劉小滔， 薛佳， 曹放， 劉幫權(quán)

(四川公路工程咨詢監(jiān)理有限公司， 四川 成都 610041)

成都平原以西為高海拔、高地震烈度山區(qū)，具有自然環(huán)境惡劣、地形地質(zhì)條件復(fù)雜，地震頻繁、生態(tài)環(huán)境脆弱等特點。包括甘孜州在內(nèi)的三州地區(qū)仍然是四川省交通發(fā)展最落后的地區(qū)，也是四川省綜合交通運輸網(wǎng)絡(luò)最薄弱環(huán)節(jié)，交通是制約該地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展的重要瓶頸之一。在該地區(qū)修建國省干線公路，往往受特殊建設(shè)條件和嚴(yán)格的投資控制，對總體設(shè)計提出了更高要求。設(shè)計中應(yīng)把握工程所在區(qū)域的重點和難點，結(jié)合功能和定位，以路線為龍頭，結(jié)合工程措施、保護環(huán)境和投資情況等進行綜合考慮，實現(xiàn)項目建設(shè)的最優(yōu)化。該文以川西地區(qū)某省道改建工程第二合同段路線總體設(shè)計為例，探討復(fù)雜環(huán)境下山區(qū)公路路線總體設(shè)計。

1 工程特點及總體設(shè)計原則

該工程全線采用三級公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度30 km/h，局部困難路段采用20 km/h設(shè)計速度；路基寬度7.5 m，其中橋梁寬度8 m；路線全長144.608 km，其中第二合同段路線全長48.3 km；路線走廊帶海拔在3 800 m以上，需在K54+100處翻越埡口，埡口海拔4 920 m。

1.1 工程特點

(1) 地形地質(zhì)條件復(fù)雜。該工程地處川青藏高原東部前緣地帶，山脈呈NE向長條狀，該項目第二合同段路線海拔在3 800 m以上，起點處海拔為4 200 m，需翻越埡口海拔為4 920 m。該合同段沿線崩塌落石、危巖、巖堆、坡面型小型泥(碎)石流、不良堆積體(土質(zhì)斜坡)、崩坡積體和陡坡路堤等較多，特別是季節(jié)性凍土路段較多。

(2) 生態(tài)環(huán)境脆弱。該工程建設(shè)海拔在3 800 m以上，由于其特殊的氣候環(huán)境條件，生態(tài)環(huán)境脆弱，植被若被破壞后難以恢復(fù)。

(3) 原有公路技術(shù)等級低，難以利用。原有公路為通鄉(xiāng)通村土路，等級低、標(biāo)準(zhǔn)差，大部分線形指標(biāo)非常低，個別路段極限半徑不到10 m，路基寬度3～5 m，個別路段縱坡達11%～15%，平均縱坡達到7%左右，難以利用，只能利用其既有公路走廊帶。

1.2 總體設(shè)計原則

(1) 路線布設(shè)時，綜合考慮地方規(guī)劃及沿線經(jīng)濟、文化、交通現(xiàn)狀、路網(wǎng)結(jié)構(gòu)。由于川西地區(qū)幅員遼闊，經(jīng)濟文化相對落后，交通現(xiàn)狀較差，路網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單，其公路建設(shè)不僅需滿足其自身所需達到的服務(wù)水平，還需為沿線社會、文化、經(jīng)濟發(fā)展創(chuàng)造有利條件，滿足沿線居民日常出行需求。特別是在少數(shù)民族地區(qū)修建公路，應(yīng)充分尊重當(dāng)?shù)鼐用竦拿褡逍叛龊蜕鐣L(fēng)俗。

(2) 重視基礎(chǔ)資料，進行多方案比選，貫徹“標(biāo)準(zhǔn)選線、地質(zhì)選線、地形選線、環(huán)保選線、安全選線、保地選線”的綜合選線原則。該合同段所在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，主要為高山雪原、高山峽谷地貌，地形起伏大、高差大；河流縱坡坡降大，水流湍急；兩岸邊坡陡峻，區(qū)域植被稀少，冰雪凍融剝蝕作用強。受地震影響大，在地震作用下，極易誘發(fā)滑坡、泥石流、崩塌、飛石等大規(guī)模地震次生災(zāi)害，它們分布范圍廣、數(shù)量多、規(guī)模大，持續(xù)時間長，危害極為嚴(yán)重，會侵占、掩埋公路，摧毀道路及防護設(shè)施。該類區(qū)域的路線方案首先要提高公路的抗災(zāi)害能力，堅持“安全至上”的原則。因此，在路線方案研究時，應(yīng)重視基礎(chǔ)資料的收集，進行多方案比選，不遺漏任何一個有價值的比選方案。對每一個比選方案，應(yīng)結(jié)合地形地貌、工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件進行深入論證，確定安全可靠、合理的路線走廊帶。

(3) 注重生態(tài)環(huán)境保護，堅持技術(shù)指標(biāo)與地形條件相協(xié)調(diào)。川西地區(qū)獨特的地形地貌，使其成為四川主要自駕景區(qū)。但該區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱，植被一旦被破壞難以恢復(fù)。如何平衡生態(tài)環(huán)境保護與公路建設(shè)的矛盾，建成一條與自然相協(xié)調(diào)的旅游公路，是在該區(qū)域修建公路必然考慮的問題。由于其特殊的生態(tài)環(huán)境，路線總體設(shè)計不應(yīng)片面追求較高的路線指標(biāo)，需注重線形平、縱、橫三維綜合協(xié)調(diào)，隨彎就勢，盡量采用曲線線形，實現(xiàn)路線與地形的充分融合，達到線形的均衡、協(xié)調(diào)，在保證安全的前提下，最大限度保護環(huán)境，做到技術(shù)可行、經(jīng)濟合理。

2 高海拔高地震烈度山區(qū)公路選線研究

2.1 線形指標(biāo)選擇

如何選用線形指標(biāo)是開展設(shè)計之前必須解決的問題。在高海拔地區(qū)開展山區(qū)公路方案設(shè)計，應(yīng)以平均縱坡、最大縱坡等縱坡技術(shù)要求為前提，進行合理的路線平縱面線形設(shè)計，通過多方案比選，尋找最佳路線方案，避免由于線形指標(biāo)較高而導(dǎo)致工程規(guī)模增加，破壞既有生態(tài)環(huán)境。該項目第二合同段位于高海拔、高地震烈度地區(qū)，冬季有積雪、冰凍情況發(fā)生，合成縱坡必須小于8%。同時由于大部分路段海拔為4 000～5 000 m，最大縱坡折減值取2%，折減后最大縱坡采用值應(yīng)小于6%。換而言之，在合成縱坡必須小于8%的前提下，當(dāng)設(shè)計縱坡采用6%時，應(yīng)采用超高不大于5%對應(yīng)的曲線半徑，不小于50 m。綜上，高海拔、高地震烈度地區(qū)的山區(qū)公路越嶺線，由于冬季有積雪、冰凍發(fā)生，對路線平縱面線形的協(xié)調(diào)設(shè)計要求更高，路線設(shè)計中應(yīng)綜合超高與路線縱坡合理確定曲線半徑。針對該合同段的工程特點，分別計算設(shè)計速度30和20 km/h時，不同曲線半徑應(yīng)采用的縱坡設(shè)計值(見表1)。

表1 不同曲線半徑與最大縱坡設(shè)計值

2.2 山區(qū)公路展線方法

對于連續(xù)上坡或下坡路段，相對高差為200～500 m時，平均縱坡應(yīng)不大于5.5%；相對高差大于500 m時，平均縱坡應(yīng)不大于5%。在平均縱坡的要求下，如何在充分利用地形地貌、水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上開展山區(qū)公路展線是項目設(shè)計必須思考的問題，特別是越嶺線埡口、回頭曲線位置等的選擇。

2.2.1 越嶺埡口選擇

越嶺線如何選擇越嶺埡口是十分關(guān)鍵的問題，應(yīng)結(jié)合路線總體方案、埡口兩側(cè)路線地形地貌、水文地質(zhì)狀況、工程規(guī)模進行綜合篩選，確定越嶺埡口位置，即應(yīng)綜合路線總體方案進行越嶺線埡口選擇，最終確定走廊帶。在該合同段前期方案研究中，發(fā)現(xiàn)該工程存在2種越嶺線方案，即存在2個越嶺埡口控制點埡口，分別為北線(K線)方案和南線(B線)方案(見圖1)。北線(K線)段埡口最高高程為4 920 m，南線(B線)段埡口最高高程為5 020 m，均需進行坡面展線，下降至海拔3 800 m左右的高原草甸區(qū)，如何確定越嶺線埡口位置是確定走廊帶的關(guān)鍵影響因素。

圖1 路線方案比選示意圖

以越嶺埡口為關(guān)鍵控制點，分別對2個走廊帶進行工程技術(shù)、經(jīng)濟論證(見表2)。南線方案里程比北線方案長2.15 km，同時南線方案地形地質(zhì)條件較差、地形陡峻，高挖邊坡和特殊路基工程規(guī)模較大，路線回頭彎多達51個，施工難度大，平面線形指標(biāo)較低，且基本繞避了村莊，不利于附近村民出行。相對于南線方案，北線方案里程短，埡口高程相對較低，路線回頭彎較少，地質(zhì)條件相對較好，工程造價較省。綜合考慮，采用北線方案(K線)，即跨越海拔為4 920 m的埡口。

2.2.2 展線設(shè)計方法

該合同段從海拔4 920 m(埡口處)下降至海拔3 800 m，高差達1 120 m，按平均縱坡5%控制，里程長度為22.4 km，而實際既有通鄉(xiāng)通村公路只有15 km，里程長度嚴(yán)重不足。因此，在技術(shù)指標(biāo)要求相對較高的條件下，做好復(fù)雜地形地質(zhì)條件展線設(shè)計十分關(guān)鍵。以1∶2 000地形圖為例，相鄰等高線高差為2 m，若要控制縱坡為5%，則路線跨越相鄰等高線的間距應(yīng)控制在40 m。選定起點后，以該起點為基點，每跨越一次等高線，路線長度控制在40 m。以此類推，擬出初步路線走向。實際設(shè)計中，往往不能沿著“一面坡”無限地進行降坡設(shè)計，應(yīng)結(jié)合地形地貌、地質(zhì)條件，在合適位置選擇回頭彎位置，避免由于回頭曲線的設(shè)置導(dǎo)致高填深挖或修筑高大結(jié)構(gòu)物。按照上述方法初擬路線走向后，再進行現(xiàn)場實地放樣核實，并對路線方案不斷進行優(yōu)化調(diào)整，達到最優(yōu)路線方案(見圖2)。

表2 路線方案工程規(guī)模比較

圖2 展線設(shè)計流程

2.2.3 局部路線方案優(yōu)化

雖然既有公路難以利用，但設(shè)計中也不能不顧既有公路隨意展線，特別是在高海拔地區(qū)，生態(tài)一旦破壞難以恢復(fù)，設(shè)計中應(yīng)結(jié)合縱斷面和橫斷面測設(shè)數(shù)據(jù)進行多次優(yōu)化，達到精細化設(shè)計。必要時，可通過降低部分技術(shù)指標(biāo)，通過加強安全設(shè)施的方式，減少對生態(tài)的破壞和節(jié)約工程造價。在該合同段K64+600—K67+200路段設(shè)計中，K64+600—K65+100路段山體橫坡較陡，自然斜坡坡度達5°～30°，坡表為高山草地夾灌木，原老路右側(cè)為陡崖，左側(cè)邊坡風(fēng)化嚴(yán)重，局部存在滑塌風(fēng)險，原有老路縱坡達到9%；K66+500—K67+200路段原有地貌呈雞爪狀，若采用30 km/h的技術(shù)指標(biāo)勢必造成深挖方或修筑高大擋墻。為節(jié)約工程造價，最大限度保護生態(tài)環(huán)境，統(tǒng)一將K64+600—K67+200路段技術(shù)指標(biāo)采用20 km/h的技術(shù)指標(biāo)進行布線，通過加強安全設(shè)施設(shè)計，充分利用地形，避免由于指標(biāo)太高而導(dǎo)致工程規(guī)模增加和生態(tài)環(huán)境破壞。通過采用上述方法對該合同段不斷優(yōu)化，使防護工程圬工量從每公里2 000多m3優(yōu)化至每公里1 200 m3，既減小了工程規(guī)模，又達到了與自然相協(xié)調(diào)。

3 結(jié)語

高海拔地區(qū)山區(qū)公路設(shè)計中，由于其特殊的地形地貌、地質(zhì)條件，加之對投資規(guī)模的嚴(yán)格控制，對總體設(shè)計和路線設(shè)計提出了更高要求。設(shè)計過程中應(yīng)綜合考慮多方面因素，根據(jù)項目總體特點不斷細化設(shè)計，使設(shè)計完成的公路具有良好效益。