陳鍵
摘要 隨著社會的不斷進步與國家經(jīng)濟的不斷發(fā)展,公路路網(wǎng)逐漸向山區(qū)延伸和拓展,但山區(qū)地形與地質(zhì)條件復雜,工程設計難度較大,特別是在長大縱坡公路選線方面尤為突出,為了解決此問題,文章通過具體實例對山區(qū)長大縱坡公路選線的方法進行了總結(jié)與歸納,以便為同類公路勘察設計項目提供借鑒。
關鍵詞 山區(qū)公路;長大縱坡;選線方法
中圖分類號 U416.217文獻標識碼 A文章編號 2096-8949(2024)07-0024-04
0 引言
國內(nèi)外針對復雜的山區(qū)長大縱坡公路選線方法研究較少,該文將以四川山區(qū)長大縱坡公路項目為例,首先分析山區(qū)長大縱坡公路特點及難點,其次以實際案例探討選線基本思路和方法,最后對山區(qū)長大縱坡公路選線的基本思路與方法進行歸納總結(jié)。
1 山區(qū)長大縱坡公路特點及難點分析
1.1 山區(qū)公路涉及范圍廣、面積大
根據(jù)四川省普通省道網(wǎng)布局規(guī)劃,到2035年國省道將共同構(gòu)建一個“暢通鄉(xiāng)鎮(zhèn)、暢聯(lián)城際、暢通省際”的公路網(wǎng)絡。這些公路大部分分布在川西高原、川西南山區(qū)以及米倉山—大巴山這一帶。比如像甘孜、阿壩、涼山等典型山區(qū),面積大概有298 000 m2,占全省的61.3%。區(qū)域內(nèi)涉及48個區(qū)縣,767個鄉(xiāng)鎮(zhèn),涉及人口約743萬人,占四川總?cè)丝冢? 374萬)的9%[1]。因此,可以看出公路路網(wǎng)需要全面覆蓋這些縣、鄉(xiāng)、鎮(zhèn),涉及范圍廣、面積大是山區(qū)公路規(guī)劃、選線的重要特點。
1.2 山區(qū)涉及服務群眾多,資源豐富,出行需求大
由于歷史原因,人們?yōu)榱朔奖惴N植、捕獵等,追求豐富物資、安穩(wěn)的生活環(huán)境和遠離戰(zhàn)火的威脅,選擇在物資豐富、易守難攻的山區(qū)定居。因此,山區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)逐漸形成和發(fā)展,人群居住分散、涉及面積廣闊、人員眾多等特點顯著。全省農(nóng)村戶籍總?cè)丝诩s5 600萬人,占全省戶籍總?cè)丝诘募s62%。其中,以面積約45 200 m2、常住人口約1 029萬人(其中農(nóng)村人口558萬人)的達州、巴中、廣元三個川東北山區(qū)為例,涉及19個區(qū)縣,481個鄉(xiāng)鎮(zhèn),為了滿足山區(qū)老百姓出行,促進全域產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展,山區(qū)公路承擔了這一重要紐帶作用。因此,山區(qū)公路需覆蓋這些區(qū)縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域老百姓出行,帶動區(qū)域資源開發(fā),快速便捷出行,對交通路網(wǎng)布局提出了新的高度和要求。
1.3 山區(qū)地形起伏變化快,海拔落差大,溝壑縱橫
四川地形地貌主要由以山地地貌為主的青藏高原、橫斷山脈、云貴高原、秦巴山地(占全省總面積79.52%)和四川盆地5個地貌單元構(gòu)成。全省最高點為海拔高達7 526 m的貢嘎山主峰,最低點為鄰水縣御臨鎮(zhèn)文武村,海拔僅188 m。以川西阿壩為例,這一帶高山林立,地形多變,山勢險峻,最高峰四姑娘山的主峰海拔高達6 250 m,與岷江出境的橫向距離僅59 km,海拔落差高達5 470 m。境內(nèi)雪山起伏,江河密布,溪溝縱橫,共有大小河流約530條。由此可見,四川的高山林立、溝壑交錯、山勢險峻及相對落差大等復雜自然條件是山區(qū)公路選線的重要難點。
1.4 復雜地質(zhì)條件,選線受影響較大
據(jù)統(tǒng)計,四川境內(nèi)能夠造成危害的泥石流溝分布范圍廣,滑坡、崩塌數(shù)量大,受到威脅的城鎮(zhèn)、居民及企業(yè)多,很大一部分泥石流溝威脅著重要交通干線公路和基礎設施,每年造成經(jīng)濟損失高達數(shù)億元。這些地質(zhì)災害具有來勢兇猛、形成快速、數(shù)量眾多、傷亡大、經(jīng)濟損失大、災后恢復難以治理等特點。因此,復雜的地質(zhì)條件和頻繁發(fā)生的地質(zhì)災害,也是山區(qū)公路選線考慮的重要問題。
1.5 涉及控制因素多,選線嚴重受限
1.5.1 深入落實山區(qū)公路生態(tài)環(huán)保選線理念
自十九大以來,黨中央高度重視生態(tài)文明建設,將其作為統(tǒng)籌推進“五位一體”總體布局和協(xié)調(diào)推進“四個全面”戰(zhàn)略布局的重要內(nèi)容。山區(qū)公路生態(tài)環(huán)保選線必須深入落實選線工作中去。四川作為長江上游生態(tài)屏障和水源涵養(yǎng)重要保護地,全面貫徹落實生態(tài)環(huán)保理念,既是保護秀美巴山蜀水的重要舉措,也是國家生態(tài)安全的戰(zhàn)略考慮,更是著眼于子孫后代長遠發(fā)展的戰(zhàn)略考慮,在保護好生態(tài)環(huán)境的同時,更是著眼于生態(tài)綠色可持續(xù)發(fā)展。
1.5.2 山區(qū)公路選線需牢牢樹立18億畝耕地“紅線”不動搖
在快速推進工業(yè)化和城市化的同時,土地保障需求卻在不斷擴大,致使我國耕地面積不斷減少。第三次全國土地調(diào)查主要數(shù)據(jù)公報顯示,全國耕地面積19.140億畝,人均耕地下降到1.4畝,達不到全世界人均水平的40%[2],這充分說明了我們的人均耕地面積嚴重不足。18億畝耕地的糧食安全警戒線必須嚴防死守,才能保證全國人民的糧食溫飽和安全問題。因此,公路建設用地必須貫徹落實18億畝耕地“紅線”不可動搖的理念[3],以確保糧食安全和可持續(xù)發(fā)展。
1.5.3 合理正確處理城鎮(zhèn)開發(fā)邊界、礦產(chǎn)、旅游資源的關系
公路建設主要是為了滿足過去較長一段時間的出行需求。隨著現(xiàn)在山區(qū)公路深入地推進,公路路網(wǎng)不僅解決區(qū)域出行需求,更肩負城鄉(xiāng)融合、促進經(jīng)濟發(fā)展重任。山區(qū)公路規(guī)劃選線需要充分結(jié)合城市、農(nóng)業(yè)、旅游、礦產(chǎn)等開發(fā)發(fā)展需求,正確處理好關系,有利于帶動區(qū)域及沿線區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展,提高群眾生活水平,增加地方財政收入,這也是山區(qū)公路規(guī)劃選線工作的重要控制因素。
2 山區(qū)長大縱坡公路選線方法案例分析
2.1 充分認識路網(wǎng)規(guī)劃、建設條件和主要控制因素
山區(qū)長大縱坡公路選線首先根據(jù)路網(wǎng)規(guī)劃、人口分布、自然資源、地形地貌等多種因素,確定項目路網(wǎng)功能及作用,再選擇合理的路線走廊。以達州市普通國省道國土空間控制規(guī)劃S204碑廟至江陵段為例,碑廟至江陵段出行主要依靠早期修建通鄉(xiāng)通村道路,原來技術標準低,路基窄,交通擁堵,缺乏等級道路,交通運輸通而不暢,是制約項目區(qū)域內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素。因此,該項目規(guī)劃及建設彌補區(qū)域路網(wǎng)道路等級低,著力解決沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)碑廟、金石、龍灘、新溪社區(qū)及江陵鎮(zhèn)居民出行“通而不暢”的問題,打通與巴達高速干線公路的銜接,從而提升交通運輸綜合能力,解決約5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)10.6萬人口出行難題,同時可以盤活地方產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展,例如:旅游自然風光金石梯田、四川最大金石野生動物園、“玉龍峽”景區(qū)及巴河經(jīng)濟帶等產(chǎn)業(yè)。
根據(jù)規(guī)劃路網(wǎng)及功能,充分分析該段地形地貌及路網(wǎng)規(guī)劃控制點關系,該段起點碑廟至碑廟互通段為沿河線,地勢較為平坦,路線選線基本不受縱坡影響。碑廟互通至金石段,線路長度為7.235 km,高差為392 m,平均縱坡為5.42%,屬于典型山區(qū)長大縱坡公路。金石至盛家坪段為越嶺線,路線長度為16.063 km,高差為64 m,地形總體起伏不大,路線選擇受縱坡限制較小。盛家坪至新溪社區(qū)段,屬于典型的長大縱坡山區(qū)道路,原路長7.600 km,高差400 m,平均縱坡5.26%。新溪社區(qū)至江陵段為沿河線,地勢較為平坦,路線選線基本不受縱坡影響。
2.2 山區(qū)長大縱坡公路路線方案論證比選合理
針對山區(qū)長大縱坡公路,在確定項目定位及作用分析后,必須通過綜合分析對比論證,長大縱坡路段的存在性和合理性。以達州市普通國省道國土空間控制規(guī)劃S204碑廟至江陵段為例,根據(jù)《四川省普通省道網(wǎng)布局規(guī)劃(2022—2035年)》S204在達州境內(nèi)主要控制點為碑廟、石梯、三板、渠縣,碑廟至江陵段屬于碑廟至石梯路段組成部分,通過地形地貌分析,碑廟至江陵存在越嶺方案走廊和沿河方案走廊。
越嶺方案走廊:起于碑廟,途經(jīng)碑廟互通、金石、龍灘、新溪,終點位于江陵,路線全長為49.1 km。主要優(yōu)點:①彌補區(qū)域路網(wǎng),輻射范圍大。②沿線受益群眾多,能夠較好解決金石、龍灘、新溪等鄉(xiāng)鎮(zhèn)老百姓出行問題。③便于促進金石梯田、金石野生動物園、“玉龍峽”景區(qū)等旅游資源的發(fā)展。④可盤活沿線土地資源,便于促進產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展。主要缺點:①路線里程長度較沿河走廊增長約21.5 km,路線較為迂回。②碑廟互通至金石、盛家坪至新溪社區(qū)路段為長大縱坡路段,后期交通運行需加強管理。
沿河方案走廊:從碑廟出發(fā),沿長灘河順流而下,至江陵終點,經(jīng)碑廟立交,破石村,鄧家灣,長灘村,磨子坪,何家灣,寇家灣,楊家河,全長27.5 km。主要優(yōu)點:①路線方案順直,可方便快速抵達江陵。②可避免碑廟互通至金石、盛家坪至新溪社區(qū)路段為長大縱坡路段。主要缺點:①無法解決金石、龍灘、新溪等鄉(xiāng)鎮(zhèn)老百姓出行問題。②受長灘河阻隔的影響,輻射范圍嚴重受限。③促進區(qū)域旅游及土地資源產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展輻射面積有限。
通過越嶺方案走廊和沿河方案走廊綜合比選,雖然沿河方案走廊路線順直,便于快速通過,但交通綜合服務能力弱,不利區(qū)域沿線產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展,因此,該段推薦越嶺方案走廊較為合理,符合地方需求。
2.3 長大縱坡路線方案合理劃分選線局部路段
在確定合理山區(qū)長大縱坡公路走廊后,認真分析自然建設條件(例如地形起伏變化頻率、高差、溝谷分布等)、主要控制點及控制因素(例如生態(tài)紅線、城市開發(fā)邊界、永久基本農(nóng)田、國家一級公益林等分布位置),合理劃分長大縱坡選線區(qū)間路段,在劃分區(qū)間路段基礎上,逐一進行細化路線方案設計,完成局部單元路線方案后整合在一起,形成完整的路線方案。以《川渝高竹新區(qū)鄉(xiāng)村振興項目(一期)美麗鄉(xiāng)村旅游公路》主線方案設計為例,項目位于高竹新區(qū)高灘鎮(zhèn)及渝北區(qū)茨竹鎮(zhèn)境內(nèi)華鎣山,項目建設將促進高竹新區(qū)“產(chǎn)城景”融合,高質(zhì)量整合華鎣山文化、旅游、康養(yǎng)的發(fā)展。主線起點位于高灘鎮(zhèn)廣安路,連接主要控制點保家村平臺、龍泉寺平臺、蓮花寺,終點位于華鎣山寶鼎光明寺,路線全長為26.020 km。項目海拔最低為400 m,海拔最高位1 500 m,相對高差為1 100 m。經(jīng)分析,地形地貌和主要控制點可劃分為起點(廣安路)至倒碑村段、倒碑村至保家村平臺段、保家村平臺至龍泉寺平臺段、龍泉寺平臺至蓮花寺段、蓮花寺至寶鼎光明寺段五個路段,進行選線。以具有典型代表的山區(qū)長大縱坡公路倒碑村至保家村平臺段、保家村平臺至龍泉寺平臺段路線方案選線為案例,分析如下:
2.3.1 倒碑村至保家村平臺段
倒碑村至保家村平臺段(樁號為K5+210~K11+460)為新建路段,該方案選擇是根據(jù)高竹新區(qū)管委會要求,盡量沿保家村平臺邊緣通過,為后期地塊開發(fā)預留良好條件。該段起止點之間連線距離為約3 035 m,高差為291.92 m,區(qū)間直接連線平均縱坡為9.62%。根據(jù)《公路路線設計規(guī)范》(JTG D20—2017)第8.3.4條規(guī)定,海拔落差大于500 m時,平均縱坡應小于或等于5%,任意連續(xù)3 km路段平均縱坡宜小于或等于5.5%[4],因此該段路線最短長度為291.92÷5%=5 838(m)。為了滿足設計規(guī)范要求,需展長路線,降低平均縱坡,可采用套溝、螺旋、回頭展線等方式。通過地形研究分析,K5+210~K9+900段地形高低懸殊最大,高差為213.3 m,平均縱坡為11.85%,路線長度應不短于4 266 m,采用回頭展線方式比較符合區(qū)間地形特征,回頭展線方案見圖1。在確定采用回頭展線克服高差后,首先在地形圖上找出適合布設回頭曲線所有位置,逐一進行路線方案組合,盡量減少不利線形回頭曲線個數(shù),路線長度增加既滿足規(guī)范要求,又不過多增加工程規(guī)模的優(yōu)化路線方案。確定的路線方案后轉(zhuǎn)入現(xiàn)場核對,這一環(huán)節(jié)是關于項目能否實施的關鍵環(huán)節(jié),必不可少?,F(xiàn)場核對過程中,盡可能沿路線進行逐一核對,主要包含“回頭曲線位置的合理性、擋防高度設置是否合適、涵洞位置及大小是否滿足排水、邊坡開挖是否帶來新的安全隱患、橋梁設置是否合適、是否避開懸崖峭壁方案實施困難路段及施工建設條件”等工作。對起控制點作用回頭曲線位置、溝谷、懸崖等路段、地質(zhì)災害路段等重要工點需實地測量核實。在核對基礎上,再次調(diào)整優(yōu)化方案,力求方案便于實施、路線長度與規(guī)范要求盡量逼近、工程規(guī)模最省。
2.3.2 保家村平臺至龍泉寺平臺段
保家村平臺至龍泉寺平臺段(樁號為K11+460~K15+690)原路為防火通道,等外級公路,路基寬度3.5~6 m,泥結(jié)碎石路面,路線長度1 717 m。該段起點位于馬家埡口(海拔為775 m),終點位于龍泉寺平臺(海拔為1 000 m),相對高差為225 m,原防火通道平曲線半徑最小可達8.5 m,最大縱坡可達22%,平縱坡為13.1%,嚴重不符合現(xiàn)行規(guī)范要求。雖然有老路,但技術指標差,無法直接利用進行改建,因此,該段相當于全新建工程。為了達到規(guī)范設計要求,延長路線,降低平均縱坡。根據(jù)路線設計規(guī)范規(guī)定,路線長度應不宜于4 500 m,才能將平縱坡降至滿足規(guī)范要求。通過地形研究分析,原防火通道右側(cè)為深溝地形,可采用套溝展線,經(jīng)比較符合該段地形特點,套溝展線見圖2。避開禁建區(qū)、華鎣山自然保護區(qū)和永久基本農(nóng)田保護范圍的影響,確保路線平縱不低于規(guī)范要求,選擇有利地形布設路線方案,在地形圖上紙上定線,紙上完成方案后,轉(zhuǎn)入現(xiàn)場路線方案核對路基、橋涵、與路網(wǎng)銜接是否順暢等工作。對于特殊困難路段或起控制作用的關鍵性斷面進行必要的放線、測設或補充高精度地形圖測量,調(diào)整路線方案后,再次調(diào)整優(yōu)化方案,力求方案便于實施、路線長度與規(guī)范要求盡量逼近、工程規(guī)模最省。
2.3.3 長大縱坡區(qū)間路段選線設計方法
在合理劃分選線區(qū)間路段基礎,如何設計好長大縱坡路線方案,以S459波密至K105+053泥石流溝段和S220朱俄至埡口段為例進行分享,具體如下:
S459波密至K105+053泥石流溝段屬于波密至格聶神山段山區(qū)長大下坡公路的局部方案,波密至格聶神山段路線長度為22.326 km,路線海拔最高4 685 m,平均縱坡為4.96%,屬于典型山區(qū)長大下坡公路。該段位于S459波密至格聶神山路段山腳底部長大縱坡困難路段,海拔最低為3 563 m,原路長1.4 km,高差110 m,平均縱坡7.86%,為了滿足現(xiàn)行設計規(guī)范要求,延長路線,降低平均縱坡。該段主要控制因素有波密鄉(xiāng)聚集地(海拔為3 563 m)、K105+053處泥石流溝(海拔為3 573 m)??捎糜谡咕€空間有限,僅可用于布設回頭曲線有利地形為K102+837~K103+518路段寬緩地,長約215 m,寬約80 m;K103+605~K104+408路段寬緩地,長約220 m,寬約105 m。該段路線方案以避免K105+053處泥石流溝地質(zhì)災害的影響,路線方案布設以K105+053處泥石流溝控制標高為起點,逆向布設路線方案,沿溝右側(cè)往波密方向布設方案,充分利用K102+837~K103+518、K103+605~K104+408路段寬緩地設置兩組回頭曲線盡可能展長路線方案,同時避開河流行洪影響。按照規(guī)范要求,路線布設至K101+755設計高程為3 627.656 m,與波密鄉(xiāng)聚集點海拔3 563 m相差約65 m,這就是抬高低處的選線方案。該段方案就屬于公路選線采用抬高低處方法,充分利用地形設置回頭曲線延長路線,降低平均縱坡的典型案例。S220朱俄至埡口段路線長度為1.750 km,路線海拔高程從2 974 m上升至3 112 m,高差為138 m,平均坡度7.54%。位于該段底部K9+300~K9+715左側(cè)邊坡屬于不穩(wěn)定斜坡,平面略呈舌形,長200 m,寬70 m,高差約60 m,為了避免誘發(fā)新的地質(zhì)災害,路線方案盡量避免左側(cè)開挖邊坡,選擇填方通過最為適宜。位于該段頂部K11+160~K11+655路段左側(cè)坡頂覆蓋層變形嚴重,變形體量約為120 000 m3,為了避免誘發(fā)不良地質(zhì),路線方案需繞避不良地質(zhì),確保后期運營安全。鑒于坡腳、坡頂兩處不良地質(zhì)影響,該段路線方案雖然縱坡較大,若底部采用回頭曲線展線降低縱坡,會加速不良地質(zhì)的發(fā)育,因此,該方案在K9+300~K10+155路段采用填方抬低處,最大填方高度可達30 m;頂部采用繞避后,避免不良地質(zhì)路段影響,盡量少挖高處,從而降低縱坡。
3 山區(qū)長大縱坡公路選線方法總結(jié)
在山區(qū)長大縱坡公路選線過程中,要根據(jù)區(qū)域交通路網(wǎng)規(guī)劃、經(jīng)濟發(fā)展目標、資源分布、自然建設條件(地形、地質(zhì)、氣候、水文等)、沿線老百姓出行需求等因素的全面充分認識,確定項目建設主要功能及作用,在路網(wǎng)功能及作用基礎上,確定路線走廊。
確定長大縱坡路線走廊范圍,首先,認真研究分析地形高差、地質(zhì)災害、生態(tài)紅線、永久基本農(nóng)田等控制因素。根據(jù)自然建設條件及主要控制因素分析及研究結(jié)論,從整體出發(fā),合理劃分區(qū)間路段,再從區(qū)間路段到具體設計。長大縱坡降坡方法,首選從路線總體角度選擇合理的低處和越嶺位置。其次,可采用抬低處、挖高處、回頭展線、套溝展線、螺旋展線等方式。最后,將具體的設計單元進行有效銜接組合,形成讓工程規(guī)??煽?、運營安全的路線方案。
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