基于施工及救援因素的艱險(xiǎn)山區(qū)公路路線(xiàn)方案研究

楊昌鳳，余蜀予

（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

2013 年“4 · 20”四川蘆山強(qiáng)烈地震中，四川省道210 線(xiàn)寶興至蘆山段嚴(yán)重受損，寶興縣一度成為孤島，2 d 后方才搶通道路。該路段沿線(xiàn)次生災(zāi)害發(fā)育，崩塌及飛石等頻發(fā)，安全隱患極大，嚴(yán)重影響了搶通保通和災(zāi)后重建工作的順利推進(jìn)。

當(dāng)時(shí)，寶興縣只能通過(guò)南北方向的省道210 線(xiàn)與外界聯(lián)系。既有公路技術(shù)等級(jí)低（三～四級(jí)），抗災(zāi)能力弱，受不良地質(zhì)及氣候影響大，抗災(zāi)能力和通行保障能力不足，迫切需要建設(shè)一條抗災(zāi)能力強(qiáng)，通行保障能力服務(wù)水平高的生命線(xiàn)公路［1］。

根據(jù)災(zāi)后重建規(guī)劃，新建樂(lè)英至寶興快速通道（國(guó)道351 線(xiàn)樂(lè)英至夾金山埡口段恢復(fù)重建工程的一段），作為寶興對(duì)外聯(lián)系的生命線(xiàn)通道［2］。該項(xiàng)目采用二級(jí)公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度60 km/h，路基寬度10～12 m。該項(xiàng)目中銅頭峽路段為全線(xiàn)建設(shè)條件最艱巨的路段。

1 銅頭峽路段的建設(shè)環(huán)境及原路狀況

銅頭峽位于蘆山和寶興之間，發(fā)源于夾金山的靈關(guān)河在此變得極為狹窄，峽谷全長(zhǎng)約10 km，U 形峽谷，山高谷深，崖壁陡立，典型的“一線(xiàn)天”地形，峽谷陡壁高達(dá)數(shù)百米（圖1）。峽谷口建有銅頭電站大壩，最大壩高75 m，峽谷區(qū)均位于電站蓄水庫(kù)區(qū)內(nèi)。原S210 線(xiàn)沿靈關(guān)河左岸布設(shè)，于庫(kù)區(qū)蓄水位之上的陡壁上開(kāi)鑿而成，震后沿線(xiàn)崩塌、滑坡數(shù)十處，災(zāi)害不斷，時(shí)常斷道（圖2）。

圖1 銅頭峽谷實(shí)景

圖2 峽谷中崩塌災(zāi)害

峽谷區(qū)基巖出露良好，以晚白堊系-老第三系大溪組礫巖為主，厚至巨厚層狀，場(chǎng)區(qū)位于龍門(mén)山構(gòu)造帶西南段，屬松潘、龍門(mén)山地震帶的一部分，地震動(dòng)峰值加速度為0.2g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。

該區(qū)域多年平均降雨量為1 101.5 mm，靈關(guān)實(shí)測(cè)最大年降雨量為1 726.9 mm，豐富而集中的降水，較大的暴雨強(qiáng)度，為山洪泥石流、滑坡形成提供了充足的水源條件，致使寶興、蘆山等地多處發(fā)生較大規(guī)模的滑坡和泥石流，造成道路中斷。

該段現(xiàn)有道路為S210 線(xiàn)，位于靈關(guān)河左岸，三級(jí)公路，路基寬度7.5 m，水泥混凝土路面。原路平縱技術(shù)指標(biāo)較差，交通事故多、通行能力差?！? · 20”蘆山強(qiáng)烈地震導(dǎo)致的崩塌、滑坡等次生地質(zhì)災(zāi)害，使道路損毀嚴(yán)重。河道右岸（原路對(duì)岸），無(wú)任何道路，兩岸間也無(wú)任何橋梁。

2 總體設(shè)計(jì)原則及思路

2.1 項(xiàng)目的重、難點(diǎn)分析

經(jīng)分析，銅頭峽路段公路建設(shè)面臨如下重、難點(diǎn)問(wèn)題需解決：

（1）如何提高公路工程的本體安全，重點(diǎn)在于如何合理解決地質(zhì)災(zāi)害對(duì)道路帶來(lái)的安全威脅。

（2）極其狹窄的陡峭深谷，電站庫(kù)區(qū)水位漲落頻繁且不確定，施工進(jìn)場(chǎng)極其困難，災(zāi)后重建原路交通需求大，施工期間保通壓力大。

（3）作為寶興縣對(duì)外的生命通道，對(duì)該通道交通暢通的保障要求高，而原路抗災(zāi)能力低，新建對(duì)向行駛單洞超特長(zhǎng)隧道或隧道群運(yùn)營(yíng)安全和應(yīng)急救援保障難度大。

（4）災(zāi)后重建資金受控，地方財(cái)力有限，后期運(yùn)營(yíng)費(fèi)用控制要求高，建設(shè)及運(yùn)營(yíng)資金控制難。

2.2 總體設(shè)計(jì)原則及思路

基于以上重、難點(diǎn)分析，提出如下的總體設(shè)計(jì)原則及思路：

（1）“避大治小”的地質(zhì)選線(xiàn)原則，提高公路防災(zāi)抗災(zāi)能力［3］。

（2）利于協(xié)同抗災(zāi)和應(yīng)急救援原則，加強(qiáng)新老公路的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)兩路的協(xié)同抗災(zāi)和協(xié)同救援，從路網(wǎng)的層面，提高通道的綜合交通保障能力，提高應(yīng)急救援能力。

（3）強(qiáng)化施工組織選線(xiàn)，將施工進(jìn)場(chǎng)條件和施工保通作為路線(xiàn)方案布設(shè)和選擇的重要因素。

（4）化長(zhǎng)為短、長(zhǎng)隧短打，增加施工作業(yè)面，優(yōu)化通風(fēng)方式，避免設(shè)置平導(dǎo)洞，縮短施工工期，節(jié)省工程投資，節(jié)約后期運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，處理好工程安全、運(yùn)營(yíng)安全、工程造價(jià)和養(yǎng)護(hù)成本的關(guān)系［4］，實(shí)現(xiàn)全壽命周期成本最優(yōu)。

3 路線(xiàn)方案論證研究

3.1 左岸（原老路岸）方案（簡(jiǎn)稱(chēng)A 方案）的提出

根據(jù)區(qū)域總體地形條件以及城鎮(zhèn)和產(chǎn)業(yè)布局規(guī)劃，新建快速通道路線(xiàn)只能沿靈關(guān)河布設(shè)，為典型的高山峽谷沿溪線(xiàn)。而該銅頭峽路段，河谷深切，岸坡近直立，電站庫(kù)區(qū)水位漲落頻繁，加上沿線(xiàn)次生地質(zhì)災(zāi)害極其發(fā)育，為保障公路安全，必須遵照“地質(zhì)選線(xiàn)”的原則，繞避重大不良地質(zhì)體，以提高公路的抗災(zāi)能力。經(jīng)全面地災(zāi)排查，該峽谷路段基本無(wú)設(shè)置明線(xiàn)的條件，考慮施工進(jìn)場(chǎng)要求，路線(xiàn)方案布設(shè)時(shí)，首先提出左岸（原老路岸）的方案。

該方案起于銅頭電站廠(chǎng)區(qū)上游，沿原路上側(cè)布設(shè)，于靈關(guān)河左岸，設(shè)置銅頭峽隧道，至靈關(guān)鎮(zhèn)南側(cè)出隧，設(shè)橋跨至靈關(guān)河右岸。路線(xiàn)全長(zhǎng)9.310 km，設(shè)置橋梁長(zhǎng)680 m/2 座，隧道長(zhǎng)7 384 m/座（圖3）。受地形及地質(zhì)條件限制，該隧道無(wú)中間露頭設(shè)置明線(xiàn)的條件，為實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)隧短打，并解決通風(fēng)和應(yīng)急救援問(wèn)題［5］，其 間 設(shè) 置 橫 洞555 m/2 座。該 方 案 總 投 資 約63 478 萬(wàn)元。

圖3 路線(xiàn)方案示意圖（單位：m）

3.2 左岸（原老路岸）方案（A方案）的優(yōu)缺點(diǎn)論證分析

優(yōu)點(diǎn)：①該方案以傍山隧道的方式繞避不良地質(zhì)體和地形極其艱險(xiǎn)的峽谷區(qū)，公路抗災(zāi)能力強(qiáng)；②施工進(jìn)場(chǎng)條件較好，隧道主體工程對(duì)原路交通干擾較小；③可通過(guò)兩座橫洞開(kāi)辟兩個(gè)作業(yè)面，同時(shí)可利用橫洞作為運(yùn)營(yíng)期橫向通風(fēng)排煙通道并作為應(yīng)急逃生、救援的通道，起到超特長(zhǎng)隧道長(zhǎng)隧短打的作用。

缺點(diǎn)：①隧道長(zhǎng)度長(zhǎng)，工程規(guī)模大，投資高；②兩座橫洞洞口場(chǎng)地條件差，橫洞施工時(shí)對(duì)原路干擾較大，施工工期較長(zhǎng)；③橫向通風(fēng)、排煙對(duì)原路交通存在不利影響；④20 年通風(fēng)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用約需3 990 萬(wàn)元，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用較高，全壽命周期成本高。

3.3 右岸（原老路對(duì)岸）方案（簡(jiǎn)稱(chēng)B 方案）的提出

在方案研究過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)原路對(duì)岸峽口段蘆山端地形、地質(zhì)條件較好，可以設(shè)置一段較長(zhǎng)的明線(xiàn)，從而將隧道總長(zhǎng)縮短至6 200 m（圖3）。但是，該方案6 200 m 的超特長(zhǎng)隧道除隧道兩端具有施工進(jìn)出場(chǎng)條件外，其間由于靈關(guān)河（電站庫(kù)區(qū)）相隔，該岸無(wú)任何道路可供施工進(jìn)場(chǎng)，用以新建橫洞，增加隧道新的施工作業(yè)面，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)隧短打，縮短施工工期，為沿線(xiàn)災(zāi)后重建及時(shí)提供交通保障，加之岸坡極其陡峻，沒(méi)有縱向新建施工便道的條件。同時(shí)，為滿(mǎn)足后期運(yùn)營(yíng)通風(fēng)及救援需要，需設(shè)置貫通平導(dǎo)。該方案總投資約77 527 萬(wàn)元，20 年通風(fēng)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用約需3 420 萬(wàn)元，施工工期長(zhǎng)，加之無(wú)法實(shí)現(xiàn)銅頭峽路段新舊兩路的互聯(lián)互通，不利于提高該區(qū)段綜合交通保障能力，相較左岸方案，無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)。

3.4 C 方案的提出

經(jīng)進(jìn)一步現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和方案研究，發(fā)現(xiàn)靈關(guān)河右岸有兩小支溝，溝處地形、地質(zhì)條件較好，隧道可以在兩小支溝處實(shí)現(xiàn)露頭，設(shè)置明線(xiàn)。盡管路線(xiàn)稍有繞行（路線(xiàn)增長(zhǎng)約500 m），但可將1 座6 200 m 的超特長(zhǎng)隧道變?yōu)殚L(zhǎng)度分別為1 085 m、2 078 m 和2 870 m，總長(zhǎng)6 033 m 的3 座長(zhǎng)隧道（圖3），相較左岸方案和右岸超特長(zhǎng)隧道方案，該方案（簡(jiǎn)稱(chēng)C 方案）優(yōu)勢(shì)明顯。

該方案要達(dá)到總體設(shè)計(jì)原則的相關(guān)要求，其關(guān)鍵控制因素就是如何實(shí)現(xiàn)左岸老路與對(duì)岸兩支溝溝口的永臨結(jié)合便橋的設(shè)置。

4 永臨結(jié)合索道便橋的提出及對(duì)總體方案的支撐性

4.1 永臨結(jié)合索道便橋的提出

銅頭峽谷區(qū)域?yàn)閁 形深谷，崖壁近直立，兩岸基巖出露良好，為晚白堊系-老第三系大溪組礫巖組成，厚層至巨厚層狀構(gòu)造。經(jīng)測(cè)量，兩擬設(shè)便橋橋位處，在S210 高程面上峽谷兩岸間距為120～130 m，峽谷中銅頭電站庫(kù)區(qū)蓄水深10～20 m，S210 距電站最高蓄水面40～50 m。由于庫(kù)區(qū)蓄水較深，且漲落不定，庫(kù)區(qū)中設(shè)置橋墩的難度極大，故需采用一跨跨越的方式。對(duì)于此種跨徑，一般梁橋無(wú)法實(shí)現(xiàn)，而拱式結(jié)構(gòu)由于場(chǎng)地極其受限，同時(shí)S210 保通要求高，實(shí)施也極其困難。鑒于兩岸基巖裸露、巖體完整，索錨體系［6］應(yīng)是一種較好的選擇，故提出施工方便、對(duì)原路交通影響較小的索道橋［7］方案。

兩座索道橋均采用125 m 跨徑，橋面總寬7 m，由1 幅4.5 m 機(jī)動(dòng)車(chē)道和兩側(cè)人行道組成。設(shè)計(jì)荷載：?jiǎn)诬?chē)40 t，主索垂跨比為1/52（圖4）。按永臨結(jié)合的思路設(shè)計(jì)，施工期作為施工進(jìn)場(chǎng)通道，施工結(jié)束后，予以保留，作為新老道路之間的應(yīng)急救援、應(yīng)急聯(lián)系通道使用。

圖4 索道便橋橋型方案示意圖（單位：m）

4.2 索道便橋?qū)β肪€(xiàn)方案選擇的支撐

經(jīng)測(cè)算，靈關(guān)河右岸的C 方案全長(zhǎng)9.464 km，設(shè)置橋梁長(zhǎng)880 m/3 座，隧道長(zhǎng)6 033 m/3 座，另設(shè)置索道便橋250 m/2 座，總投資約48 715 萬(wàn)元（其中2 座索道便橋的投資約886 萬(wàn)元），較A、B 方案總投資均有較大節(jié)省。由于索道便橋的實(shí)施（工期約6 個(gè)月），新增兩處進(jìn)場(chǎng)通道，隧道土建主體工程總工期可由30 個(gè)月降低至20 個(gè)月，節(jié)省工期近10 個(gè)月；隧道于右岸兩支溝露頭后，實(shí)現(xiàn)了3 座隧道獨(dú)立通風(fēng)，20 年通風(fēng)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用約需1 140 萬(wàn)元，較A、B 方案均有較大降低，全壽命周期成本更優(yōu)。另外，永臨結(jié)合的索道便橋，實(shí)現(xiàn)了該峽谷區(qū)段新、老公路的互聯(lián)互通，對(duì)于提高該通道的綜合抗災(zāi)能力，交通的應(yīng)急轉(zhuǎn)換、疏解和應(yīng)急救援能力均具有重要作用，提高了交通網(wǎng)絡(luò)的安全性［8］（圖5）。

圖5 銅頭峽路段交通應(yīng)急疏解、應(yīng)急救援網(wǎng)絡(luò)圖（單位：m）

5 結(jié)語(yǔ)

中國(guó)西部高烈度艱險(xiǎn)山區(qū)地形復(fù)雜、地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，公路路線(xiàn)需繞避重大地質(zhì)災(zāi)害，并選擇有利的地形布設(shè)，公路建設(shè)同時(shí)也面臨施工進(jìn)場(chǎng)困難，運(yùn)營(yíng)期應(yīng)急救援困難等難題。本文以“4 · 20”四川蘆山地震后樂(lè)英至寶興快速通道銅頭峽路段路線(xiàn)方案設(shè)計(jì)為例，介紹了基于施工和應(yīng)急救援因素的公路路線(xiàn)方案研究論證的情況，最終推薦方案通過(guò)巧妙設(shè)置兩處橫跨峽谷的永臨結(jié)合索道便橋，實(shí)現(xiàn)路線(xiàn)方案于既有道路對(duì)岸布設(shè)的可能，變1 座超特長(zhǎng)隧道為3座長(zhǎng)隧道，同時(shí)解決了施工進(jìn)場(chǎng)和運(yùn)營(yíng)期通風(fēng)、應(yīng)急救援等問(wèn)題，提高了綜合抗災(zāi)能力，節(jié)省了工程投資。該工程于2013 年底開(kāi)工建設(shè)，于2016 年建成［9］，為寶興新增一條生命通道。

該設(shè)計(jì)思路已為其后的汶川至馬爾康高速公路獅子坪路段設(shè)計(jì)提供了借鑒，也可為艱險(xiǎn)山區(qū)類(lèi)似工程提供參考。