重慶某高速公路路線方案優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

汪余波

（招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400067）

0 引言

重慶屬多山地區(qū)，水文環(huán)境和工程地質(zhì)情況復(fù)雜，給高速公路路線方案設(shè)計(jì)帶來很多不利的影響，是公路設(shè)計(jì)中無法避免的難題，需要對不同的路線設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選和優(yōu)化[1]，綜合分析論證后選擇最適宜的方案，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范和工程實(shí)際情況，采取相應(yīng)的優(yōu)化措施，以提升高速公路的行駛舒適度，保障行車安全[2]。

1 工程概況

重慶某高速公路是《重慶市高速公路網(wǎng)規(guī)劃（2019—2035年）》“三環(huán)十八射多聯(lián)線”的重要組成部分，項(xiàng)目的實(shí)施進(jìn)一步加密了區(qū)域路網(wǎng)，提高了網(wǎng)絡(luò)化程度，緩解了射線高速公路、外環(huán)和三環(huán)高速公路的交通壓力。項(xiàng)目推薦路線總長約160km，設(shè)計(jì)速度為100km/h，雙向6 車道，路基寬度為33.5m。

2 路線設(shè)計(jì)方案比選及優(yōu)化

2.1 A1線挖方方案與隧道方案比選及優(yōu)化

該項(xiàng)目推薦線A1 線采用隧道與深挖方方案比選，隧道方案與挖方方案均無顛覆性不良地質(zhì)情況。

若該段設(shè)置隧道，則出洞口設(shè)置于A1K2+640 附近較為合適，明月山1 號隧道長度增加約479m，設(shè)計(jì)線間距25m，接長段縱坡為3%，洞身埋深30～64m。

若該段挖方方案以放緩坡率、保證坡體穩(wěn)定、降低挖方高度為原則，采用折線形邊坡，平臺寬度為5～20m，左側(cè)最大邊坡高度為65m，右側(cè)最大邊坡高度為63m，同時(shí)完善截排水措施。經(jīng)計(jì)算，坡體整體穩(wěn)定，主要存在的問題為局部掉塊。

對上述兩種方案對比分析如下。

（1）行車安全性、舒適性對比

若采用隧道方案，明月山1 號隧道長約4.7km（含四川段），明月山2號隧道長1.8km，合計(jì)長度6.5km，1號、2號隧道洞口間距僅250m，為隧道群，且明月山2 號隧道出洞之后即為展線下坡路段，同時(shí)需進(jìn)行車道數(shù)變換，駕駛員行駛過程中容易因隧道內(nèi)長時(shí)間直線行駛而注意力不集中，產(chǎn)生困頓，不利于行車安全[3]。若1 號、2 號隧道間插入700m 左右的明線段，則能有效緩解視疲勞，令駕駛員有時(shí)間調(diào)整駕駛狀態(tài)。

（2）與后期管養(yǎng)、救援的適應(yīng)性對比

明月山隧道左右線間距25m，若采用明線挖方方案，空間較為富余，后期根據(jù)高速公路管養(yǎng)部門實(shí)施情況，可于左右線之間布置救援車輛、設(shè)備、物資等，有空間布置調(diào)頭車道，若發(fā)生火災(zāi)及交通事故，救援人員和物資可快速到達(dá)現(xiàn)場，避免因事故后堵車而導(dǎo)致的救援不及時(shí)造成進(jìn)一步的人員及財(cái)產(chǎn)損失[4]。

（3）工程經(jīng)濟(jì)性對比

若該段采用隧道方案，需接長明月山1 號隧道466m（左右線平均），同時(shí)還需考慮運(yùn)營期間通風(fēng)、照明等費(fèi)用。若采用明線挖方方案，需對坡面進(jìn)行簡單防護(hù)，后期幾乎無持續(xù)性管養(yǎng)費(fèi)用支出。

（4）與總體方案的適應(yīng)性對比

該項(xiàng)目標(biāo)段內(nèi)地形總體為兩端起伏較大、中部平緩，居民聚居點(diǎn)密集，水田密布。該段線位考慮繞避城鎮(zhèn)規(guī)劃、下穿高鐵節(jié)點(diǎn)、與既有高速的交叉位置及交叉方式等控制性因素后并無過多走廊帶可供布線，縱面受上跨既有高速、既有國省干道、跨越輸氣干管、下穿高鐵標(biāo)高等因素控制，基本以填方及橋梁形式布設(shè)。因此路基本身產(chǎn)生的挖方數(shù)量較少，本樁利用基本已經(jīng)消化，無多余填料調(diào)配至墊江北互通、墊江樞紐互通、高安樞紐、高安服務(wù)區(qū)互通等位置（以上互通均為上跨既有道路），上述幾處互通處于欠方狀態(tài)，而黃草山隧道進(jìn)口前段路基挖方已通過裴興互通及主線基本消化完畢，故需另尋填料來源。而該段附近地形平坦，山包均為淺丘，巖性以砂泥巖為主，幾乎無合適的取土來源。

同時(shí)，沿線除了明月山段存在灰?guī)r、白云巖等硬質(zhì)巖石外，其余均以砂巖、泥巖、頁巖為主，巖體強(qiáng)度不高，幾乎全線軟基換填片塊石、支擋結(jié)構(gòu)骨料、圬工結(jié)構(gòu)骨料、水穩(wěn)層骨料、混凝土骨料均需外購。但據(jù)調(diào)查，K18之前合理運(yùn)距范圍內(nèi)無成規(guī)模的商業(yè)料場，局部小型料場產(chǎn)能不足，僅可供應(yīng)周邊小型建筑，無法大規(guī)模供應(yīng)高速公路建設(shè)。若采用更遠(yuǎn)的料源，一是運(yùn)距太遠(yuǎn)，二是運(yùn)輸需穿過沿線主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)及城區(qū)，噪聲及揚(yáng)塵影響較大，對既有道路交通影響較大。

針對該情況，鑒于A1K2+135—A1K2+640 段坡體介質(zhì)主要為嘉陵江二段、三段的灰?guī)r、白云巖，根據(jù)工程地質(zhì)土石分級情況，明月山路段開挖出的普通土、硬土及軟石、次堅(jiān)石可用作K28 之前路基及互通填料，而開挖出的堅(jiān)石經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足建設(shè)用碎石、卵石Ⅱ類技術(shù)要求，加工成片塊石、碎石后可用于軟基換填、路基圬工、路面基層、底基層、橋梁橋臺擴(kuò)大基礎(chǔ)等[5]。

綜上所述，A1K2+135—A1K2+640 段采用挖方方案，在保證安全的前提下，既提高了行車舒適性，又便于后期管養(yǎng)、救援，還能解決路線總體方案缺填料、缺筑路材料的問題，較隧道方案節(jié)約了建安投資，石料自采利用進(jìn)一步節(jié)約了材料費(fèi)用，有效減少了工程投資。因此，推薦本路段采用挖方方案。

2.2 高低線方案比選及優(yōu)化

該項(xiàng)目以明月山作為川渝界限，明月山背斜兩側(cè)為地勢平緩的微丘地形，明月山北側(cè)的四川段微丘高程約為400m，南側(cè)的重慶段微丘高程約為420m，明月山背斜形成的明月山槽谷高程約為550～607m，在貫通線K 線的基礎(chǔ)上，為順直連通明月山南北兩側(cè)，隧道前后直接落地連通大竹天城鎮(zhèn)、墊江新民鎮(zhèn)，提出A12低線，如圖1所示。

圖1 K線與A12線路線方案布置圖

對上述兩種方案的對比分析如下。

（1）水文及工程地質(zhì)方面

K 線隧址從明月山可溶巖槽谷垂直補(bǔ)給帶中穿越，A12線從明月山可溶巖槽谷水平徑流帶和飽水帶中穿越。經(jīng)墊江至鄰水明月山隧道、梁忠路明月山隧道工程案例研究分析，以及對明月山水文地質(zhì)的進(jìn)一步了解，隧道穿越明月山背斜可溶巖水文環(huán)境脆弱，破壞后難以修復(fù)。另外，路線走廊臨近墊江縣雙河水庫、巖屋咀飲用水庫，這兩處水庫為墊江縣飲用水主要水源地，應(yīng)當(dāng)保證飲用水源儲量不受影響以及水域環(huán)境的安全性。A12線對水文環(huán)境、水庫水源補(bǔ)給大大劣于K線，且A12線從地下水水平徑流帶及飽水帶中穿越，地表水疏干及水庫滲漏風(fēng)險(xiǎn)極大?？梢?，A12線對水文環(huán)境影響嚴(yán)重，且地表水的滲漏、疏干風(fēng)險(xiǎn)極大，為不可控風(fēng)險(xiǎn)因素[6]。

（2）城鎮(zhèn)規(guī)劃方面

A12 線、K 線均未占用城鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)域，A12 線繞新民鎮(zhèn)規(guī)劃及墊江縣城鎮(zhèn)規(guī)劃外圍布線，K線沿墊江縣城鎮(zhèn)規(guī)劃外圍布線，地方政府基本同意兩條走廊帶與城鎮(zhèn)規(guī)劃的位置關(guān)系。落地互通交通服務(wù)功能兩者相當(dāng)，對未來城鎮(zhèn)一體化發(fā)展而言A12線略優(yōu)。

（3）綜合比選

基于上述分析并考慮生態(tài)紅線、不良地質(zhì)體、采空區(qū)等因素的影響，綜合比選結(jié)果如下。

①A12線

優(yōu)點(diǎn)：兼顧新民與墊江規(guī)劃，為城鎮(zhèn)一體化發(fā)展預(yù)留空間；以隧道形式穿越明月山生態(tài)紅線，對其影響小。

缺點(diǎn)：對飲用水庫水量的補(bǔ)給影響嚴(yán)重；隧址處于水平徑流帶及深循環(huán)帶，有疏干地表水及水庫滲漏等風(fēng)險(xiǎn)；穿越采空區(qū)段較K線長；橋隧規(guī)模大，總造價(jià)高。

②K線

優(yōu)點(diǎn)：對明月山巖溶槽谷水環(huán)境影響?。粚︼嬘盟畮煊绊戄^小，總體可控；橋隧規(guī)模小，總造價(jià)低；隧道穿越采空區(qū)較短。

缺點(diǎn)：路線較A12線略長；路線穿越明月山生態(tài)紅線。

綜上，A12線存在工程安全風(fēng)險(xiǎn)高、社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)高、生態(tài)影響大、工程建設(shè)難度大、工程規(guī)模高等諸多不利因素，綜合分析后確定將A12 線方案作為定性研究方案。同時(shí)，通過上述分析得知，將明月山隧道設(shè)置于水平循環(huán)帶標(biāo)高以上是合理的，也是必要的。

2.3 高線位隧址方案比選及優(yōu)化

根據(jù)路線對采空區(qū)、地質(zhì)、水庫的影響，在采用隧道標(biāo)高控制條件下，提出A11 線、A13 線，與K 線進(jìn)行比選，其中A11 線、K 線在明月山槽谷露頭，A11 線因四川段展線里程段及槽谷地勢較高的影響，未在明月山槽谷露頭，設(shè)置5 540m 特長隧道，另外兩條線單個(gè)隧道長度未超過5km，如圖2所示。

圖2 K線、A11線、A13線方案布置圖

對上述三種方案的對比分析如下。

（1）水文及工程地質(zhì)方面

K 線隧道穿越可溶巖段長度約為2 797m，設(shè)計(jì)高程為603～613m，A11 線隧道穿越可溶巖段長度約為3 075m，設(shè)計(jì)高程約為584～600m，A13 線隧道穿越可溶巖段長度約為1 439m，設(shè)計(jì)高程約為588～613m，位于豎向補(bǔ)給帶，高于相鄰的雙河水庫和巖屋咀水庫壩頂標(biāo)高，其可能造成淺表巖溶泉疏干，造成水庫來水減少。其中，A11線對巖屋咀水庫補(bǔ)給量影響較大，K 線、A13線對水庫影響相當(dāng)，屬于可控范圍，但A13 線沿雙河水庫補(bǔ)給溝槽布線里程達(dá)1 125m，存在污染雙河水庫地表水體的風(fēng)險(xiǎn)。A13線穿越采空區(qū)的范圍小，但該區(qū)域?yàn)楸∶簩樱瑢λ淼赖挠绊懣煽?。總體而言，K線、A13線的水文地質(zhì)較優(yōu)。

路基及橋梁工程地質(zhì)條件：A13線不良地質(zhì)段總長度為2 913m，A11線不良地質(zhì)段總長度為2 404m，K 線不良地質(zhì)段總長度為1 695m，則K線最優(yōu)。

（2）城鎮(zhèn)規(guī)劃方面

K 線、A11 線、A13 線均從墊江城區(qū)與新民鎮(zhèn)之間穿越，對于城鎮(zhèn)規(guī)劃的影響一致，均能較好地服務(wù)地方。

（3）工程規(guī)模方面

工程規(guī)模A13線占優(yōu)，A11線最大。但A13線四川境內(nèi)路線里程也為最長，且其境內(nèi)工程規(guī)模較其他兩條線大。

（4）對風(fēng)景名勝區(qū)、生態(tài)紅線的影響

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，K 線、A11 線、A13 線與明月山風(fēng)景名勝區(qū)、生態(tài)紅線等影響段落如圖3所示。

圖3 K線、A11線、A13線與明月山風(fēng)景名勝區(qū)關(guān)系圖

K 線對明月山風(fēng)景名勝區(qū)影響最小，A13 線明線位于雙河水庫（飲用水庫）地表水補(bǔ)給區(qū)，工程建設(shè)及運(yùn)營對水體影響較大。

（5）綜合比選

由上述比選分析得知，A11線存在工程規(guī)模大、工程建設(shè)對水庫影響較大等不利因素；A13線路線長度較短、工程規(guī)模較小。各方案的優(yōu)缺點(diǎn)如下。

①K線

優(yōu)點(diǎn)：路線順直、里程較短；明月山槽谷露頭段較短，對地表水及生態(tài)紅線影響較??；對水庫補(bǔ)給量影響?。粯蛩硪?guī)模小，造價(jià)低；對明月山風(fēng)景名勝區(qū)影響最?。籏線符合當(dāng)?shù)亟泳€意愿。

缺點(diǎn)：路線稍長；橋梁規(guī)模較大；2號隧道出口明線段工程地質(zhì)條件較差。

②A13線

優(yōu)點(diǎn)：穿越采空區(qū)范圍較小；穿越可溶巖長度較短；對水庫補(bǔ)給量影響小。

缺點(diǎn)：路線里程較長；穿越明月山生態(tài)紅線長達(dá)1 125m；路線在明月山槽谷沿水庫補(bǔ)給水源溝渠布線，容易對飲用水體造成污染；不良地質(zhì)段落較長，處置費(fèi)用高；工程規(guī)模大，造價(jià)高。

③A11線

優(yōu)點(diǎn)：穿越明月山風(fēng)景名勝區(qū)核心景區(qū)最小。

缺點(diǎn)：對巖屋咀水庫補(bǔ)給量影響較大；明月山隧道需要設(shè)置斜井通風(fēng)；橋隧規(guī)模大，總造價(jià)高。

4 結(jié)語

高速公路的路線方案選取通常是由多種因素共同決定的，尤其是對于山區(qū)而言，其路線優(yōu)化設(shè)計(jì)是綜合考慮、比選論證后的結(jié)果。本文以重慶某高速公路為例，綜合考慮了項(xiàng)目沿線水文地質(zhì)情況、特別是不良地質(zhì)路段，同時(shí)結(jié)合項(xiàng)目缺石料的情況，對挖方方案與隧道方案進(jìn)行比選，最終選擇了挖方方案，既解決了石料來源問題，同時(shí)也降低了工程造價(jià)。