(xiàng)目采用PPP 模式由社會(huì)投資人投資建設(shè)，投資控制要求嚴(yán)格。由于初步設(shè)計(jì)概算為213 億元，超出社會(huì)投資人投標(biāo)測(cè)算8 億元，因此需要通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化將施工圖預(yù)算控制在205 億以內(nèi)，滿足投資人內(nèi)部收益要求。

2 項(xiàng)目的優(yōu)化原則和思路

線路方案的選擇直接影響著國(guó)民經(jīng)濟(jì)、施工難度、社會(huì)政治意義等多個(gè)重要方面，是一項(xiàng)系統(tǒng)工程[2]。本項(xiàng)目受規(guī)劃、地形地質(zhì)、環(huán)保、投資等眾多因素影響。在初步設(shè)計(jì)重要控制點(diǎn)已經(jīng)確定的前提下，施工圖階段主要解決路線局部性方案優(yōu)化工作。即在大控制點(diǎn)之間結(jié)合地形、地質(zhì)、水文、氣候等條件逐段比選細(xì)化[3]，具體原則和思路如下。

2.1 樹(shù)立紅線意識(shí)，確保工程安全[4]

本項(xiàng)目的選線優(yōu)化是在滿足國(guó)家和地方相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和細(xì)則，確保高速公路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)安全的前提下進(jìn)行方案比選和精細(xì)化設(shè)計(jì)[5]。項(xiàng)目在施工圖設(shè)計(jì)階段始終堅(jiān)持“安全至上”的理念，堅(jiān)守安全底線和紅線。對(duì)于不良地質(zhì)段，選線注意避讓，無(wú)法繞避則應(yīng)從規(guī)模小、對(duì)工程影響較少的不良地質(zhì)體通過(guò)，并采取合理的工程形式和工程措施[6]。

2.2 減少工程用地，節(jié)約土地資源

貴陽(yáng)周邊土地資源稀缺，選線重視了耕地的戰(zhàn)略價(jià)值，盡量利用山地、荒坡地、荒灘地等非耕地布設(shè)路線[7]。施工圖設(shè)計(jì)階段通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化平、縱、橫三維設(shè)計(jì)，避讓基本農(nóng)田和經(jīng)濟(jì)作物區(qū)，減小工程占地規(guī)模。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程始終堅(jiān)持建設(shè)在工程造價(jià)可控的前提下盡量節(jié)約用地指標(biāo)，保護(hù)耕地和林地。

2.3 尊重自然，保護(hù)環(huán)境

選線設(shè)計(jì)始終貫徹“尊重自然，保護(hù)環(huán)境”的理念，重視植被破壞、環(huán)境污染、水土流失[8]及地質(zhì)災(zāi)害等問(wèn)題，通過(guò)紙上定線、實(shí)地踏勘，廣泛征求地方政府意見(jiàn)，結(jié)合地形地貌特點(diǎn)，繞避環(huán)境敏感點(diǎn)，保證原有生態(tài)系統(tǒng)的連續(xù)性，維持原有水系通道，避免水土流失，對(duì)于不可繞避的環(huán)境保護(hù)點(diǎn)，采用切實(shí)可行的保護(hù)方案，將不利影響降到最低[9]。

2.4 降低工程規(guī)模，合理控制工程造價(jià)[10]

本項(xiàng)目采用“PPP”融資和建設(shè)管理模式，投資人不但關(guān)注社會(huì)效益，同時(shí)也關(guān)注經(jīng)濟(jì)效益。因此通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)投資控制也是項(xiàng)目的重要要求，項(xiàng)目選線設(shè)計(jì)堅(jiān)持“設(shè)計(jì)節(jié)約就是最大的節(jié)約”理念，按照“強(qiáng)制性指標(biāo)嚴(yán)格執(zhí)行，一般性指標(biāo)靈活運(yùn)用，低限指標(biāo)論證采用，超限指標(biāo)不得采用”[11]的原則，結(jié)合地勘成果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，認(rèn)真研究，在滿足工程安全和質(zhì)量的前提下，通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目的投資控制目標(biāo)。

3 項(xiàng)目典型路段的優(yōu)化

3.1 羅杠沖段隧道方案優(yōu)化

該處工點(diǎn)的優(yōu)化重點(diǎn)是降低風(fēng)險(xiǎn)，關(guān)注項(xiàng)目施工和運(yùn)營(yíng)期安全。選線考慮的主要因素是消除羅杠沖隧道安全隱患，實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全，同時(shí)在此前提下，盡量保護(hù)環(huán)境，減少占地。

初步設(shè)計(jì)羅杠沖段以1460m 隧道通過(guò)，隧道進(jìn)口段為煤系地層，且存在多處采空區(qū)，采煤巷道已延伸至隧道設(shè)計(jì)線位以下；隧道進(jìn)口段有一條發(fā)育斷層，與隧道基本呈正交關(guān)系，破碎帶寬度為5～10m，巖性破碎，成洞自穩(wěn)能力較差；根據(jù)地勘成果結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)繪，隧址區(qū)范圍內(nèi)存在大小巖溶洼地和落水洞共20 余處，巖溶極強(qiáng)發(fā)育，落水洞的底板距隧道設(shè)計(jì)線位最小距離僅20m，開(kāi)挖揭露隱伏溶洞的可能性大，施工中易發(fā)生坍塌、涌水、涌泥、甚至冒頂?shù)任ｋU(xiǎn)。施工圖階段經(jīng)過(guò)仔細(xì)研究認(rèn)為初步設(shè)計(jì)位置隧道面臨瓦斯、采空區(qū)、斷層等不良地質(zhì)，隧道風(fēng)險(xiǎn)極高。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、地質(zhì)勘察、方案比選，將線路向南偏移，從埡口位置通過(guò)，取消羅杠沖隧道，以1040m 特大橋連接兩側(cè)山體。降低施工運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)也避免了公路建設(shè)對(duì)原地下水系的破壞。具體線位優(yōu)化對(duì)比如圖1 所示。

圖1 羅杠沖段路線優(yōu)化示意圖

施工圖優(yōu)化以橋換隧雖增加了橋梁長(zhǎng)度1334m，但減少了隧道長(zhǎng)度1460m。該段選線優(yōu)化棄碴增加了46.8 萬(wàn)m3，永久用地增加了80.24 畝，臨時(shí)用地增加了87 畝。雖然施工圖方案確保了項(xiàng)目建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的安全，但是占用土地較多，需要在其他工點(diǎn)加大優(yōu)化土地節(jié)約力度。

3.2 修文服務(wù)區(qū)電力走廊帶方案優(yōu)化

該工點(diǎn)的優(yōu)化重點(diǎn)是減少鐵塔拆遷，節(jié)約投資。選線考慮的主要因素是避讓鐵塔集中的走廊。在滿足主要因素的條件下，減少占地，優(yōu)化投資。

初步設(shè)計(jì)路線經(jīng)小堰北側(cè)后從小營(yíng)坡與小營(yíng)磚廠之間通過(guò)，避開(kāi)貴州電網(wǎng)公司220kV 扎佐變電站后沿山坡林地布線，以響水洞大橋跨越305 省道后，從堆煤場(chǎng)西南側(cè)山頂通過(guò)。沿線多次與高壓鐵塔位置沖突，且經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘發(fā)現(xiàn)與線路平行位置存在一條新建電力線，在K21+300～K22+300 和K26+200～K28+000 兩段分別與110kV 軋鋼線和110kV 扎光線共走廊帶。需拆除110kV 及以上高壓鐵塔22 座。具體線位優(yōu)化對(duì)比如圖2 所示。

施工圖定測(cè)階段將路線經(jīng)小堰北側(cè)后較向北偏移，避開(kāi)110kV 軋鋼線走廊，從小營(yíng)磚廠前通過(guò)，在貴州電網(wǎng)公司220kV 扎佐變電站北側(cè)與初設(shè)線位相交后，向南偏移沿地勢(shì)平坦地區(qū)布線，避開(kāi)110kV 扎光線走廊和鐵塔密集的山包。有效減少了高壓鐵塔拆遷規(guī)模，減少了電力遷改對(duì)供電系統(tǒng)的影響。

施工圖優(yōu)化通過(guò)繞避鐵塔走廊帶，減少高壓鐵塔拆遷20 座，減少橋梁長(zhǎng)度318m，棄碴增加12 萬(wàn)m3，永久用地減少91.66 畝，臨時(shí)用地增加22.4 畝。在減少鐵塔拆遷的同時(shí)減少了項(xiàng)目用地，節(jié)約投資600 萬(wàn)左右。

3.3 K45+100～K45+600 段深挖路基方案優(yōu)化

該工點(diǎn)的優(yōu)化重點(diǎn)是節(jié)約用地，關(guān)注減少項(xiàng)目占地，降低路基風(fēng)險(xiǎn)。選線考慮的主要因素是降低邊坡高度，減少棄碴。在滿足主要因素的條件下，應(yīng)綜合考慮保護(hù)環(huán)境，優(yōu)化投資。

初步設(shè)計(jì)K45+100～K45+600 段經(jīng)過(guò)爛溝水庫(kù)后，在黃楊樹(shù)位置以深挖通過(guò)，該段深路塹挖方最大高度達(dá)到70m，該段棄方量高達(dá)150 萬(wàn)m3。

施工圖定測(cè)階段，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形，路線經(jīng)爛溝水庫(kù)后，平面線位向北偏移36m，在小山堡大橋大里程橋臺(tái)處與初步設(shè)計(jì)線位重合。具體線位優(yōu)化對(duì)比如圖3 所示。

圖3 K45+100～K45+600 段路線優(yōu)化示意圖

在該段路線向北偏移的同時(shí)優(yōu)化縱斷面，通過(guò)偏移平面，抬高縱斷面，黃楊洞大橋和小山堡大橋連接在一起形成特大橋，最大橋高59.2m，橋梁長(zhǎng)度增加了1299m。路塹挖方最大高度降為49.6m，挖方量降低為50 萬(wàn)m3?？v斷面優(yōu)化對(duì)比如圖4 所示。

圖4 K45+100～K45+600 段縱斷面優(yōu)化示意圖

施工圖通過(guò)平縱面優(yōu)化，降低了開(kāi)挖邊坡高度，減少了施工和運(yùn)營(yíng)的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)節(jié)約了大量用地，對(duì)棄土進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，該項(xiàng)的棄渣[12]數(shù)量減少約100萬(wàn)m3。永久用地減少了68.75 畝，臨時(shí)用地減少290.47 畝。

4 結(jié)論

烏長(zhǎng)高速公路施工圖階段通過(guò)科學(xué)合理的路線方案研究，對(duì)控制點(diǎn)之間的路線方案進(jìn)行細(xì)化研究，每個(gè)工點(diǎn)都明確優(yōu)化目標(biāo)兼顧其他方面優(yōu)化要求，從而在項(xiàng)目整體上滿足了土地預(yù)審用地指標(biāo)，減少了環(huán)境影響，降低了拆遷量，有效地控制了投資。

①項(xiàng)目注重施工和運(yùn)營(yíng)安全，通過(guò)降低高邊坡，繞避不良地質(zhì)段，以橋換隧的方式優(yōu)化了羅杠沖段隧道，降低了涌水突泥和采空區(qū)沉降的風(fēng)險(xiǎn)。②項(xiàng)目在土地預(yù)審用地指標(biāo)已經(jīng)批復(fù)且嚴(yán)重不足的情況下，不但沒(méi)有增加用地反而減少永久用地285.24 畝，臨時(shí)用地159.59畝，節(jié)約了土地資源。③項(xiàng)目選線注重環(huán)保，盡量避讓生態(tài)紅線，避免水土流失，全線減少棄碴約900 萬(wàn)m3，順利通過(guò)環(huán)評(píng)和水保審批，為項(xiàng)目順利推進(jìn)奠定了良好的基礎(chǔ)。④項(xiàng)目選線兼顧了投資人的利益，通過(guò)選線優(yōu)化并輔以結(jié)構(gòu)優(yōu)化將投資嚴(yán)格控制在測(cè)算的205 億元以內(nèi)，滿足了投資人的收益要求。

項(xiàng)目在滿足安全的前提下，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目整體上社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的結(jié)合，為后繼的高速公路建設(shè)提供一定的借鑒和參考。