蒙江鵬 劉佳

摘? 要：新疆G575線巴里坤至哈密公路東天山特長隧道及與其相連接的葫蘆溝特大橋?yàn)楸卷?xiàng)目的重要控制性工程，具有隧址和橋位選擇控制因素多，勘察設(shè)計(jì)難度大等特點(diǎn)。本文從網(wǎng)規(guī)劃銜接，地形、地質(zhì)和地震等條件，橋隧經(jīng)濟(jì)合理組合規(guī)模，路線平縱面技術(shù)指標(biāo)、前后引線連續(xù)縱坡、與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)性，施工環(huán)境和工藝水平、后期營運(yùn)管理等諸多因素進(jìn)行綜合比選論證，最終確定技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理，全壽命周期成本低的方案予以推薦。

關(guān)鍵詞：山區(qū)高等級公路;控制性隧址和橋位;東天山特長隧道;葫蘆溝特大橋;方案比選研究。

中圖分類號：U412? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1671-2064（2020）03-0000-00

1 概述

新疆G575線巴里坤至哈密公路是國家“一帶一路”戰(zhàn)略部署“絲綢之路大通道”的重要組成路段，同時(shí)也是自治區(qū)“57712”工程路網(wǎng)布局中“五橫七縱”高等級公路網(wǎng)中“第5縱”的重要組成部分，本項(xiàng)目將G7京新高速、G30連霍高速、G312三條國家級干線公路連通起來，成為新疆東部地區(qū)一條重要的南北向交通大動脈[1]。本項(xiàng)目北起東天山北坡的巴里坤縣，南至東天山南坡的哈密市，路線全長76.5公里，采用設(shè)計(jì)速度80Km/h的雙向4車道一級公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，路基寬度25.5m。其中，11.88km的東天山特長隧道及與其相連接的2.4Km的葫蘆溝特大橋?yàn)楸卷?xiàng)目的兩大控制性工程。選擇技術(shù)方案可行、工程地質(zhì)條件好、抗災(zāi)能力強(qiáng)和全壽命周期成本低的最優(yōu)隧址和橋位組合方案是本項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)階段研究的核心問題。

2 控制性隧址和橋位選擇的關(guān)鍵因素分析

2.1 路網(wǎng)規(guī)劃布局

路線總體走向和走廊方案必須服從于《國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》、自治區(qū)“57712”工程路網(wǎng)規(guī)劃。根據(jù)本項(xiàng)目在路網(wǎng)中的功能定位，綜合考慮路線走廊帶范圍遠(yuǎn)期社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城鎮(zhèn)和企業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展規(guī)劃，注重與地區(qū)公路網(wǎng)規(guī)劃的協(xié)調(diào)，處理好項(xiàng)目與哈密市、巴里坤縣、伊吾縣的規(guī)劃，并充分考慮預(yù)留遠(yuǎn)期與G7京新高速的接接線空間，使整個(gè)項(xiàng)目區(qū)域的干線公路布局合理，充分發(fā)揮公路網(wǎng)的整體功能和效益[2]。

2.2 地形地質(zhì)條件

本次研究范圍為項(xiàng)目穿天山（東天山特長隧道起點(diǎn)至葫蘆溝口）路段，位于天山高海拔寒冷區(qū)，海拔范圍在1900～3700m，地形、地質(zhì)、水文等條件復(fù)雜。區(qū)域巖性地層主要為泥盆系大南湖組凝灰質(zhì)砂巖、粉砂巖、閃長巖以及花崗巖等。橋址區(qū)葫蘆溝屬低中山溝谷地貌，總體地勢北高南低，呈“U”字型，谷底地形較為平坦，地表基巖裸露或?yàn)楹穸炔淮蟮钠?、卵石及殘坡碎石土覆蓋，下覆基巖主要為粉砂巖、花崗巖等，埋深相對較淺且整體工程地質(zhì)條件良好。

2.3 不良工程地質(zhì)

由于項(xiàng)目區(qū)大部分基巖裸露且以堅(jiān)硬巖為主，構(gòu)造剝蝕作用強(qiáng)烈;加之晝夜溫差大，凍融作用比較強(qiáng)烈。葫蘆溝溝谷內(nèi)巖層傾角較陡，部分路段節(jié)理裂隙發(fā)育、巖體破碎，在巖性、溫差和雨水沖刷等外部應(yīng)力作用下，易產(chǎn)生崩塌、碎落，形成巖堆和泥石流溝。項(xiàng)目區(qū)海拔高，冬季多風(fēng)雪，受西北主導(dǎo)風(fēng)向的影響，在山坳、山麓斜坡等地形變化較大位置的迎風(fēng)面易產(chǎn)生風(fēng)積雪。

2.4 地層穩(wěn)定性評價(jià)與地震

根據(jù)工程地質(zhì)勘察和地震安評等成果資料顯示，項(xiàng)目區(qū)有4條斷裂帶：隧址區(qū)主要發(fā)育F1、F2和F3三條區(qū)域性斷裂，其中，F(xiàn)1斷層近東西走向，傾南，傾角70°，為逆斷層;位于隧道進(jìn)口段，開挖時(shí)對隧道影響不大，但因F1斷層為全新世活動斷裂，隧道設(shè)計(jì)時(shí)需考慮該斷層加固措施。F2和F3斷層寬度約230～320m，走向近東西向，傾南，傾角70°，斷層帶賦水，破碎，隧道與斷層大角度相交，在洞室開挖時(shí)產(chǎn)生塑性變形破壞，且存在涌水的可能。橋址區(qū)與F4斷裂帶大角度相交，寬度約190m，走向西北向，傾南，傾角60°為逆斷層。根據(jù)地震安評資料，區(qū)域地震動峰值加速度為0.2g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.4s，地層相對穩(wěn)定，根據(jù)抗震規(guī)范相關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)防[3]。

2.5 最大程度的保護(hù)環(huán)境

項(xiàng)目位于高海拔寒冷區(qū)，植被脆弱，破壞后恢復(fù)困難。隧道進(jìn)出口和橋梁墩臺處應(yīng)最大程度減少開挖，使橋隧設(shè)計(jì)順應(yīng)地勢、融入自然，追求工程與自然環(huán)境的最大協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

2.6 全壽命周期成本理念

采用全壽命周期成立理念，從建設(shè)和運(yùn)營的全過程系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選擇合理的橋隧工程規(guī)模、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)和運(yùn)營方案。

3 隧址、橋位方案擬定

初步設(shè)計(jì)階段，通過充分研究可研報(bào)告、地質(zhì)勘察資料，地形圖紙上定線和現(xiàn)場反復(fù)調(diào)查。工可研推薦方案隧道進(jìn)口位于伊吾軍馬場西北側(cè)，設(shè)置東天山特長隧道，隧道長度13.24Km，并設(shè)1032m長特大橋跨葫蘆溝主溝，止于東岸臺地。葫蘆溝北走廊北側(cè)山體陡峭，地質(zhì)條件差，淺埋偏壓嚴(yán)重，隧道進(jìn)口位于沖洪積扇體中部，進(jìn)口標(biāo)高偏高;為有利于天山南坡展線降坡，出口側(cè)設(shè)計(jì)標(biāo)高相當(dāng)較低，導(dǎo)致隧道進(jìn)出口高差大，不具備設(shè)置“人字坡”的條件，隧道為單向縱坡，不利于通風(fēng)，排水，運(yùn)營期費(fèi)用高等問題。

基于可研階段的問題，初設(shè)階段將隧道進(jìn)口位置相對工可向東移2公里，至沖洪積扇扇扇緣，伊吾軍馬場西側(cè)，較工可有效降低隧道進(jìn)口標(biāo)高52m，避讓了不良地質(zhì)和減短淺埋偏壓長度。并在該走廊內(nèi)提出K線、A線和B線三個(gè)方案從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究、比選和論比選和論證，如圖1所示。

3.1 工程地質(zhì)條件比較

工程地質(zhì)條件比較表1所示：

洞身與F1、F2、F3東西向構(gòu)造斷裂大角度交叉，無法繞避;與葫蘆溝主溝交叉一次，隧道埋深270m，地質(zhì)勘察確認(rèn)為非構(gòu)造斷裂;整體無其他不良地質(zhì)，洞身地質(zhì)條件較好。

走向基本與K線一致，洞身同樣與3條構(gòu)造斷裂大角度交叉，地質(zhì)條件基本相同。

走向基本與K線一致，洞身同樣與3條構(gòu)造斷裂大角度交叉，地質(zhì)條件基本相同。洞身與泥石流溝交叉，頂板厚度較小，地質(zhì)條件差。

A線最優(yōu)、K線次之、B線最差

洞口

進(jìn)口位于伊吾軍馬場滑雪場西側(cè)，自然坡體緩，植被茂密，無不良地質(zhì);出口位于葫蘆溝西側(cè)山體，洞口處上部山體巖體完整性較好，沒有較大規(guī)模破碎及碎落，第四系覆蓋層薄，易清理，地質(zhì)條件較好。

進(jìn)口端與K線相同，出口端位于葫蘆溝東側(cè)山體，與K線出口距離949m，受山體節(jié)理發(fā)育影響，洞口處上部山體有小規(guī)模崩塌、碎落，地質(zhì)條件一般。

出口位于葫蘆溝東側(cè)山體，與K線出口距離260m，與F10斷裂小角度交叉，坡體巖體比較破碎，堆積體較厚。

K線最優(yōu)、A線次之、B線最差

橋址區(qū)

葫蘆溝有效寬度70-125m，橋梁有布置沿溪線的條件，橋梁周邊無較大規(guī)模泥石流或崩塌，地質(zhì)條件相對較好。

橋梁東側(cè)山體發(fā)育有較大規(guī)模泥石流溝，主要堆積體位于路線上方，匯流區(qū)面積和地表高差較大，地災(zāi)危險(xiǎn)性較大，工程處治困難。

橋梁東側(cè)坡體巖石比較破碎，堆積體比較厚，需進(jìn)行大量的坡體整治工程，施工成本較高，運(yùn)營過程易產(chǎn)生崩塌或碎落，威脅道路及車輛的安全。

K線最優(yōu)、A線次之、B線最差

3.2 平縱指標(biāo)及連續(xù)均衡情況比較

路線技術(shù)指標(biāo)比較2表示：

比較范圍內(nèi)三個(gè)方案路線長度相當(dāng)，隧道進(jìn)口處平面半徑均為3000m，隧址段平面指標(biāo)取值分別為：K線R-3000m;A線位直線，B線為直線;隧道出口平面半徑相差較大：K線為直線;A線R-1200m;B線R-1100m;A線方案隧道縱坡為0.89/-0.887%，B線方案隧道縱坡為0.5/-1.75%。綜合比較，K線平縱面指標(biāo)較高[4]。

3.3 引線工程比較

A線方案隧道出口位置較K線高約76m，B線方案隧道出口較K線低約22m，經(jīng)過葫蘆溝特大橋后A線方案較K線方案高49m，B線方案與K線方案標(biāo)高一致，因此由隧道降坡對于K、B線方案基本相同。東天山南坡展線段，受積雪冰凍區(qū)自然條件和連續(xù)長大縱坡限制，根據(jù)規(guī)范要求，K、A、B線方案均采用3%的平均縱坡進(jìn)行展線，K、B線方案在此段線位共線。A線方案標(biāo)高高于K、B線方案，因此A線方案平面線位更要靠山體側(cè)，而此段地形多是由天山融雪水沖積行程的溝谷，越靠近天山地形起伏越大，導(dǎo)致A線方案構(gòu)造物增加，工程規(guī)模較大[5]。

3.4 橋隧規(guī)模、技術(shù)指標(biāo)情況比較

橋梁、隧道規(guī)模和技術(shù)指標(biāo)比較表3所示[6-9]：

推薦橋跨形式和橋孔布設(shè)

上部（16×30）m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁+（39×50）mT梁;下部結(jié)構(gòu)柱式墩、空心薄壁墩、柱式臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

上部結(jié)構(gòu)（140+7×250+140）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)（主橋）+（26×50+4×50）m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋（引橋）;下部結(jié)構(gòu)柱式墩、空心薄壁墩、柱式臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

上部結(jié)構(gòu)（19×30）m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁+（33×50）mT梁;下部結(jié)構(gòu)柱式墩、空心薄壁墩、柱式臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

橋梁規(guī)模較大，但橋型結(jié)構(gòu)屬于常規(guī)橋梁，設(shè)計(jì)和施工技術(shù)成熟;常規(guī)方法，經(jīng)驗(yàn)成熟，施工難度較小。

橋梁規(guī)模大，引橋方案與K線相同;但主橋?qū)κ┕龅?、環(huán)境和技術(shù)水平和施工組織均有很高的要求。

同K線方案

施工工期

上下部可同時(shí)施工，工期相對較短。

引橋可實(shí)現(xiàn)上下部結(jié)構(gòu)同時(shí)施工，但主橋段采用掛籃或預(yù)制法，受環(huán)境和長度制約大，工期長。

同K線方案

抗災(zāi)能力

結(jié)構(gòu)受力明確，抗震抗災(zāi)能力較強(qiáng)。

連續(xù)鋼構(gòu)橋截面剛度大，抗震抗災(zāi)能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)安全度高。

同K線方案

行車舒適性和安全性

伸縮縫較多，行車舒適性較差;橋上縱坡均衡，行車安全性好。

橋梁結(jié)構(gòu)整體性好，伸縮縫少，行車舒適性好。橋上縱坡偏大，橋梁太長，冬季運(yùn)營安全性差。

橋上縱坡偏大，冬季運(yùn)營安全性差。

橋型整體協(xié)調(diào)? ?與美學(xué)

葫蘆溝為自然溝，橋梁無過高的景觀要求。三種方案均是從高跨比協(xié)調(diào)性和地形適應(yīng)性選擇橋型方案，橋跨總體布置協(xié)調(diào)美觀，與周邊地形相適應(yīng)。

工程造價(jià)（億元）

21.62

23.28

21.24

由表3看出，三個(gè)方案隧道長度，K線最長、B線次之、A線最短;A線方案隧道縱坡較緩，通風(fēng)、排水最為有利，運(yùn)營成本較低;K線方案和B線方案隧道內(nèi)下坡段縱坡略大，隧道內(nèi)通風(fēng)較為不利。三個(gè)方案的橋梁從建設(shè)規(guī)模、施工水平和工期安排等方面綜合比選，K線方案所對應(yīng)的推薦橋梁結(jié)構(gòu)受力明確、橋型簡潔、抗震能力較強(qiáng)，高跨比協(xié)調(diào)性相對較好，施工工藝成熟，質(zhì)量容控制，工程造價(jià)和后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用較低。

3.5 綜合比較結(jié)論

比較范圍內(nèi)三個(gè)方案路線長度相當(dāng)，A線方案隧道平縱指標(biāo)較高，有利于排水、通風(fēng);但出口和橋側(cè)山體地質(zhì)條件差，存在大型泥石流溝整治難度和運(yùn)營期隱患大，特大橋和引線工程規(guī)模大，整體建設(shè)工程造價(jià)最高;K、B線方案整體上各項(xiàng)指標(biāo)和規(guī)模相當(dāng)，但B線隧道出口和橋側(cè)山體地質(zhì)條件差，治理難度和運(yùn)營期隱患大，經(jīng)綜合比選論證，推薦采用K線方案。

4 結(jié)語

山區(qū)高等級公路跨越高大山谷的復(fù)雜性特長隧道、特大橋工程對公路網(wǎng)布局、路線總體走向、工程投資和工期等具有控制作用，是勘察設(shè)計(jì)和施工的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。比選論證時(shí)，重點(diǎn)考慮路網(wǎng)規(guī)劃銜接，地形、地質(zhì)和地震等條件，隧道和橋梁的經(jīng)濟(jì)合理組合規(guī)模;其次考慮路線平縱指標(biāo)和前后引線縱坡，與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)性，施工環(huán)境和工藝水平、后期營運(yùn)管理等諸多因素，最終確定技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理，全壽命周期成本低的方案予以推薦。

參考文獻(xiàn)

[1] 中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司.新疆維吾爾自治區(qū)G575線巴里坤至哈密公路建設(shè)項(xiàng)目初步勘察設(shè)計(jì)文件[Z].2016.

[2] JTG B01-2014.公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3] JTG B02-2013.公路工程抗震規(guī)范[S].

[4] JTG D20-2017.公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] JTG C20-2011.公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].

[6] JTG D60-2015.公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[7] JTG D70-2004.公路隧道設(shè)計(jì)范[S].

[8] 劉齊軍，周乾，藍(lán)洋.山區(qū)高速公路控制性橋梁橋位選擇和比較要素探討[J].中外公路2012（5）：186-188.

[9] 周宏凌.紅水河特大橋橋位、橋型方案比選研究[J].交通科技，2012（5）：15-17.

收稿日期：2020-01-16

作者簡介：蒙江鵬（1984—），男，陜西彬州人，本科，工程師，研究方向：道路與橋梁設(shè)計(jì)和研究。