浅谈库区还建公路总体方案设计

2020-11-04倪小军白秀银

公路交通技术 2020年5期

倪小军，白秀银

(1.四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，成都 610041；2.成都理工大学，成都 610059)

随着我国经济快速增长，高坝蓄水电站的建设越来越多，原有沿江(河)公路被淹没，需在既有走廊还建公路。还建公路作为水电站建设的配套工程，实施的好坏关系到沿线群众的出行、地方经济的发展以及电站的整体经济效益。之前多停留在对已建水库周边的淹没影响区范围内修建公路方面的研究，也就是“先水库后公路”的思路[1]，结果造成了一系列负面影响。比如某水电站库区还建公路于2010年建成，受库区蓄水影响，沿江(河)傍山道路边坡多处发生滑坡、山体发生变形等地质灾害，安全隐患比较突出，2013年交通被迫中断，靠应急便道通行，不得不再次对还建道路进行改线建设。在原来投资基础上造价增加、电站需要降低蓄水位来减缓对应急便道的影响，由此引起水电站发电量减少甚至停止发电，经济损失大。还有其他类似还建道路，刚建好后由于道路质量原因(受淹没水位库岸影响)就进行改建，难以交工，甚至工程界认为“建电站的人不会建公路”“库区还建公路总是失败的路”。针对库区还建公路的特点，本文以某还建公路为研究背景，提出水库淹没区还建公路总体设计原则及方法。

1 库区还建公路特点

高坝电站通常位于高山峡谷地区，具有水源稳定、容量大、人烟稀少等特点[2]，在其库区修建还建公路，其主要特点：1)由于高坝的建设导致水位增高，陡峻的峡谷加剧了地形条件的难度、建设的复杂性和艰巨性；2)库区泄洪、清库及风浪等引起水位变化，致使库岸再造，可能诱发新的滑坡，甚至基岩滑坡、崩塌等地质灾害，这种影响必然存在，这就导致路线标高被限制在一定范围之内，无法充分利用有利地形[3]；3)地形陡峻，上有悬崖峭壁，下有库区深水，无现成道路可通行，工作面小[4],施工难度大；4)施作过程中相互干扰大，这就要求设计方案的可实施性和精细化程度要求高。因此，为了使还建公路设计方案达到最佳，要求在一般公路设计的基础上，充分考虑上述特点，全过程贯彻动态设计理念，不断对设计成果进行优化完善。

2 还建公路设计要素

本文结合位于金沙江上游河段某水电站还建公路的设计，并结合水位、库岸影响范围、不良地质的类型、规模、潜在危害程度，从考虑还建公路与移民安置点的关系、现有路网的有效衔接以及与水坝山体段路线方案的拟定等几个方面探析了库区公路总体设计方案应该考虑的因素。整个过程中坚持和贯彻库区还建公路总体设计原则和方法，较大程度提高了工程的安全性，降低了工程建设的难度、节省了工程造价和后期营运维护费用，取得了明显效果。尤其通过近3年的营运(一般蓄水后前3年是库区还建公路受库岸影响最严重的时段)，相较同类库区还建公路是一个比较成功的案例。其设计要素主要有以下几个方面。

1)移民迁建工程

对于库区公路，除了一般公路所要求的控制点外，需考虑移民迁建(集中安置点)工程与路线方案的关系。还建的集镇及移民安置点的对外交通一般通过复建公路解决，总体方案设计过程中，应充分结合集镇及安置点规划综合设计，通过复建公路将集镇与安置点串联起来[5]，尽量做到“近镇而不进镇”，真正做到还建道路服务沿线民众和带动地方经济，如图1所示。还建公路以“以人为本，服务人民”为目的，推荐采用相对绕行的方案，充分考虑移民安置点，而顺直的方案为一般常规公路设计所采用的方案。

图1 安置点与还建路线的关系

2)现有路网与还建公路有效衔接

电站蓄水淹没后，还建公路将代替原有公路功能，原有路网原则不进行改变。对原沿支沟出行的公路(标高相对较低)如何与还建公路有效衔接至关重要。某还建公路跨越支沟，标高较乡道高约 20 m，两端均为隧道，乡道标高相对较低，与库区蓄水位标高基本一致，如图2所示。一般情况下该沟采用桥梁跨越，但对于库区道路设计需要考虑原乡道与还建公路衔接，若仍采用桥梁方案，乡道就需要沿坡面展线至洞口路基段接线(桥梁段不宜平交)，安全隐患极大，且不利于后期隧道洞口作业面的施作。本文提出了对于此类情况，在地质条件许可、且不会对新建工程构成库岸影响的情况下，宜采用高填路基+涵洞+改路(路基明线段中间设置平交)[6]方式衔接。这样考虑的优点一是交叉位置朝中间调整，增大双向行驶的会车视距和停车视距，降低有可能撞车的安全隐患；二是隧道渣可充分利用，减少废方数量；三是为后期隧道施作提供了洞口施工场地；四是为隧道变电所提供了位置。这也是区别于一般道路设计的不同之处。

图2 地方道路与还建路线的关系

3)绕坝段总体方案

由于电站坝址一般设置在地质条件相对较好、河谷相对狭窄的地段，修建电站时原公路被占用，且减少了与坝址区的干扰，便于坝址区施工和安全，但还建公路的位置受到限制，基本都采用隧道绕行，因此该段还建道路方案的选择至关重要，尤其要先弄清楚坝轴线与还建公路的交叉位置，如图3所示。该种情况必须考虑蓄水位与隧道之间的高程关系。根据多个绕坝隧道的后期运营情况，对坝轴线与还建路交叉位置的高程必须高于库区蓄水位，否则该隧道因库区水压过大而渗水，成为电站库区的另一个泄水通道，严重影响后期通行。隧道进口受水位标高制约，隧道出口段受既有场镇高程限制，要同时满足进出口标高，需要通过隧道展线，而采用相对迂回的隧道方案。

图3 坝轴线与还建路线的关系[7]

3 还建公路设计原则

公路勘察设计中应贯彻执行交通运输部典型示范工程所倡导的“安全、环保、舒适、和谐 ”理念和“六个坚持，六个树立”的要求，以详尽的地质资料为基础，在保证公路使用功能、技术标准、服务水平的情况下，以路线总体方案为主导，对公路工程建设进行宏观把控，体现了顶层设计思想和意图[8]；设计过程中主要采用深化各专业工程方案，减少施工及养护成本，控制工程造价，实现项目全寿命周期效益最优化的方法。根据库区还建公路特点，拟定其总体设计原则：

1)尽可能利用老路现有走廊，符合既有经济走廊的经济带动和民众出行习惯。

2)库区内公路明线(路基或桥梁段)方案一般距离库区水面较近，运营期间车辆一旦冲出公路，后果不堪设想。应加强类似段落的安全设计。即应注意线形组合尽量协调，避免采用过低的指标，有条件的段落应灌输宽容设计理念。

3)应收集沿线移民集镇及安置区的总体规划，充分考虑与其区域路网合理衔接。

4)尽量采用与地形相适应的展线方案，对地质灾害采用“避重治轻”的方法，以减少对沿线脆弱生态环境的影响。

5)设计中应因地制宜，不片面追求高指标，使造价和指标达到一个合理的水平，工程节约的观念体现在项目的全寿命周期上，而不是前期的工程投资。

6)充分考虑施工的可实施性和便利性，避免后期施工过程中产生大的方案性变更。

4 还建公路设计方法

公路线形设计是总体设计的体现和精华所在，设计合理与否，不仅关系到公路建设质量的好坏，还将有可能直接影响到道路的营运安全和电站的综合效益。笔者认为，可从以下几个方面来把握。

1)平纵线形的协调

在初步拟定方案前，首先调查水库的水位标高，尤其需关注同一库区不同河段因水位标高不同，导致对工程建设的影响不同。路线拟定应充分预估水位变化对路线的影响，根据库岸边坡的地质条件预判蓄水(或洪水位)对边坡的影响，合理选择路线高度，尽量使路线布设于水位影响区之外。在充分结合地形，特别是稳定台地的地段，充分利用地物、控制点等因素的基础上初步拟定方案，然后根据该方案进行初步地质调绘和部分地质勘探，基本摸清沿线主要不良地质灾害分布情况，据此估算库岸再造的影响范围。由于目前技术水平有限，还不能准确判定坍岸区的准确范围，具体设计往往根据经验判定，然后再考虑一定的安全范围[9]。对目前技术不能弄清或不确定的地质风险，应尽量采取绕避的方式。

2)安全设计的融入

设计构思、设计过程、设计方案的选取工作都应是在确保司乘人员和当地居民的生命和财产安全的前提下进行，安全设计的原则必须融入到设计中去。在拟定路线方案时，应做好平面、纵面、横断面三者间的组合，并与自然环境相协调。即平面圆曲线半径不宜过大，否则平曲线过长，会使驾驶者感到疲劳，地形条件受限时，方可采用一般值，地形特别困难而又不得已时才采用极限值[7]；纵断面设计一般以平缓坡度为宜，不宜采用最大纵坡和不同坡度的最大坡长，同时应采用较大的竖曲线半径(一般应满足路线规范规定的视觉需要的最小竖曲线半径)；横断面设计应树立宽容设计理念，使司乘人员感到安全、舒适。同时，在路线平、纵方案基本确定后，应根据运行速度计算方法对双向运行速度进行预测，并将此与设计速度进行协调性评价。当协调性较差时，应调整平纵面或对该路段的相关技术标准进行安全性验算。尤其是对于库区常见的一半临库区深水，一半临陡峻山崖的全隐患地段，应提高安全防护等级，确保车辆不至坠入库区内。

3)生态环保理念的运用

环境保护是我国当前重要的一项基本国策。还建道路所在区域一般沟壑交错，横坡陡峻，地质、地形、水文条件复杂，地质病害多，生态环境脆弱，一旦破坏很难恢复[10]。因此在总体设计过程中，坚持“以人为本、可持续发展、尊重自然、顺应自然、和谐统一”的设计理念，从整个路域景观系统进行绿化美化，充分考虑景观功能，全面发挥现有自然地貌植被的功效，做好公路建设的环保工作，减少因公路建设导致的环境污染，保护和维护自然生态平衡。在满足技术标准前提下，考虑环境保护和边坡的修复，主要措施为：1)合理利用地形条件、减少对沿线房屋的拆迁、减少经济林木的占用，尽最大可能地减少路基的开挖及对周边植被的破坏，保护沿线生态环境，使公路与自然环境协调；2)通过绿化工程措施，适地种树植草，注重结构物形式和表面美观，必要时通过植物掩饰、绿化方式的变化、材料修饰或人文装饰，掩盖人工痕迹，使公路与沿线自然环境浑然一体，景观自然优美；3)对环境敏感点应采取环保工程措施进行控制和处理，将各种污染减少到最低程度。

4)精细化设计

库区公路路线选择特别要求的是精细化设计。即根据逐桩横断面方案情况，结合地质地形条件，充分考虑填挖边坡高度、稳定性、全挖或半填半挖路基挡防设置的可实施性、经济性以及安全性等[11]。若不合适，则需调整平面或纵面线形，坚持全过程动态设计理念，直至达到可实施、经济、安全合理的方案为止。