乐百高速公路路线方案三维优化技术分析

2016-08-05马长明

黑龙江交通科技 2016年6期

关键词：工程造价

马长明

(北京建达道桥咨询有限公司，北京　100015)

乐百高速公路路线方案三维优化技术分析

马长明

(北京建达道桥咨询有限公司，北京100015)

摘要：随着计算机软硬件技术和全社会信息化意识的发展，数字公路、智慧公路建设开始全面加速，传统的二维矢量数据在表达上缺乏直观性，已难以满足科学化精细化规划审批工作的需求。以乐业至百色高速公路为依托工程，在路线规划过程中,利用数字地形模型，考虑各种基本的和特殊的因素，对路线进行三维优化分析，较短时间内选择出经济合理的路线方案，大幅度降低工程造价，为同类工程优化设计提供参考。

关键词：智慧公路建设；路线规划；三维优化分析；工程造价

0工程概况

乐业至百色高速公路是国家高速公路网G69(银川至龙邦高速公路)的重要组成部分，也是广西高速公路网布局中“纵7线”天峨(黔桂界)至龙邦高速公路的重要组成部分。本项目起点对接贵州惠水至罗甸高速公路，终点通过百罗高速与在建的百色至龙邦高速公路相连，途经河池市的天峨县、百色市的乐业县、凌云县以及右江区。该项目位于云贵高原向百色谷地的延伸过渡地带，总体地势特点是西北高东南低。根据项目走向沿线地形走势呈“马鞍形”，沿线以山地为主，峻岭纵横，山高坡陡，地形困难。沿线地貌类型主要有八种地貌形态，存在地形、地质条件较复杂,桥隧构造物多,设计与施工技术难度大等问题。

乐百高速公路按双向四车道设计，设计时速为80 km/h,路基宽度24.5 m，最大设计纵坡为5%，圆曲线最小半径400 m，汔车荷载等级为公路—I级，路线主要工程技术指标如表1所示。

表1　主要工程经济指标表

续表1

2路线优化思路

在乐业至百色高速公路项目中，1∶2000地形图上具备完整的地物数据，在进行方案优化之前，工程师对地形图上的各种控制条件进行了分类整理，然后分批导入旷达系统以控制优化后路线方案的合理性。在方案优化之前，该项目中主要设置了以下控制条件：

(1)填挖限值：主要用于控制主线的桥梁、隧道和路基的分界和路基边坡的高度。在该项目中，路线中线位置的填方最大高度一般控制为20 m，挖方最大深度控制为30 m。对于V型沟或U型沟等具备修建高路堤条件的路段，最大填方高度放宽至30～40 m，对于主线横切山脊的挖方路段，路线中线位置的最深挖方深度放宽至40～50 m。全线的最高挖方边坡原则上按照40 m控制，局部个别路段放宽至60 m，挖方路段的一、二级变坡坡率按照1∶0.75控制，三、四级边坡坡率按照1∶1控制。

(2)铁路及高速公路：当主线与既有铁路和高速公路相交时，采用主线上跨或下穿的方式通过。

(3)国省道公路：当主线同国省道等二级公路相交时，原则上采用主线上跨或下穿的方式通过。对于主线同二级公路平行布线且地形条件受限时，优先满足主线布线的需要，适当地改移二级公路。

(4)农村公路：在进行主线方案优化时，原则上不考虑农村公路对主线方案的交叉控制影响，在方案优化结束后确定具体的线位时，结合农村公路同主线的交叉位置，为农村公路预留需要修建通道的位置和净空要求。

(5)高压线：在方案优化时，不考虑高压线对主线方案走向的影响，在优化结束后确定具体的线位时，尽量避让高压铁塔的位置。

(6)河流：在方案优化过程中，主线需要横跨的河流以桥梁的形式通过。对于主线同河流平行布线且地形条件受限时，局部路段结合实际情况适当的改移河道。

(7)城镇规划区：采用主线绕避的方式通过。

(8)居民区：对于成片区、成规模的人口聚集区，主线采用绕避的方式通过，对于零星散落独居的农房，结合主线布线的需要，可考虑拆迁。

(9)滑坡及溶洞：主线采用绕避的方式通过。

(10)水库等环境敏感区：采用主线绕避的方式通过，条件受限时，尽量减少主线对环境敏感区的干扰。

3三维优化技术分析

利用地形图建立三维地模后，定义好路线的起终点坐标、几何设计标准、费用参数和控制条件后进行方案的整体优化，优化情况如图2所示。从图上可以看出，一次性优化后的路线方案基本涵盖了地模上的所有走廊带，其中最为经济的路线方案位于南通道走廊带内(蓝色线位为经济路线方案)。将南通道走廊带内优化后的路线方案同原设计线位进行了对比，发现该路段内有四处具有进一步优化的价值，在不降低技术指标的同时可节约工程投资，分别是K12+300～K17+600路段，K19+900～K32+800路段，K33+300～K46+400路段，K48+400～K64+479路段。

图2　路线方案整体优化示意图

图3中蓝色线位是优化线位，红色线位是初设线位。优化线位从百楼一号隧道引出，过百楼一号大桥后，线位向西偏转，以路基的形式沿西侧的山体布线，可缩减百楼二号大桥的规模。过百楼2号隧道时适当提高路线的设计高程，由于百楼3号隧道的埋深相对较浅且该隧道山脊线的高程相对一致，提高设计高程后，可将百楼3号隧道调整为深路堑的形式通过，路线中线位置的挖深约55 m，路线两侧边坡的最大高度约60 m。该路段经优化后节约工程投资约7 700万元，主要工程数量对比见表2：

图3　K12+300～K17+600路线分段优化示意图

图4　K19+900～K32+800路线分段优化示意图

表2K12+300～K17+600主要工程数量对比表

序号指标名称单位旷达线位初设线位1路线总长km536753232最小圆曲线半径m5159613长大下坡坡度/坡长%/km//4挖方104m311638.45填方104m321.914.26借方104m3007弃方104m311659.98挡墙104m31.010.469挖方边坡防护104m27.152.5610桥梁总长特大桥大桥中桥m/座2075/702075/702393/702393/7011隧道总长长隧道中长隧道短隧道m/座1215/30664/1551/21800/40725/11075/312征地104m320.213.913投资总额万元6840076100

图4中，优化线位自下老互通引出后，平面线位稍微东移，同时降低设计高程，可将交塘大桥调整为高路堤的形式通过。过交塘大桥后，优化平面线位往东南方向调整，过下老隧道后，沿山体布线至百西隧道。优化后线位与地形结合更好，可缩减百西1号，2号大桥的规模。线位出百西隧道后，适当降低路线的平面指标，利用沟渠两侧的地形以路基形式布线，同时线位向西北方向偏转，调整音里隧道的进出口，可缩减音里隧道的长度。巴劳一号大桥至逻西段，由于受河流切割的影响，两岸地形比较凌乱，原初设线位主要沿河流中心布线，以桥梁的形式通过。通过优化将该路段线位推至河流西侧的山脚布线，以路基形式通过，在缩减桥梁工程的同时还可消减弃方。对占用河道的部分，对河道进行改移，该路段经优化后可节约工程投资约21000万元，主要工程数量对比见表3：

4连接线优化分析

如图5所示，乐业连接线的整体优化来看，优化结果主要有初设线位走廊和206省道走廊，其中绝大部分线位都集中在初设线位走廊内，验证了初设线位走廊选择的正确性。将省道206走廊内的旷达线位同原省道206线位进行对比，由于乐业连接线的技术指标较高，优化线位基本不能同206线位吻合，因此沿206省道走廊布线也利用不上206省道的路基。

表3K19+900～K32+800主要工程数量对比表

序号指标名称单位旷达线位初设线位1路线总长km13.19612.92最小圆曲线半径m5277603长大下坡坡度/坡长%/km//4挖方104m32601895填方104m323590.16借方104m3007弃方104m396.71848挡墙104m32.260.89挖方边坡防护104m219.812.210桥梁总长特大桥大桥中桥m/座1799/701471/3328/44108/161929/31775/7404/611隧道总长长隧道中长隧道短隧道m/座3925/502920/21005/34418/503548/2870/312征地104m358.942.213投资总额万元117000138000

图5　乐业连接线整体路线优化示意图

图6　乐业连接线路线方案对比

图6中，蓝色线位是优化线位，红色线位是初设线位，由于方案从起点至终点基本为持续上坡路段，且受地形的控制，因此旷达线位同初设线位在平面位置上差异不大，将两条线位进行综合对比，主要差异为，优化线位同地形结合更好，挖方数量少，填挖更为平衡。初设线位纵断面主要为6%，3%纵坡的陡缓组合，路线的组合坡度超标，优化线位大部分缓坡路段的坡度控制在2.8%左右，该路段经优化后节约工程投资约1 900万元，主要工程数量对比见表4：