复杂山区高速公路总体设计浅谈

2017-12-19王茂

城市道桥与防洪 2017年11期

关键词：纵坡型式防灾

王茂

（四川公路工程咨询监理公司，四川成都610031）

复杂山区高速公路总体设计浅谈

王茂

（四川公路工程咨询监理公司，四川成都610031）

随着高速公路建设向复杂山区延伸，特殊建设条件带来的高山、高差、高地震烈度和复杂地质情况对总体设计提出了更高的要求。就复杂山区高速公路多方案比选、技术指标灵活运用、防灾抗灾、长大纵坡、生态环保、结构物设置及型式选择、互通选型、造价控制等诸多问题进行了初步探讨。

复杂山区；高速公路；总体设计；防灾抗灾；生态环境保护

0 引言

随着高速公路路网的不断完善，高速公路建设不断向复杂山区延伸，困难的地形、复杂的地质、巨大的高差和高地震烈度对高速公路的路线总体设计提出了更高的要求。以云南沾益至会泽高速公路为例，就复杂山区条件下的高速公路总体设计的关键性问题及主要对策措施进行简要分析。

1 工程概况

沾益至会泽高速公路地处云南省东北部，路线走向总体为自东向西。路线起于曲靖市宣威热水镇海德村以东，接待建的杭州至瑞丽高速公路（G56），途经沾益县德泽镇，止于会泽县田坝乡板坡村打板坡，接在建的银川至昆明高速公路（G85）。

沾会高速采用设计速度80 km/h的4车道高速公路标准，路线全长34.753 km。

1.1 气象水文

沾会高速位于北回归线以北，属亚热带湿润季风气候区，多年降水量700～1400 mm，历年平均气温在12.7～13.7℃，地表水体主要属于金沙江一级支流牛栏江水系。

1.2 地形

沾会高速位于云南高原东部，均属于构造侵蚀、溶蚀地貌类型，地面标高一般在海拔1720～2180 m，次级地貌主要有石牙原野、峰丛洼地、河间地块及中山。

1.3 地质

沾会高速位于沾益“山”字型构造西翼与新华夏系构造的复合地带，构造较为复杂。地层时代较为齐全，除白垩系、志留系、奥陶系地层缺失外，自震旦系至第四系松散堆积均有出露。主要不良地质有崩塌、泥石流、危岩、岩溶等，特殊性岩土有人工弃土、红黏土（次生红黏土）、膨胀（岩）土等。

1.4 地震

沾会高速位于鲜水河—滇东地震带，属于青藏高原中部地震区。根据《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2001），全线抗震设防烈度Ⅶ～Ⅷ度，属于地震强烈活动区（见表1）。

表1 沿线地震动参数区划表

2 复杂山区高速公路建设的关键性技术问题

复杂山区高速公路的地域特点决定了其面临极其特殊的地形条件、极其复杂的地质条件、极其脆弱的沿线环境、极其困难的项目建设、极其艰巨的工程实施等突出矛盾。以这些矛盾为出发点，如何灵活应用技术指标、多方案比选、长大纵坡控制、防灾抗灾、保护生态、弃渣处置、互通布设、桥梁选型、造价控制等成为复杂山区高速公路建设的关键性技术问题。

2.1 灵活应用技术指标，多层次方案优选，控制造价问题

受地形困难、地质复杂、生态脆弱等建设条件控制，复杂山区高速公路桥隧比例高、规模大，工程造价高，投资巨大。

如何结合艰巨复杂的建设条件，着力于防灾避灾、抗灾减灾、生态保护，灵活运用技术指标，合理优化设计方案，针对重点工程、难点路段、重大不良地质地段，从路线布设、特殊处治措施、桥隧结构选型、互通立交型式等方面多层次进行多方案比选，是减小工程规模、降低实施难度、控制工程造价的关键。

2.2 高烈度地震区、地质灾害多发区公路防灾、抗灾问题

复杂山区高速公路多位于地质构造复杂区，地震烈度高，地层破碎，构造发育，地质灾害频发，地震及其诱发的次生灾害对公路交通的安全畅通危害极大。

加强公路防灾、抗灾技术研究，应从路线布设的防灾避灾、工程结构的抗震减灾采取行之有效的防治措施，从根本上提高公路的防灾抗灾能力。

2.3 连续长大下坡与冰雪组合段运行安全及应急救援问题

复杂山区高速公路地形抬升大，路线克服高差大，气候垂直变化明显，多存在冰雪影响。连续长大下坡与冰雪路段的组合，对运行安全极为不利。

应从路线布设、方案比选、平纵线形、路面结构、交通工程等设计方面、营运管理及应急救援方面采取主被动相结合的综合处置措施，提高连续长大下坡及冰雪路段的运行安全性。

2.4 极其脆弱生态环境保护、巨量弃渣合理处置问题

复杂山区高速公路沿线环境极其脆弱，公路局部开挖山体和坡面将对生态环境产生不利影响。路基开挖及隧道修建将产生大量弃方、弃渣，由于地形非常复杂，弃置十分困难。

如何从路线平纵面布设、分项工程设计等方面采取针对性措施，最大限度地避免和减少开挖，减少挖方、弃方及弃渣规模，如何合理选择场地，设置场址，处置弃土、弃渣，做好弃渣专项设计，是保护沿线环境、维护生态平衡的关键。

2.5 陡峻地形、高烈度区桥梁选型、设计及施工问题

复杂山区高速公路施工场地狭窄，材料运输成本高，可施工工期短，路线纵坡大，桥型选择关系桥梁设计的合理性、可施工性、环保友好和工程造价等。

2.6 狭窄地形条件互通选型及沿线设施场坪布设问题

桥隧比例高的典型特点决定了复杂山区高速公路互通式立交及其服务、管理设施场地设置极其困难，且工程规模较大。另一个普遍性问题是互通式立交匝道加减速车道渐变段起、止点与隧道洞口的距离不能满足规范要求。

特别是“V”形河谷地貌区，由于地表横坡陡峭、地质条件复杂、场地极其狭窄，可选择的场地位置极少，需要研究和采用互通变异型式，以及与服务、安全及管理设施场坪合址设置的综合体型式，以适应场地条件，安全组织交通，减小工程规模。

2.7 复杂艰巨条件下施工组织及规模、造价控制问题

复杂山区高速公路地形陡峻，施工场地狭窄，区内运输通道单一，施工条件恶劣，控制工程、关键工程点多面广，工程集中而艰巨，施工极其困难。

从设计着手，细化相关工程施工方案、施工工艺设计，完善施工便道与便桥修建、施工场地建设、施工用电线路架设等施工组织设计，不漏缺项目，做好永临结合工程专项设计，打足数量、费用，控制好工程规模及造价，是确保建设顺利实施的关键。

3 复杂山区高速公路关键问题解决方案

3.1 综合选线，灵活应用技术指标，实现建设总体目标

（1）坚持贯彻安全选线、地形选线、地质选线和环保选线的原则。

基于运行速度的设计方法，通过测算单元运行速度，按照相邻单元运行速度协调性良好的要求，动态配置及调整设计指标，达到路线线形的连续性和协调性，并根据运行速度确定分路段营运最高限速，从而确保车辆行驶安全。

（2）对技术指标按照功能性、安全性及线形性进行分类。

对影响公路功能性的建筑限界、车道数、横断面宽度、平曲线设置超高、保证视距等指标值应严格执行，不能突破。

对影响行车安全的圆曲线半径及缓和曲线、超高、加宽、纵坡及竖曲线半径、不同纵坡最大坡长、合成纵坡等指标，必须在满足技术标准及设计规范要求的基础上，强调灵活应用，使平纵横指标连续、均衡、相互配合，达到行车安全，与沿线地形、景观、环境相协调。

对如平曲线间夹直线长度、连续平曲线参数比、平纵线形组合等线形指标可根据实际情况灵活掌握。

（3）灵活运用路线平纵指标值。

路线平面设计重点考虑指标的均衡性和渐变过渡，连续平曲线的半径值应由大到小或由小到大渐变布置，相邻半径比宜小于2；尽量避免生硬的长直线，多采用贴切地形的平曲线、S型曲线及卵型曲线，增大平曲线比例；平曲线半径的极限值应在技术经济论证的基础上采用；直线长度宜≤20 V，反向曲线间直线长度宜≥2.5 V，同向曲线间直线长度宜≥4 V；平曲线尽量避免小偏角，宜≥10°;位于平曲线上的特大、大跨度桥梁，应采用与跨度相适应的较大平曲线半径;隧道段平曲线最小半径宜采用超高≯4%的半径；隧道洞口前后各3 s运行速度行程内应满足线形一致性要求，短隧道可不受此限，隧道内尽量避免采用S形曲线。

纵面设计应充分顺应地形、地势，合理采用坡率和坡长，力求指标均衡，避免大坡率、长坡段，合理设置凹凸竖曲线，尽量采用较大的半径，视觉顺适，同一平曲线范围内纵坡变化不宜超过2次；特大跨度桥宜采用≤2%的纵坡，对桥梁高度小于40 m的低矮桥梁，根据桥型及结构受力特点、构造要求，可采用4%～5%的最大纵坡；长隧道平均纵坡宜采用≤2.5%的纵坡，对于短隧道，当条件受限制时，在技术经济论证的基础上，可采用3%～4%的最大纵坡；平曲线与纵面线形应相互配合，当平面半径≥2500 m，纵面坡差≤1%时，可以放宽。

沾会高速经过优化，平曲线最小半径710 m，最大纵坡4.5%，竖曲线半径均满足视觉行驶需要。经过小客车、大货车正向和反向检算，沾会高速运行速度梯度小于10 km/h/100 m，相邻路段的运行速度差△V85小于20 km/h，则满足线形的连续性设计标准。