优化龙永高速公路线形 两型穿越巍巍武陵秦城

吕 军,焉学永

(湖南省永龙高速公路建设开发有限公司,湖南长沙 410016)

在应对全球金融危机,我国进行了新一轮基础设施建设的高潮,大规模的公路建设是政府拉动经济的主要王牌。近几年来,湖南省高速公路以前所未有的速度发展建设,一大批新开工建设的高速公路通往湖南的边远山区和少数民族地区。截止到2010年底,湖南省高速公路在建通车里程6 450 km(在建里程4 064 km,通车里程2 386 km),一跃成为全国第三大高速公路省份。显然,湖南高速公路建设在扩大内需,刺激经济增长和解决就业起着发动机的作用。同时,也为高速公路建设者提供了施展才华的大好舞台,尤其是山区高速公路的建设,由于山区复杂的地形地质,路线的布设受许多条件限制,特别需要工程建设者创新建设理念和方法。本文就如何优化龙永高速公路路线,确保工程安全、环境保护、造价节约做如下介绍。

1 项目背景

龙永高速公路是龙山县通往永顺县的高速公路,是湖南省“七纵九横”高速公路路网规划的重要组成部分,向北顺接拟建的湖北恩施至来凤高速公路,可达陕西安康与包茂国家高速连接,向南与在建的张家界至花垣高速公路相连,进而与包茂线吉怀高速公路相接,直达广东茂名。该工程的建设对加快湘西大开发进程,发展我省少数民族聚居地区经济,改善运输条件及投资环境,推进湖南省大湘西的旅游业整体发展,促进湘鄂间合作均有重要意义,也必将有力地改善龙山、永顺的发展环境,带动少数民族地区经济社会实现又好又快发展。

2 工程概况

2.1 工程路线走向

本项目起于来凤公路终点甘壁寨,路线沿酉水以东布线,经石羔山、跨岩砦河,在田家园子下穿黔张常铁路后,于黄土坡设龙山连接线与龙山县城及茨岩塘相接,之后路线沿G209以东布线,经洗洛、水沙坪,在水沙坪设置茅坪互通与G209相接,路线在跨越洗车河后,设隧道穿天堰大堡,经红岩溪设红岩溪互通与X010相接,再沿龙永二级公路布线经农车、小农车,在洗车设洗车连接线;设农车互通与龙永二级公路相接,之后路线经伴湖、首车,设首车互通与龙永二级公路相接,再直行往南,经勺哈,在两岔河设置永顺互通及永顺连接线与永顺县城相接,路线继续南延,终至张家界至花垣高速公路海洛。

2.2 技术标准

本项目主线全长91.078 km,按四车道高速公路标准建设,设计荷载公路级,设计速度80 km/h,路基宽度24.5 m,主线采用沥青混凝土路面。

龙山连接线和永顺连接线均采用二级公路标准设计,设计速度为60 km/h。其中,龙山连接线茨岩塘段(L1K 0+000～L1K17+780)路基宽为8.5m,县城段(L1K 17+780～L1K21+092)路基宽为15m;永顺连接线路基宽度12m。洗车连接线:全长19.472 km,采用三级公路标准建设,设计速度40 km/h,路基宽度8.5 m。

2.3 自然条件

2.3.1 地形地貌

路线走廊带位于湖南西北部中低山丘陵区,地势总体西高东低,Ⅱ区、Ⅲ区地形起伏大,相对高差达80～1 000 m,沟壑纵横,坡陡谷深。

2.3.2 水文地质

路线走廊带堆积物主要有残积、坡积及冲、洪积物,冲、洪积物富水性好,漏斗、落水洞和地下暗河发育;路线走廊带构造较发育,砂质页岩、炭质页岩和粉砂岩等软质岩集中出露地段滑坡、潜在滑坡和塌陷易发生。

2.3.3 社会环境

项目区域位于湘西土家族等少数民族集聚地,经济基础薄弱、农业耕地少、交通不便、信息不畅。但龙山素有“万宝山”之美称,永顺矿产资源也种类繁多,十分丰富;“北有西安兵马俑,南有里耶秦简牍”(见图1)里耶的战国古城、古井和古简具有很高的历史文化研究价值,永顺自然风景清秀奇特,民俗风情独特,被誉为张家界的“后花园”。

图1 里耶秦简

3 创新设计攻坚克难上两型

“八山半水一分田,半分道路加宅园”,永龙高速公路路线走廊带山地面积占总面积的80.2%,耕地面积仅占8.5%,耕地资源十分珍贵;地形地貌起伏高差大、坡陡、滑坡、岩溶、地下暗河等地质复杂,桥隧比例高,技术复杂,勘察难度大;工程浩大,涉及面广,铁路、河道、国道等干扰因素多;沿线经济落后,信息封闭,少数民族群居,协调工作复杂;项目走廊带矿产丰富,风景秀丽,文物价值高等都将成为本项目路线设计的制约因素。

3.1 深入调查多方案遴选确保资源节约通过

山区高速公路制约路线设计的因素很多,陡峭的地形,滚石危岩体,看不到的岩溶和地下暗河等都将给工程设计和安全带来困扰。因此,只有深入仔细的进行地质勘查,综合勘查成果等各方面信息进行多方案设计,然后逐个论证遴选。

3.1.1 苦竹村路段(k2+000～k7+500)路线方案优化

苦竹村路段主要控制点为:主线收费站、规划张龙高速公路、规划黔张常铁路、苦竹河、县道003。

初设中苦竹村路段存在长路堑排水困难、桥梁规模较大、规划张龙高速公路路线较长、与规划黔张常铁路交叉角度较小,土石方数量、拆迁数量较大等问题,路线平、纵面方案均不够理想,从纵面上,主线无条件上跨规划黔张常铁路,下穿也不能合理解决问题。

施设阶段,规划张龙高速公路走廊带与本项目衔接点发生变化,针对此情况,综合考虑龙张高速的枢纽衔接问题,施工图设计反复进行现场考察,整体调整线位至苦竹村东侧100m外的位置,远离石羔镇布线,在苦竹村四组下穿规划黔张常铁路,并且进一步缩短龙山至张家界高速公路的距离,纵面上减少了铁路两侧挖方高度,从根本上解决了规划张龙高速、黔张常铁路的问题。路线优化方案的平、纵面线形指标得到改善,解决了主线下穿县道003的长路堑及下穿规划黔张常铁路两侧深挖方问题,高填深挖路基减少330m,路线下穿黔张常铁路交叉角度优化为80°,接近正交。同时苦竹河1、2号两座大桥桥位更加合理,且桥梁长度缩短270m。不仅明显减少了耕地、拆迁房屋和坟墓数量,主线收费站场地及房建用地的布置也更为理想。路线进一步缩短龙山至张家界高速公路的距离,社会效益明显。

3.1.2 检沟水库路段(k9+000～k11+800)路线

方案优化

检沟水库路段主要控制点为:龙山互通、检沟水库、石塘河、S305。

初设中检沟水库路段受检沟水库及上游河流干扰较多、桥梁规模大、施工便道困难、施工难度大、龙山互通设置场地位置不理想、土石方数量较大。针对以上情况,施工图设计结合龙山互通、石塘河大桥及减少对检沟水库水质的影响等几方面,考虑调整线位至检沟水库西侧50m外的位置,取消了检沟水库1、2号大桥,并且施工图线位更有利龙山互通的布置。

施设路线方案优化后的平纵面组合、线形指标得到改善,运行速度检验协调性好,平面位置更有利于龙山互通的布置,减少了特殊路基路段处理长度;同时消除了高速公路建设对检沟水库水质的影响,避开对水库上游蛇形河流的多次跨越,方便施工便道修建,降低工程实施难度,而且取消了检沟水库1、2号大桥,桥梁长度缩短690m,节约了造价。

3.2 灵活运用巧构思创新确保绿色环保穿越

公路线形的布设不仅影响到其使用的安全性和舒适性,还影响到工程的造价和区域的自然环境,工程技术人员如果照本盲目执行标准规范指标,将导致大量的高路堤、深路堑和高边坡,增加了工程造价和难度,也留下了安全隐患,影响了沿线生态人文景观和环保问题,为此,永龙高速工程技术人员根据实事求是原则,灵活理解标准规范,巧妙运用技术参数。

3.2.1 龙山连接线望乡台至刘家包段方案优化

永龙高速龙山连接线为利用既有S305改建项目,望乡台至刘家包段高差190 m,既有路线3.08 km,弯多坡陡,线形较差,路线走廊带为山间冲沟(局部为峡谷),分布区山体陡峭,自然坡度一般大于40°,有岩堆,岩块直径一般25 m,最大达25m,现处于相对稳定状态(见图2),但本项目的建设可能诱发潜在的滑坡。

图2 既有S305地貌图

在施工图设计阶段设计中根据现场实际,结合专家意见并与地方政府沟通,望乡台至刘家包路段设计速度采用30 km/h,平曲线采用30m极限半径,路基土石方、防护工程数量显著降低,不但节约了造价,而且有利于运营期间的行车安全和施工期间保畅通,也有利于水土保持和环境保护。同时对S305上既有4座桥梁,通过检测合格后全部利用。不破坏就是最大的保护,合理灵活地运用指标符合设计新理念的精髓。

3.2.2 高架桥路段(k16+500～k18+100)路线方案优化

该路段位于洗洛乡,路线与国道G209、洗洛河并行,走廊带狭窄,左侧山体存在不稳定斜坡体和大型孤石情况。初设路线方案沿走廊带东侧山脚布线,路线约有290m的右侧半幅桥梁压在河流上方,桥墩需要落入河道范围。该方案一则水利防洪影响大,二则左侧不稳定斜坡体目前虽处于稳定状态,但桥梁建设时的扰动,破坏原有稳定的可能性很大,工程风险性高,安全、环保和造价没有保障。

施工图设计阶段进一步采取钻探、物探等地质勘察手段查明路线左侧山体存在不稳定斜坡体和落石情况,右侧山体存在地裂缝、错落体、顺层坡和落石情况(见图3)。根据地质勘察结果,国道及河流两侧山体均不宜布设路线。

图3 地裂图

为确保工程安全,详勘定测将路中线沿河中心布设。消除山体开挖和不良地质问题,局部改移国道,国道全部位于路线右侧,消除了桥梁施工或运营对国道的干扰。压河段落布置框架式桥墩,桥墩基本落在河道两侧,减少防洪影响,布线安全合理。见图4。

图4 桥位河道示意图

4 结束语

公路线形是公路的灵魂,特别是山区高速公路的线形,它直接影响着地域公路的规划和建设,路线是否科学合理,对行车安全、舒适、协调美观和造价经济等具有决定性作用,故公路路线设计需充分考虑路线走廊带的地形地貌、水文地质、生态和人文环境,恰当运用线形等标准,只有这样,设计的公路路线才会科学合理。