王　瑛，王維榮，屠　彬

(西安公路研究院， 西安　710065)

?

陜北黃土地區(qū)路線方案比選實例

王瑛，王維榮，屠彬

(西安公路研究院， 西安710065)

摘要：基于對陜北黃土地區(qū)神米高速公路佳縣至米脂段建設(shè)條件及控制因素的分析，介紹其路線布設(shè)原則、方案比選經(jīng)過及推薦方案，為同類建設(shè)條件下高速公路路線方案設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：黃土地區(qū)；神米高速公路；路線方案；比選

1工程概況

神木—米脂高速公路(簡稱神米高速公路)是陜西省“2367”高速公路網(wǎng)規(guī)劃的一條南北縱向聯(lián)絡(luò)線，其北端與榆神高速公路銜接，南端與榆綏高速公路銜接，中間與榆佳高速公路共線，且共線兩端為新建段落。神米高速公路路線全長141.02 km，其中，新建里程113.80 km，與榆林至佳縣高速公路共線27.22 km。

神米高速公路全線采用雙向4車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。神木—佳縣段( 67.00 km)設(shè)計速度為 100 km/h，路基寬26 m；佳縣—米脂段( 46.80 km)設(shè)計速度為80 km/h，路基寬24.5 m。汽車荷載等級采用公路-I級，設(shè)計洪水頻率為1/100(特大橋 1/300)，地震動峰值加速度 0.05g，其余技術(shù)指標(biāo)按JTG B01—2003《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行[1]。

佳縣—米脂段起于榆佳高速公路佳縣互通式立交K97+812.713，止于米脂互通式立交K144+610.247，路線全長46.798 km。全段設(shè)橋梁19 721.7 m/77座，隧道1 920 m/2座，3處互通式立交，1處服務(wù)區(qū)，1處匝道收費站。

2建設(shè)條件及主要控制因素

2.1建設(shè)條件

佳縣—米脂段高速公路地處陜北黃土高原東部，屬黃土高原丘陵溝壑區(qū)。由于黃土質(zhì)地疏松，侵蝕強烈，在流水沖刷下，黃土高原被切割成千溝萬壑，支離破碎，形成了梁、溝、峁等特有的黃土地形。根據(jù)地貌成因，可將地形劃分為黃土工程地質(zhì)區(qū)和河谷工程地質(zhì)區(qū)2個地貌單元。

黃土工程地質(zhì)區(qū)基本覆蓋了整個項目區(qū)。該區(qū)出露地層為第4系上更新統(tǒng)馬蘭組黃土及中更新統(tǒng)離石組黃土，沿較大河谷兩岸及深切溝谷底部有基巖出露。

河谷工程地質(zhì)區(qū)主要指佳蘆河、烏龍河和無定河及其支流河谷分布區(qū)。佳蘆河地處路線起點端(佳縣)，烏龍河地處路線中部烏龍鎮(zhèn)，無定河地處路線終點端(米脂縣)。這3條較大的河流河谷較寬闊，谷底地形平坦，發(fā)育沖洪積砂土、砂礫土、圓礫土，局部夾有卵礫石、漂石等。

該地區(qū)地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，地震動峰值加速度為0.05g，對應(yīng)地震基本烈度為6度。

2.2主要控制因素

路線走廊內(nèi)的地形、地質(zhì)條件，城鎮(zhèn)村莊分布，米脂縣城規(guī)劃區(qū)，水源保護(hù)區(qū)，榆佳、榆綏高速公路等均是項目的主要控制因素。

路線起點與現(xiàn)榆佳高速公路佳縣互通式立交同址。本次設(shè)計結(jié)合交通量分布情況，對原佳縣單喇叭互通式立交進(jìn)行改造利用，故不會降低高速公路通行功能。

路線終點與榆綏高速公路連接。米脂互通式立交設(shè)置主要根據(jù)米脂縣規(guī)劃、無定河上的接線位置、米脂縣城水源保護(hù)區(qū)位置及地形地物條件來尋找合適的接線位置及型式，擬定合理的互通式立交方案。

佳縣—米脂段高速公路沿線主要城鎮(zhèn)有佳縣佳蘆鎮(zhèn)、劉家山鄉(xiāng)、烏鎮(zhèn)、米脂縣印斗鎮(zhèn)、高渠鄉(xiāng)和銀州鎮(zhèn)。主要地物控制點為榆佳高速公路、佳蘆河、南溝、烏鎮(zhèn)、印斗鎮(zhèn)、無定河、榆綏高速公路等。

3路線布設(shè)原則

佳縣—米脂段高速公路路線走向明確，控制點具體，路線方案布設(shè)主要結(jié)合地形、地貌、地質(zhì)、水文等自然條件，采用合理的平縱面線形，嚴(yán)格控制路基填挖高度，合理布設(shè)構(gòu)造物，盡量少占良田，減少拆遷，同時重視環(huán)境保護(hù)[2]。路線布設(shè)主要遵循以下原則。

1) 路線走向應(yīng)符合陜西省高速公路網(wǎng)總體規(guī)劃，起點須考慮與榆佳高速公路佳縣互通式立交的銜接，終點與榆綏高速公路的接線位置及銜接方式是路線布設(shè)的重點。

2) 根據(jù)路網(wǎng)規(guī)劃及現(xiàn)狀，結(jié)合相鄰高速公路服務(wù)設(shè)施布局來合理設(shè)置本項目服務(wù)設(shè)施。選擇合適的互通式立交位置，合理確定與地方道路的交叉銜接方式，方便沿線居民出行，并根據(jù)沿途工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及居民生活習(xí)慣合理布置分離式交叉[3]。

3) 路線布設(shè)須與沿線城鎮(zhèn)規(guī)劃(佳縣與米脂縣城規(guī)劃)、農(nóng)林水利規(guī)劃和經(jīng)濟布局規(guī)劃相協(xié)調(diào)，盡量避開米脂縣城水源保護(hù)區(qū)，并充分征詢地方政府和相關(guān)行業(yè)部門的意見。

4) 路線布設(shè)盡量避開居民區(qū)及管線設(shè)施，盡量減少拆遷量，避免和減少對現(xiàn)有公路的干擾。

5) 路線布設(shè)時，須根據(jù)不良工程地質(zhì)的分布范圍以及對工程方案的影響程度，盡量避繞不良地質(zhì)地段(滑坡及崩塌)，減少過量開挖而影響山體的穩(wěn)定性。所經(jīng)區(qū)域不可避免途經(jīng)淤積壩路段時，應(yīng)通過充分論證來選擇最經(jīng)濟合理的路線方案。

6) 根據(jù)沿線特有的地質(zhì)、地形條件和水文氣候特征靈活選擇路線線形指標(biāo)，做到指標(biāo)均衡、線形連續(xù)，同時對路線平縱面進(jìn)行運行速度檢驗。本項目黃土梁峁溝壑區(qū)應(yīng)選擇合適的橋址與隧址，以滿足施工及營運期的安全要求。在不過多增加工程量的前提下，盡可能采用較高的技術(shù)指標(biāo)，充分發(fā)揮項目功能，提高服務(wù)水平及營運效益[4]。

4路線方案布設(shè)及比選

由于神米高速公路佳縣—米脂段地形比較復(fù)雜，路線控制因素較多，故初步設(shè)計外業(yè)階段提出了多條同深度比選的路線方案。經(jīng)過多次現(xiàn)場踏勘及方案論證會議討論，在初步設(shè)計內(nèi)業(yè)階段摒棄了意義不大的路線方案，僅保留了2條同深度路線方案用于比選[4-5]：B1線，拓家鹼至柴家岔段(K107+298.796～K122+153.289)；B2線，馮渠至終點段(K141+287.120～K144+610.247)。

4.1拓家鹼至柴家岔段路線方案比選

拓家鹼至柴家岔段比較段落起點位于南溝拓家鹼村，終點位于印斗鎮(zhèn)柴家岔村，比較段落長14.854 km。路段內(nèi)設(shè)置互通式立交1處，服務(wù)區(qū)1處。路段內(nèi)，南溝至榆坬村路段屬于黃土梁峁溝壑區(qū)，榆坬村至烏鎮(zhèn)段為烏龍河支流及烏龍河溝谷區(qū)，地形起伏較大，相對高差75 m，在烏鎮(zhèn)烏龍河谷處相對高差達(dá)143 m，故其是拓家鹼至柴家岔相對高差較大的一段。

綜合地形、互通式立交及服務(wù)區(qū)選址、房屋拆遷、與地物的干擾等因素，按照“干擾小、規(guī)模低、用地少、造價低”的原則，分別沿黃土梁峁區(qū)及黃土梁峁斜坡地布設(shè)高、低2條路線方案[6]，即K1線(高線方案)和B1線(低線方案)，路線平面見圖1，縱斷面見圖2。路線方案比較見表1。

從表1可以看出，拓家鹼至柴家岔段路線設(shè)計的主要控制因素是黃土隧道與高橋的取舍。B1線(低線方案)雖然橋高較低，但橋梁大多設(shè)置在黃土梁峁斜坡上，由于陜北黃土區(qū)滑坡較發(fā)育，邊坡破碎，橋梁施工風(fēng)險性較大，加之黃土隧道圍巖級別較低，施工期間不可預(yù)見因素也較多。K1線(高線方案)僅有1座控制性工程即烏鎮(zhèn)大橋，該橋主跨為2×100 m的連續(xù)剛構(gòu)，橋墩高度分別為76.5 m和72 m。雖然較常規(guī)橋梁相比橋段高度較高，但對于連續(xù)剛構(gòu)橋來說，80 m以下的橋高施工難度相對要小一些。考慮到此控制因素，拓家鹼至柴家岔段舍棄了隧道、低橋方案。

圖1　K1、B1路線方案平面

圖2　K1、B1路線方案縱斷面示意

K1線(高線方案)縱斷面設(shè)計時，為了減少路基挖方，K111+500～K115+140段3.64 km連續(xù)下坡平均縱坡為2.008%(施工圖設(shè)計時，K111+520～K114+865段平均縱坡優(yōu)化為-1.711%/3 345 m)。后對運行速度進(jìn)行了檢驗，結(jié)果表明該段小客車及大貨車均滿足運行速度要求。此段交通安全設(shè)施也設(shè)置了連續(xù)下坡警告標(biāo)志、橫向減速振動標(biāo)線，且增加了“雨、霧、冰、雪減速慢行”等警示標(biāo)志。

分析表1可知，K1線(高線方案)采用“山脊”線，解決了互通式立交、服務(wù)區(qū)設(shè)置受地形限制及地表附著物干擾嚴(yán)重的問題，解決了黃土斜坡橋梁施工風(fēng)險性大的問題，同時取消了隧道的設(shè)置；B1線(低線方案)為“沿溪”線，受地形限制，互通式立交、服務(wù)區(qū)設(shè)置較為困難，黃土邊坡橋梁施工風(fēng)險性大，黃土隧道施工不可預(yù)見因素較多；從投資方面看，由于K1線取消了2座隧道的設(shè)置，工程造價比B1線減少較多。經(jīng)多次方案論證并結(jié)合地方政府意見，拓家鹼至柴家岔段設(shè)計推薦采用K1線即高線方案[7]。

4.2馮渠至終點段路線方案比選

馮渠至終點段比較段落起點位于高渠鄉(xiāng)馮渠村，終點位于無定河接榆綏高速公路。路段內(nèi)設(shè)置互通式立交1處。

馮渠至王沙溝村路段屬于黃土梁峁溝壑區(qū)，地形起伏較大，相對高差最大80 m，且地形地質(zhì)條件一般。榆林溝溝道由寬變窄，溝道內(nèi)多為淤積壩地形，地形起伏較大，相對高差最大90 m，且地形、地質(zhì)條件較差。

綜合地形、互通式立交選址、與水源保護(hù)區(qū)及米脂縣城規(guī)劃區(qū)的干擾等因素，分別沿王沙溝及榆林溝布設(shè)2條路線方案，即K2線(王沙溝方案)和B2線(榆林溝方案)，見圖3。路線方案比較見表2。

從表2可以看出，K2線(王沙溝方案)終點對米脂縣水源保護(hù)區(qū)有干擾，因為米脂互通式立交位于米脂縣水源保護(hù)區(qū)2級保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)，故需采取必要的保護(hù)措施；B2線(榆林溝方案)米脂互通式立交位于米脂水源保護(hù)區(qū)取水井及保護(hù)區(qū)下游，對水源保護(hù)區(qū)干擾小。

表1　K1、B1路線方案技術(shù)經(jīng)濟綜合比較

圖3　K2、B2路線方案

比較項目K2線(王沙溝方案)B2線(榆林溝方案)比較結(jié)果起訖樁號K141+287.120~K144+533.946B2K141+287.120~B2K145+433.742路線長度/km3.3234.147K2短0.824地形地貌1.為黃土梁峁溝壑地形;2.路線沿黃土梁峁區(qū)布設(shè),地形地貌完整1.為黃土梁峁溝壑地形;2.路線基本沿黃土梁峁區(qū)斜坡布設(shè),邊坡破碎,左側(cè)為榆林溝淤積壩K2線優(yōu)地質(zhì)條件1.地層以新、老黃土為主,下伏砂巖;2.黃土滑坡清除防護(hù)2處;3.特殊巖土(非自重濕陷性黃土)地基路段長0.154km,較B2線短1.391km1.地層以新、老黃土為主,下伏砂巖;2.黃土滑坡清除防護(hù)3處;3.特殊巖土(非自重濕陷性黃土)地基路段長1.545kmK2線優(yōu)自然條件1.路線布設(shè)空間小;2.萬佛洞石窟對路線方案影響較大1.路線布設(shè)空間大B2線受限因素少社會條件1.征用土地35.4hm2,拆遷房屋5210m2,拆遷電力電訊65處;2.米脂立交位于米脂縣2級水源保護(hù)區(qū),方案的成立取決于環(huán)保部門審批;3.地方政府支持該段線位走向1.征用土地35.7hm2,拆遷房屋2741m2,拆遷電力電訊42處;2.米脂立交位于米脂水源保護(hù)區(qū)下游,不會影響水源保護(hù)區(qū);3.米脂立交布設(shè)位置與米脂縣城規(guī)劃有影響K2線影響因素多,B2線影響因素少線形指標(biāo)1.平面指標(biāo):平曲線個數(shù)3個,圓曲線最小半徑720m/1處;2.縱面指標(biāo):最大縱坡2.4%/1處,最短坡長640m/1處;3.連續(xù)下坡路段平均縱坡1.793%/1.12km1.平面指標(biāo):平曲線個數(shù)6個,圓曲線最小半徑550m/1處;2.縱面指標(biāo):最大縱坡2.55%/1處,最短坡長460m/1處;3.連續(xù)下坡路段平均縱坡2.55%/0.96kmK2線優(yōu)工程規(guī)模1.挖方40萬m3;填方1.7萬m3;防護(hù)排水0.6萬m3;2.橋梁2344m/4座;3.隧道862.5m/1座1.挖方141萬m3;填方15.3萬m3;防護(hù)排水3.6萬m3;2.橋梁2501.5m/4座;3.橋、隧總長度較K2線短705mB2線橋隧總長度短,路基數(shù)量多工程條件1.隧道長度較B2線長862.5m;2.榆綏高速特大橋需加寬改造,難度較大;3.黃土隧道施工難度較大1.橋梁長度較K2線長157.5m;2.隧道長度比K2線短862.5m;3.對榆綏高速公路構(gòu)造物改建規(guī)模小B2線優(yōu)投資概算工程總造價60780萬元,平均18291萬元/km工程總造價44759萬元,較K2線減少16021萬元;平均10793萬元/kmB2線優(yōu)結(jié)論推薦

K2線終點位置位于米脂規(guī)劃區(qū)北緣以北約3 km，對縣城規(guī)劃無影響，地方政府支持該段線位走向。B2線米脂互通式立交布設(shè)位置與米脂縣城規(guī)劃有影響，地方政府反對該路線走向。

綜上所述，文中提出了一種基于國產(chǎn)平臺的安全存儲系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)架構(gòu)。安全存儲系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)加解密由硬件系統(tǒng)完成，實現(xiàn)時可以采用FPGA等方式。以FPGA為例，硬件加解密模塊工作時通過PCIE總線將國產(chǎn)存儲陣列接收的數(shù)據(jù)傳輸?shù)桨踩咏饷苣K的緩存中，F(xiàn)PGA從緩存中讀取數(shù)據(jù)并啟動加解密模塊進(jìn)行處理，處理后的數(shù)據(jù)存放至緩存中，最后通過PCIE總線將處理后數(shù)據(jù)傳回至存儲陣列內(nèi)存。

從投資方面看，由于設(shè)置了王沙溝隧道，K2線工程造價比B2線增加較多。經(jīng)多次方案論證并結(jié)合地方政府意見，馮渠至終點段設(shè)計推薦采用K2線即王沙溝方案。

5推薦線平縱面指標(biāo)

神米高速公路佳縣—米脂段平面線形以曲線為主。根據(jù)地形及結(jié)構(gòu)物設(shè)置條件，確定推薦路線采用整體式和分離式線位，整體式路段長41.566 km，分離式路段長2.829 km(扣除起、止點互通式立交范圍)。

佳縣—米脂段共設(shè)平曲線56個，平均每km設(shè)1.26個，最小平曲線半徑480 m/1處，平曲線占路線總長73.35%。同向曲線間最小直線長度484.36 m，反向曲線間最短直線長度174.34 m。

佳縣—米脂段共設(shè)豎曲線59個，平均每km變坡次數(shù)1.33次，最短坡長400 m/1處，最大縱坡3.75%/1處。豎曲線最小半徑凸形12 000 m/3處，凹形10 000 m/1處，豎曲線長度占路線總長54.94%。

6結(jié)論

本文對神米高速公路佳縣—米脂段路線方案進(jìn)行了比選。從神米高速公路佳縣—米脂段路線方案比選可以看出，陜北黃土地區(qū)路線方案比選主要控制因素有以下幾方面。

2) 從工程造價方面看，黃土地區(qū)工程造價的主要影響因素是黃土隧道與高橋的選擇。陜北黃土地區(qū)隧道工程造價均較高，因此須進(jìn)行充分論證對比來選用合適的高橋方案，以降低工程造價，減少后期運營費用。

3) 設(shè)計時首先要考慮地形、地質(zhì)、自然環(huán)境、地方規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)等客觀條件，其次要充分征求當(dāng)?shù)卣叭罕娨庖?，以確保路線方案與自然協(xié)調(diào)且技術(shù)可行，工程規(guī)模適中，造價合理，運營功能齊全，行車安全舒適[8]。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]交通運輸部公路局.JTG B01—2003公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：人民交通出版社，2003.

[2]中交第一公路勘察設(shè)計研究院.JTG D20—2006公路路線設(shè)計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2006.

[3]黃振英.高速公路的互通立交方案比選研究及應(yīng)用[D].廣州：華南理工大學(xué)，2012．

[4]張忠民．高速公路路線方案比選論證方法應(yīng)用[J].華東公路，2006(2)：44-47．

[5]楊崇民.公路平面設(shè)計中圓曲線最小半徑的運用探討[J].公路，2009(5)：229-335．

[6]王科，劉晏榮，胡昌亮.榆佳高速三皇梁一佳縣段路線方案設(shè)計[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2014(2)：64-68．

[7]龔昌游.某高速公路路線設(shè)計探究[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2013(14)：48-50．

[8]唐林.山區(qū)高速公路路線設(shè)計的幾點體會[J].山西建筑，2007(15)：22-24．

Examples of Comparison and Selection of Route Schemes in Loess Area in Northern Shaanxi

WANG Ying, WANG Weirong, TU Bin

Abstract:Based on analysis for construction conditions and control factors at Jia County to Mizhi Section of Shenmu-Mizhi Expressway in loess area in northern Shaanxi, this paper introduces the principles of route layout, process of comparison and selection of schemes and recommended schemes to provide a reference for design of route schemes of expressways under the same construction conditions.

Keywords:loess area; Shenmu-Mizhi Expressway; route scheme; comparison and selection

文章編號：1009-6477(2016)01-0026-06

中圖分類號：U412.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

作者簡介：王瑛(1972-)，女，陜西省澄城縣人，碩士，高工。

收稿日期：2015-08-31

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.01.007