山西某高速公路路线方案比选

袁英爽

（铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津市 300251）

山西某高速公路路线方案比选

袁英爽

（铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津市 300251）

在煤储量丰富的山西，高速公路路线的布设经常会遇到煤矿采空区、煤层气井、管线、水源地及生态保护区等，因此要求设计者综合考虑各种控制因素，并针对该地区自然条件的特点，充分考虑当地居民生态环境保护区的要求，合理确定路线方案。本文以山西高沁高速公路为例，进行了路线多方案比选，最终确定了合理的路线方案，为类似地区的路线方案比选提供了参考。

高沁高速；采空区；风景区；路线；方案比选

1　工程概况

高平—沁水高速公路位于山西省晋城市所辖高平市及沁水县境内。起点位于高平市河西镇常乐村南，与已建成的高平—新乡高速公路高平—营盘（省界）段相接，并在此与二广国家高速公路形成十字交叉枢纽互通立交；终点位于沁水县龙港镇中木亭，与阳城—翼城高速公路相接形成丁字交叉枢纽互通立交。高沁高速公路全长69.55 km，本文论述的是前34 km位于煤矿采空区范围的路线方案的比选，见图1。

图1　高沁高速公路地理位置

2　技术标准

根据可研批复意见，高沁高速公路设计速度80 km/h，路基宽度24.5 m，双向四车道，主要技术标准见表1。

表1　高沁高速公路主要技术标准

3　主要控制因素

高沁高速公路途经晋城市高平和沁水两市县，该区域除地形因素外，其他控制因素也较多。路线走向的主要控制点有：起点已建常乐互通、河西镇采空区及规划煤矿、高平南互通、河西水源地、南北岭采空区、马村服务区、平泉规划煤矿、马村生态风景区、既有煤矿铁路专用线及在建嘉南铁路、马村互通、唐东煤矿采空区及全兴洗煤厂、老马岭隧道、张峰水库输水管线、樊庄互通、中石油煤层气井及管线、玉溪规划煤矿及办公区等。

4　路线总体设计方案

针对以上控制因素，结合地形条件，共提出六个比较方案B、C、D、D1、D2、D3，共长32.8 km。其中，D1为路基和高架桥纵断面比较方案，长2.7 km；其余为路线比较方案，同精度比较线为B、C线，共长12.3 km，定性和定量比较方案为D、D2、D3，长17.8 km，见图2。

5　路线方案比选

5.1A、B线方案比选

B线方案为原可研路线方案，路线连续穿越新庄利民煤矿采空区、巩村煤矿采空区、乔村煤矿采空区、小仙煤矿采空区、司家川煤矿采空区等多个采空区，采空区处理范围较长，同时路线右侧紧邻高压线。

A线方案从减少路线穿越采空区长度、降低工程造价的角度出发，路线在跨越丹河后由原来在巩村、乔村南通过改为在村北通过，避开了新庄利民煤矿采空区、巩村煤矿采空区，仅穿越乔村煤矿、小仙煤矿，减少了采空区的处理长度，见图3。

图3　A、B线方案比较

优缺点简述:

A线优点：（1）A线方案采空区长2 km，较B线（采空区长5.3 km）短3.3 km，处理费用低；（2）A线基本顺应地势，纵坡较为平缓；（3）A线路线长度较B线短190 m；（4）土石方数量较B线少65万m3，长挖方段落短；（5）远离高压线。

A线缺点：（1）A线线形比B线稍差；（2）线位距离乔村较近，对附近居民有一定影响。

B线优点：线形较顺直，平面技术指标较高。

B线缺点：（1）B线位通过多处采空区，地面沉陷较为严重，处理费用高，对路基稳定性影响大；（2）桥梁长度较A线长；（3）高填方和长挖方较A线长，土石方数量大；（4）路线走行位置高压线密集。

推荐意见:

经上述经济技术综合比较，A线方案较B线方案采空区处理费用低、与高压线干扰小，土石方数量少，虽然A线方案平面指标低于B线方案，但其线形更符合运行速度的要求，所以推荐A线方案。

5.2A、C线方案比选

C线方案自悬南K8+900偏离A线方案，在杨界线南侧向西，经三家庄北、南岭南、毕家庄北，在马村镇南唐安煤矿专用线南侧与A线方案相接。C线方案穿越已开采的南岭煤矿和规划平泉煤矿，采空区深度最深140 m，处理深度较深，费用高。

A线方案从南岭和北岭之间穿过，避开了规划平泉煤矿开采区，采空区段落较短，采空区深度为60 m，处理费用较低。

A、C线方案比较段终点位于马村镇，从镇区规划和景观角度考虑，马村镇要求路线在卧佛山以隧道形式通过，因此两方案在此均为明洞方案，隧道长580 m，见图4。

图4　A、C线方案比较

优缺点简述：

A线优点：（1）A线穿越采空区长度较C线短200 m，采空区处理深度比C线浅，处理费用低；对平泉煤矿影响小，占压煤矿约0.1 km2，减少了压煤；（2）马村卧佛山明洞位于直线路段，不需设置超高，利于行车安全。

A线缺点：（1）A线线形较C线指标稍低；（2）A线长度较C线长约159 m，桥梁长度长355 m。

C线优点：（1）线形指标较高；（2）桥梁长度略短于A线。

C线缺点：（1）占压国有平泉煤矿约0.63 km2；（2）穿越南岭煤矿和回山煤矿采空区路段长，处理深度深，工程造价高；（3）马村卧佛山隧道位于曲线路段，需设置超高，不利于行车安全。

推荐意见：

平泉煤矿是高平市国有重点煤矿，资源数量仅9.6 km2，高平市政府和平泉煤矿要求尽量少占资源，C线方案占压资源近0.63 km2，A线方案基本避开了煤矿。同时，A线方案采空区处理费用较低，经经济技术综合比较，结合地方政府意见，推荐采用A线方案。

5.3A、D线方案比选

该方案为定性、定量方案比较。D线是根据老马岭隧道轴线段提出的阴坡方案。D线在阁老村北向西，在老马岭隧道入口处与A线分离，设隧道穿越老马岭，在樊庄煤焦营业站东侧出隧道，路线沿河南岸山岭继续向西，与331省道走向基本一致，在贾寨村北向南，在樊庄村331省道东侧经过，跨过331省道，穿越樊庄村，在王回村北与A线相接，见图5。

图5　A、D线方案比较

优缺点简述：

A线优点：（1）A线路基为半填半挖，填挖结合，整体填挖比较均衡；（2）A线位于阳坡，对路基稳定较为有利；（3）A线隧道长度短，工程造价较低；（4）占用耕地较D线少，对自然环境影响较小。

A线缺点：（1）路线右侧路段山体部分段落较陡、山体风化较为严重，局部路基防护工程量较大；（2）走行位置与部分高压线、输水管道、煤气井等交叉干扰。

D线优点：（1）路线长度较A线短214 m，线形指标稍高；（2）与高压线、输水管道、煤气井等交叉干扰小。

D线缺点：（1）D线走行位置1 400 m范围处于破碎带中，同时湿陷性黄土分布广，不良地质路段长，路基防护工程量大；（2）D线地形较A线高程高，出老马岭隧道后连续降坡，路基全断面挖方段落长，填挖方比例为1∶5.3，不够均衡，挖方量大，对自然环境影响较大；（3）D线位于阴坡，对路基稳定性不利；（4）隧道长2 130 m，较A线长395 m，工程造价高；（5）线位所处位置大部分为耕地，影响沿线居民的生产、生活；（6）终点在樊庄村中心穿过，附近多医院、学校，对村民生活影响大。

推荐意见：

经经济技术综合比较，A线方案布设于阳坡，填挖较均衡，具有占用耕地较少、隧道长度短、地质条件较D线方案好、工程造价低等优点，所以推荐A线方案。

5.4A、D1线方案比选（纵断面比选方案）

该方案主要考虑高平市河西镇的意见，从河西镇发展规划角度考虑，城镇向南发展而考虑的纵断面比较方案，为定性、定量方案比较，比较范围为K0+400～K3+100，长2.7 km。D1线与A线平面一致，纵断面抬高，为高架桥段，对应A线为路基方案，并预留部分通道，见图6。

优缺点简述：

A线优点：采用路基方案，除既有道路采用通道或桥梁之外，另预留了三个通道，采用路基+通道方案，节省工程造价。

A线缺点：高填方路基对河西镇规划有一定限制，对视觉景观有影响。

D1线优点：采用高架桥方案，对周围景观影响小，利于河西镇向南发展。

D1线缺点：投资规模增很多。

推荐意见：经经济技术综合比较，推荐采用路基+通道方案。

5.5A、D2、D3线方案比选

该方案比选路段有唐安煤矿铁路专用线与A线平行，紧邻铁路专用线北侧为拟建的嘉南铁路，两铁路北侧为马村大型活动广场，南侧为马村卧佛山风景区，同时平泉煤矿部分开采区位于卧佛山下，平泉煤矿为高平市国有煤矿，该矿区早期私挖乱采严重，据调查，3号煤和9号煤均有不同程度的开采。马村镇和平泉煤矿在此路段意见不一致。马村镇意见是：路线在风景区通过，不能影响其整体景观，应以隧道形式通过；平泉煤矿意见是：路线尽可能不占用开采区。针对上述意见分别考虑了铁路北侧躲避平泉煤矿的D3方案、以隧道形式从卧佛山山体中部穿越的D2方案，并与推荐线A线进行了比较，见图7。

图7　A、D2、D3线方案比较

5.5.1A、D2线方案比选

A线方案线位紧邻铁路专用线南侧平行布设，在马村镇广场南侧的卧佛山脚下经过，卧佛山是马村镇重要的风景区，山上有吉祥寺等景点，山坡种植有乌克兰樱桃、薄皮核桃等经济林。由于马村镇政府不同意高速公路隔断此风景区，所以A线方案在卧佛山设置580 m长的明洞，并考虑洞顶恢复植被、进行绿化美化与周边景观协调，见图8。

图8　A线卧佛山明洞效果图

D2线方案通过暗挖隧道在铁路南侧卧佛山山体中部穿越，降低了对卧佛山风景区的影响。路线从北岭村南偏离A线，向西北局部绕开平泉煤矿边界，向西修建暗挖隧道长520 m穿过卧佛山中部山体，在平泉煤矿厂区北侧与A线相接，见图9。

图9　A、D2线方案比较

优缺点简述：

A线优点：（1）A线采用路基方案，从卧佛山山脚经过，纵坡沿自然地势，填挖方量较小，工程规模较小；（2）路线贴近既有铁路，与铁路共用走廊带，尽量减少占用耕地，利于当地的生产生活；（3）通过卧佛山采用明洞方案，满足马村镇以隧道形式通过的要求；（4）占用平泉煤矿资源少（较D2线少0.05 km2），对平泉煤矿影响小；（5）明洞隧道通过卧佛山较暗洞通过施工工期短，工艺相对容易、工程造价低。

A线缺点：（1）隧道顶恢复景观仅在一定程度满足当地的景观要求，并不能完全恢复原风貌；（2）设置隧道增大了工程投资规模。

D2线优点：D2线方案为暗挖隧道方案，对风景区影响小。

D2线缺点：（1）采用暗挖隧道方案穿越卧佛山，隧道位于采空区范围，与明洞方案相比，处理采空区施工工序复杂，施工周期长；（2）本方案隧道为暗挖连拱隧道，隧道较长，洞顶覆土厚度小，工程施工难度大、风险大，造价较高；（3）隧道从山顶寺庙下穿过，施工期间的爆破震动可能对寺庙砖木结构造成破坏；（4）线位穿越平泉煤矿范围较A线大，压煤多，平泉煤矿不同意该方案。

推荐意见：

综合考虑工程投资、施工难度、地方需求，确定A线明洞方案为该段推荐方案。

5.5.2A、D3线方案比选D3线方案是考虑平泉煤矿的意见，减少压煤、避免与规划的煤矿办公区冲突而设置。 路线与D2线起点相同，都从北岭村南偏离A线，向西北局部绕开平泉煤矿边界，之后与D2线分离，路线向北设桥梁跨越唐安煤矿专用线和在建嘉南铁路，沿既有铁路向西，穿过马村镇广场南侧道路后，在唐东、唐西南设唐安大桥，在唐东煤矿南侧与A线相接，见图10。

图10　A、D3线方案比较

优缺点简述：

A线优点：（1）A线采用路基方案，从卧佛山山脚经过，纵坡沿自然地势，填挖方量较小，工程规模较小；（2）路线贴近既有铁路，与铁路共用走廊带，尽量减少占用耕地，利于当地的生产生活；③通过卧佛山采用明洞方案，满足马村镇以隧道形式通过的要求。

A线缺点：（1）隧道顶恢复景观仅在一定程度满足当地的景观要求，并不能完全恢复原风貌；（2）设置隧道增大了工程投资规模。

D3线优点：（1）路线跨过既有唐安煤矿专用线之后，线位离开平泉煤矿，占压煤炭资源最少，对平泉煤矿规划影响最小；（2）纵坡平缓，线形指标较高。

D3线缺点：（1）两次跨越煤矿铁路专用线和嘉南铁路，桥梁长度长、造价高；（2）跨越铁路后多次跨越既有道路，路基为高填方，土方量大，对当地景观有较大影响；（3）路线从马村广场前规划新区通过，马村镇不同意该方案。

推荐意见：

综合考虑工程投资、施工难度、地方经济发展及景观需求，并经地方政府协调，确定A线明洞方案为该段推荐方案。

6　结　语

在煤矿采空区广泛分布的山区，路线选线应尽量绕避，不仅可以降低地基处理费用，也可以避免后期的沉降对公路的危害；同时随着各地经济的发展，以人为本的设计理念非常重要，修路是造福于民，在路线选择上除了要结合地形特点外，还要尽量满足地方要求，尤其在是穿越景观区、生态区等敏感区域时，更要深入现场，充分征求地方意见，满足环保需求，确定合理的路线方案。

[1]JTG B01—2003，公路工程技术标准[S].

[2]JTG D20—2006，公路路线设计规范[S].

[3]交通部公路司.新理念公路设计指南[M].北京：人民交通出版社，2005.

[4]交通部公路司.降低造价公路设计指南[M].北京：人民交通出版社，2005.

[5]JTG D70—2004，公路隧道设计规范[S].

U412.3

B

1009-7716（2016）02-0039-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.02.010

2015-09-28

袁英爽（1970-），女，河北人，高级工程师，从事道路设计工作。