南丹至天峨下老高速公路總體設(shè)計(jì)分析

莫秋金，石忠利，萬 謙，孔凱歌

(廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

南丹至天峨下老高速公路是《廣西高速公路網(wǎng)規(guī)劃》(2018—2030)高速公路網(wǎng)布局方案中的“橫2”線，是廣西通往貴州方向的高速公路通道，是連接G75蘭海高速公路和G69銀百高速公路的重要紐帶通道，同時(shí)也是對(duì)廣西高速公路網(wǎng)體系的補(bǔ)充和完善，對(duì)充分發(fā)揮高速公路網(wǎng)絡(luò)連通效應(yīng)，形成東靠西聯(lián)、北進(jìn)南下的現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系有著重要作用。

南丹至天峨下老高速公路路線自東向西，起點(diǎn)位于河池市南丹縣城關(guān)鎮(zhèn)關(guān)西村附近，依次經(jīng)城關(guān)鎮(zhèn)、羅富鄉(xiāng)、天峨縣六排鎮(zhèn)、坡結(jié)鄉(xiāng)、向陽鎮(zhèn)、下老鄉(xiāng)、樂業(yè)縣邏西鄉(xiāng)，終點(diǎn)在下老鄉(xiāng)下老村附近接G69銀百高速公路，路線全長104.904 km，采用四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度為100 km/h，整體式路基寬度為26.0 m，分離式路基寬度為13.0 m。設(shè)互通立交6處，其中樞紐互通兩處。橋隧比為74.3%。本文從項(xiàng)目工程特點(diǎn)、總體設(shè)計(jì)原則和要點(diǎn)等方面進(jìn)行論述，為后續(xù)山區(qū)復(fù)雜高速公路的總體設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 項(xiàng)目工程特點(diǎn)

(1)項(xiàng)目控制性工程多，地形條件復(fù)雜，勘察設(shè)計(jì)難度大。

本項(xiàng)目所在地區(qū)以剝蝕低山地貌為主，自然坡陡，邊坡穩(wěn)定性差。全線地層以砂巖、泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等軟質(zhì)巖為主，地質(zhì)條件復(fù)雜?？刂菩怨こ潭?，有特長隧道5座，其中燕來隧道長6 311 m，為目前廣西第一長隧道；特大橋6座，連續(xù)剛構(gòu)橋11座，橋隧比高達(dá)74.3%，勘察設(shè)計(jì)難度大。

(2)環(huán)保水保要求高

本項(xiàng)目路線方案穿過龍灘自然保護(hù)區(qū)，還有6處二級(jí)水源保護(hù)區(qū)，環(huán)保水保要求高。

(3)協(xié)調(diào)工作量大

路線受制約因素較多，勘察設(shè)計(jì)期間，路線方案設(shè)計(jì)需充分考慮基本農(nóng)田占地、沿線城鎮(zhèn)規(guī)劃、重要環(huán)境敏感點(diǎn)、重要水利設(shè)施的分布情況、與鐵路和原有高速公路的交叉關(guān)系以及紅水河的通航要求等因素，需要重點(diǎn)加強(qiáng)與地方政府、鐵路、國土資源等部門的溝通和協(xié)調(diào)，合理確定路線方案。

2 總體設(shè)計(jì)原則

(1)積極吸收和借鑒國內(nèi)外、各省區(qū)山區(qū)高速公路勘察設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn)，準(zhǔn)確把握技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，合理運(yùn)用技術(shù)指標(biāo)，注重環(huán)境保護(hù)，嚴(yán)格控制建設(shè)規(guī)模，確保實(shí)現(xiàn)建設(shè)“綠色南天、智慧建造”的總體目標(biāo)。

(2)在勘察設(shè)計(jì)中反復(fù)嘗試各種可能的總體組合方案，對(duì)特長隧道、長隧道、大橋、高路堤與橋梁、深路塹與隧道、擋墻、高邊坡與半邊橋等工程組合方案，進(jìn)行全壽命周期成本的綜合比較。

(3)全面落實(shí)交通運(yùn)輸部《關(guān)于實(shí)施綠色公路建設(shè)的指導(dǎo)意見》相關(guān)要求，在設(shè)計(jì)過程中貫徹綠色公路、“零棄方、少填方”“綠色服務(wù)區(qū)”“拓展旅游功能”的設(shè)計(jì)理念。

(4)項(xiàng)目隧道數(shù)量多達(dá)26座，隧道占路線長度的46.6%，分離式路基多。在國家關(guān)于“公路建設(shè)中實(shí)行最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度”的指導(dǎo)精神下，盡可能少占用耕地，特別是基本農(nóng)田。

(5)堅(jiān)持地質(zhì)選線的原則，避免地質(zhì)災(zāi)害對(duì)項(xiàng)目實(shí)施和運(yùn)營產(chǎn)生不良影響。對(duì)不良地質(zhì)地段、環(huán)境保護(hù)地段，在路線選線過程中應(yīng)注意合理繞避，避免硬性穿越。

(6)對(duì)特大橋、特長隧道等控制性工程，在路線總體進(jìn)行多方案比選，綜合考慮地質(zhì)條件、工程造價(jià)、施工風(fēng)險(xiǎn)、運(yùn)營成本等因素，擇優(yōu)推薦。

3 總體設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 路線起終點(diǎn)的銜接

路線起點(diǎn)：位于河池市南丹縣城關(guān)鎮(zhèn)關(guān)西村附近，在起點(diǎn)設(shè)置關(guān)西樞紐互通接G75蘭海高速公路。

路線終點(diǎn)：位于天峨縣下老鄉(xiāng)下老村附近，設(shè)置下老樞紐互通連接樂業(yè)至百色高速公路。終點(diǎn)接線位置銀百高速公路設(shè)有下老互通，并有隧道位于接線點(diǎn)兩側(cè)，路線終點(diǎn)互通方案經(jīng)過多方案比選，最終將樞紐互通匝道均設(shè)置匝道隧道接入，并與原有下老互通設(shè)置輔助車道連接。

3.2 技術(shù)指標(biāo)的應(yīng)用

本項(xiàng)目主要技術(shù)指標(biāo)[1-2]的采用情況見表1。

表1 主要技術(shù)指標(biāo)采用情況表

3.3 路線方案的比選

本項(xiàng)目地質(zhì)條件復(fù)雜，控制性工程多，路線展線和布設(shè)非常困難，設(shè)計(jì)需結(jié)合地形、地質(zhì)、環(huán)境敏感點(diǎn)等因素進(jìn)行多方案綜合比選。

3.3.1 貫徹地質(zhì)選線，做好橋、隧方案比選

通過總結(jié)以往山區(qū)高速公路勘察設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)[3]，充分認(rèn)識(shí)到地質(zhì)選線在規(guī)避建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)中的關(guān)鍵性作用。K86+880～K87+120段經(jīng)過向陽鎮(zhèn)車賴屯西北側(cè)附近的山坡處，地貌上呈北西向南東扇形分布，上部地形較平緩，前部整體地形陡峻，坡腳為S317省道，為低山丘陵地貌。結(jié)合地貌特征及鉆探驗(yàn)證，可判定該處為滑坡堆積體，擬建高速公路推薦路線的車賴高架大橋位于滑坡體的前緣部位，在強(qiáng)降雨、車輛荷載、地震上部荷載加大等不利因素作用下可能誘發(fā)滑坡堆積體的滑動(dòng)，因此設(shè)計(jì)避開滑坡堆積體的方案二進(jìn)行對(duì)比(見圖1和表2)。

由圖1和表2可知：(1)路線長度：方案一較方案二短197 m；(2)工程地質(zhì)條件：方案一經(jīng)過滑坡堆積體前沿，地質(zhì)條件相對(duì)較差，方案二以隧道的形式避開了滑坡堆積體；(3)安全情況：方案一橋梁跨越滑坡堆積體前沿，橋梁樁基及便道的施工易引發(fā)滑坡堆積體復(fù)活，施工及運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)大，方案二以隧道形式穿過山體，施工風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較??；(4)工程規(guī)模：方案一較方案二橋梁長600 m，隧道短863 m，工程規(guī)模相對(duì)較小。

圖1 K86+880～K87+120段路線方案對(duì)比圖

表2 兩方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析表

從以上四個(gè)方面進(jìn)行綜合比選分析，方案二較方案一路線長197 m，工程造價(jià)較高，但地質(zhì)條件較好，避開了滑坡堆積體，施工及運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)較小，因此確定了方案二作為施工圖設(shè)計(jì)方案。

3.3.2 對(duì)控制性工程進(jìn)行多方案研究比選

本項(xiàng)目龍鳳隧道長7 780 m，為廣西最長的隧道群。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，龍鳳隧道位于灰?guī)r區(qū)和砂巖區(qū)交界處，本項(xiàng)目龍鳳隧道共布設(shè)5個(gè)方案(見圖2)進(jìn)行比較，依次為工可方案(6 391 m)、工可優(yōu)化方案(6 500 m)、K線方案(7 310 m)、B4線方案(7 460 m)、B5線方案(3 790 m隧道+44 m橋+3 990 m隧道)。結(jié)合工程地質(zhì)、施工工期、運(yùn)營成本、工程造價(jià)等方面對(duì)5個(gè)隧道方案進(jìn)行綜合比選分析(見圖2)。

圖2 龍鳳隧道段路線方案對(duì)比圖

本項(xiàng)目施工工期為3年，工可方案(6 391 m)、工可優(yōu)化方案(6 500 m)斜井長度均>2 000 m，難以在規(guī)定工期內(nèi)完成，且兩方案均從灰?guī)r區(qū)中經(jīng)過，調(diào)查發(fā)現(xiàn)有幾處較大的地下河出入口及落水洞位于隧道上方，兩方案在施工過程中存在涌水突泥的風(fēng)險(xiǎn)；K線方案斜井長度為755 m，工期能滿足要求，但位于灰?guī)r與砂巖交界面處，鉆探結(jié)果顯示地質(zhì)條件較差，施工風(fēng)險(xiǎn)大；B4線方案斜井長度為322 m，位于砂巖區(qū)，工期能滿足要求，地質(zhì)條件相對(duì)較好；B5線方案將龍鳳隧道拆分成3 790 m和3 990 m的隧道群，兩隧道中間為山谷，中間設(shè)置橋梁連接，無須設(shè)置斜井。由此可知，工可方案(6 391 m)、工可優(yōu)化方案(6 500 m)工期無法滿足要求，且施工風(fēng)險(xiǎn)大；K線方案地質(zhì)條件差，施工風(fēng)險(xiǎn)大。因此，以上3個(gè)方案只進(jìn)行論述，不進(jìn)行進(jìn)一步比選，保留B4線方案和B5線方案進(jìn)行同深度比選(見表3)。

表3 兩方案綜合對(duì)比分析表

綜合比選分析：B4線方案路線較B5線短350 m，隧道短310 m，路線平縱面指標(biāo)高；B5線采用全縱向機(jī)械通風(fēng)，具備在兩隧道之間設(shè)置聯(lián)絡(luò)道的條件，運(yùn)營方便，且隧道施工工作面多，工期短，工程造價(jià)低。因此，確定了B5線方案做施工圖方案。

3.4 高陡路基設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目橋隧比高達(dá)74.3%，路基比例小，邊坡總數(shù)量相對(duì)其他項(xiàng)目較少，但由于地形地貌等影響，沿線邊坡多為高陡坡，坡體多以強(qiáng)風(fēng)化層為主，巖質(zhì)較軟，多存在軟弱夾層，穩(wěn)定性較差，尤其是順層邊坡，需控制邊坡高度，同時(shí)加強(qiáng)防護(hù)。

(1)采用錯(cuò)幅路基方案，以降低邊坡高度。本項(xiàng)目向陽2號(hào)隧道出口段地形高陡，右側(cè)挖方邊坡高，左側(cè)填方邊坡高，且填方已占用左側(cè)省道，故采用左幅低右幅高的路基形式，有效降低右側(cè)挖方邊坡高度，同時(shí)降低左幅填方邊坡高度，避免對(duì)省道的侵占。

(2)采用半路半橋方案。本項(xiàng)目K88+600～K88+810段由于地形高陡，總體上考慮右幅路基、左幅橋梁的方案，避免了高邊坡的出現(xiàn)。

(3)采用明洞設(shè)計(jì)方案。本項(xiàng)目向陽5號(hào)隧道左幅進(jìn)口原路基開挖邊坡很高，總體設(shè)計(jì)上將左幅縱斷面抬高，明洞延長50 m，在明洞右側(cè)做擋土墻，同時(shí)在明洞前設(shè)100 m的抗滑樁，避免了高邊坡的出現(xiàn)。

3.5 橋梁工程設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目地形起伏大，不良地質(zhì)多，水文條件復(fù)雜，橋涵等結(jié)構(gòu)物勘察設(shè)計(jì)和施工都特別困難。為降低橋梁施工難度，減少對(duì)環(huán)境的破壞，采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和施工，同時(shí)控制墩臺(tái)邊坡高度，防止大開大挖。

(1)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和施工，加快建設(shè)速度，降低工程成本。橋梁結(jié)構(gòu)主要采用預(yù)制構(gòu)件，全線墩高較高，橋跨多以40 m為主。為適應(yīng)本項(xiàng)目地形情況，并盡可能減少橋梁結(jié)構(gòu)形式及孔徑的種類，減少橋墩邊坡開挖，本項(xiàng)目主線常規(guī)橋梁全部采用40 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，最大程度實(shí)現(xiàn)“標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及施工工業(yè)化”。

(2)控制墩臺(tái)邊坡高度，防止大開大挖。本項(xiàng)目大部分墩臺(tái)位于陡坡上，在施工過程中，平臺(tái)的開挖易造成邊坡滑坍等病害，因此在設(shè)計(jì)時(shí)須合理設(shè)計(jì)平臺(tái)寬度和位置，并對(duì)復(fù)雜地形路段橋下施工便道和承臺(tái)位置進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。對(duì)于墩臺(tái)邊坡，必須及時(shí)進(jìn)行邊坡防護(hù)，采用錨桿掛網(wǎng)噴混凝土進(jìn)行坡面支護(hù)，避免后期坡面滑坍，影響墩臺(tái)穩(wěn)定。

3.6 隧道工程設(shè)計(jì)

全線主線共布設(shè)隧道26座，互通布設(shè)4座匝道隧道。隧道的設(shè)計(jì)根據(jù)所處的總體線形、地形、地質(zhì)條件，結(jié)合施工、運(yùn)營、管理等情況，遵循“安全、經(jīng)濟(jì)、合理、環(huán)?！钡脑瓌t進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(1)注重隧道位置選擇。本項(xiàng)目設(shè)置特長隧道5座，其中最長的燕來隧道長6 311 m，建成時(shí)是廣西最長的隧道。在總體設(shè)計(jì)中，對(duì)特長隧道均進(jìn)行了不同位置和方案比選，盡可能選擇對(duì)地方環(huán)境影響和破壞少的線位，綜合比選分析工程造價(jià)和路線長短。

(2)進(jìn)行洞口排水專項(xiàng)設(shè)計(jì)。為提高隧道工程防災(zāi)減災(zāi)能力，充分借鑒近年來因極端天氣導(dǎo)致的隧道水患問題和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，結(jié)合隧址區(qū)水文地質(zhì)情況，制定了本項(xiàng)目隧道專項(xiàng)排水方案和巖溶處治專項(xiàng)措施。

(3)對(duì)隧道進(jìn)出口“三秒行程一致性”控制。本項(xiàng)目隧道多，控制性工程多，路線方案布設(shè)困難，對(duì)特殊困難路段造成不滿足進(jìn)出口“三秒行程一致性”要求的隧道進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選論證[4]，論證后將個(gè)別隧道洞口設(shè)置在緩和曲線上，同時(shí)在洞口處增設(shè)誘導(dǎo)標(biāo)，加強(qiáng)線形誘導(dǎo)。在隧道入口前150 m范圍的左右兩側(cè)硬路肩內(nèi)均設(shè)置斜向行車方向的導(dǎo)流線和隆聲帶，確保行車安全。

3.7 綠色公路與品質(zhì)工程設(shè)計(jì)

綠色公路與品質(zhì)公路工程的勘察設(shè)計(jì)，其重點(diǎn)在于

設(shè)計(jì)必須貫穿全壽命周期，并且達(dá)到“安全、環(huán)保、舒適、經(jīng)濟(jì)、和諧”的目的。

本項(xiàng)目向陽互通和向陽服務(wù)區(qū)、停車區(qū)交通量小，且受地形、特大橋、特長隧道等構(gòu)造物布設(shè)的控制，互通和服務(wù)區(qū)獨(dú)立布設(shè)困難，因此考慮了合并方案，將向陽互通、向陽服務(wù)區(qū)、停車區(qū)三者合并修建。同時(shí)，考慮到向陽鎮(zhèn)自然風(fēng)景優(yōu)美，公路兩側(cè)有規(guī)劃的休閑碼頭、公園等旅游設(shè)施，服務(wù)區(qū)采用開放式單側(cè)布設(shè)，不分高速公路上下行交通流進(jìn)服務(wù)區(qū)。服務(wù)區(qū)緊鄰龍灘水庫布設(shè)，停車區(qū)布設(shè)于場(chǎng)地中間，周圍設(shè)置綜合樓、游玩設(shè)施，與地方旅游規(guī)劃融為一體。服務(wù)區(qū)通過平交口與單喇叭A型的向陽互通相接，極大地節(jié)約了用地規(guī)模和工程造價(jià)，且能更有效地與地方旅游融合發(fā)展。該互通和服務(wù)區(qū)的設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌了資源利用，實(shí)現(xiàn)了集約節(jié)約。

4 結(jié)語

高速公路總體設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程，對(duì)于南丹至天峨下老高速公路來說，因其地形地質(zhì)復(fù)雜，控制性工程多，橋隧比例高，勘察設(shè)計(jì)難度大，總體設(shè)計(jì)起著至關(guān)重要的作用。對(duì)此，總體設(shè)計(jì)者除了對(duì)各專業(yè)有全面的掌握和認(rèn)識(shí)外，還需根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)統(tǒng)籌規(guī)劃。本文從項(xiàng)目工程特點(diǎn)、總體設(shè)計(jì)原則和要點(diǎn)等方面做了充分的論述，希望為后續(xù)山區(qū)復(fù)雜高速公路的總體設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。