汶马高速公路总体设计与技术创新

陈朝晖 何云勇,2 刘 平

(1.四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610041； 2.西南交通大学土木工程学院，四川 成都 610031)

0 引言

汶川至马尔康高速公路地处四川盆地西北边缘与青藏高原东缘交错接触带；起点顺接已建成通车的映秀至汶川高速公路，路线沿国道G317线走廊，途经汶川、理县、马尔康，止于四川省阿坝藏族羌族自治州州府马尔康，路线总长170 km。汶马高速公路具有“高寒、高海拔、高烈度，地形地质条件复杂”的特点，本文总结了项目总体设计思路，针对路线长大下坡，高烈度地区桥梁、隧道抗震，崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害处治，狭窄地形条件下互通式立交布设等方面，提出了创新设计方法，该成果可供高烈度高山峡谷区高速公路设计参考。

1 项目特点及重难点

汶马高速公路处于四川盆地与青藏高原东南缘过渡带的高烈度艰险山区，地形狭窄，地质条件复杂，沿线分布米亚罗断裂和松岗断裂，地层岩性以变质岩为主，其中汶川至理县段主要为志留—泥盆系千枚岩、变质石英砂岩；理县至马尔康段主要为三叠系的变质砂岩与板岩互层，夹千枚岩；地震动峰值加速度为0.10g～0.20g，地震烈度为7度～8度。项目全线分布崩塌、滑坡、泥石流等不良地质灾害134处，处治难度大。

本项目鹧鸪山至汶川下行方向，存在局部长大下坡，影响运营安全。汶马高速公路桥隧比例高，桥梁占比35%、隧道占比57%，高烈度地震区桥梁、隧道抗震设计面临巨大挑战。另外，狭窄地形下互通式立交设计、基于地域文化的环保设计等也是本项目的难点。

2 总体设计思路

“安全至上”的安全设计。采用综合的地质勘察手段，查明沿线重大不良地质，绕避(穿越)重大不良地质灾害。采用运行速度的设计方法动态配置技术指标，达到路段内运行速度的均衡、协调，确保行车安全。采用加宽下坡侧硬路肩并调整路肩的路面形式，建立积雪冰冻的监测预警系统等，保障冰雪下坡路段行车安全。

“全寿命周期成本”的经济设计。结合项目的建设条件，合理运用技术指标，对汶川枢纽互通、狮子坪隧道、鹧鸪山隧道以及理县、米亚罗等城镇过境路段，进行多层次精细化方案比选，降低建设规模、减小实施难度、控制工程造价是关键。

“保护环境、节约资源”的生态设计。通过合理运用技术指标、路线方案优选、分项工程优化设计等，最大限度地保护环境，避免或减少挖方、弃方及弃渣规模；合理布设弃土、弃渣场地，保护沿线环境、维护沿线生态；充分利用暴雨流量较小的平缓支沟合理进行高填路堤设计，利用平缓地形填筑加宽路基兼作为临时停车区或应急避难场，利用隧道出渣作为自采筑路材料，尽量消化路基弃方及隧道出渣。

以精细化为手段的“新技术新方法”创新设计。采取“空—地”一体的综合勘察方法，以收集区域地质资料和外业地调测绘为主，辅以必要的钻探、物探和坑槽探工作，掌握沿线的地质灾害情况，开展多层次精细化的方案比选，运用成熟措施治理一般灾害，创新的档防结构治理高位崩塌，提高道路的防灾减灾能力，实现生命线“避风险、保安全、降造价”的建设目标。

3 关键设计技术创新

3.1 长大下坡路段运营安全设计对策

路线纵面高程从汶川1 320 m上升到鹧鸪山3 226 m，高差大，海拔高。受高山分割影响，沿线气候条件差异大，面临长大下坡影响高速公路运营安全的潜在风险。

路线纵面设计首先合理选定鹧鸪山越岭隧道的进出口高程，降低高差。其次变长大连续下坡为非连续下坡，纵断面在狮子坪隧道设计插入3 km以上的缓坡或反坡进行分段，实现非连续化下坡，从而提高行车的安全性。第三，以服务区或停车区进行分段，实现非连续化下坡。在长下坡路段设置服务区、停车区，为大货车试刹车、治超标检测、加水降温以及疲劳驾驶休息提供场地条件，必要时可强制载重大货车进入服务区或停车区检查休息，实现了服务区或停车区将连续长下坡变为非连续化，并辅以刹车失灵紧急撤离车道，使长下坡路段运营中各种不安全因素得到有效控制。第四，增加下行车道数，在狮子坪隧道进口端停车区外，利用硬路肩，并加宽1.25 m，使下坡方向增加一个车道，由两车道变为三车道，以较小的工程规模，增加一条车道，冬季可让大货车靠最右侧分段分道行驶[1]。第五，加强交通安全设施设计，达到提高营运安全的目的。

3.2 典型地质灾害防治创新设计

1)滑坡处治。

汶马高速公路工程地质条件复杂，高原高寒施工环境恶劣，创新设计了H形圆形截面抗滑桩，提升圆形抗滑桩抗弯能力，采用机械成孔，降低了施工难度，节约了施工工期，降低施工风险。如图1所示，H形圆形截面抗滑桩在汶马高速克枯滑坡、维关滑坡、GZK99+438～GZK99+531斜坡高填路堤等工点得到了推广和应用，效果良好。

创新设计的抗滑桩锚索框架梁刚柔组合支护结构，将刚性抗滑桩和柔性锚索有效结合，减小了抗滑桩的桩长及截面，提高了抗滑桩的适用性及作用效果。如薛城互通C匝道右侧高边坡处治。

2)泥石流处治。

基于泥石流活动与分布规律进行选线，针对山区道路泥石流成灾特点，提出了道路泥石流治理模式，设计采用了泥石流翼型墩汇流结构、速排结构、消能结构等方式，在彭家河坝泥石流进行成功运用。如图2所示，彭家河坝泥石流沟采用明洞+抗滑桩+排导槽+临河桩基托梁挡墙+顶冲护岸结合标示标牌等综合处治，取得良好的效果。

3)高位崩塌危岩处治。

创新提出了一种复杂山区桥隧连接结构，包括防落石高填明洞、明洞回填土石、EPS、轮胎缓冲层、黏土隔水层等缓冲层。如图3所示，桑坪隧道进口边仰坡陡峻，危岩发育，防落石高填明洞提高了抗灾能力。

为降低落石对行车影响，设计整幅路基的牵手式防落石柔性钢棚洞。如图4所示，该防护结构包括两个交错布置的防护棚、基座组及减振单元，通过共同作用抵抗危岩落石的威胁。汶马高速公路K59+800～K60+400右侧危岩处治设计，采用了该种防护结构与隧道连拱明洞相接，减小危岩落石对行车的威胁，效果良好[2]。

3.3 桥梁创新设计

针对高烈度、高海拔地区复杂条件下的互通桥梁设计难题，同时原创研发和采用了多种钢结构桥梁技术，通过结构形式优化与设计创新，提高桥梁施工效率、抗灾能力，降低工程造价。汶川克枯大桥位于汶川县境内，是汶马高速的重要工点，距离龙门山活动断裂带约4 km，50年超越概率2%的地震动峰值加速度达0.35g。设计上，该桥从结构、材料、体系三个不同维度，提出抗震技术的成套解决方案，共同提升了桥梁的抗震能力。采用的高强轻质钢管混凝土桥梁，与预应力混凝土T梁桥比较，减少混凝土用量55%；与钢结构桥梁比较，减少钢材用量38%，节约了资源，保护了环境。

桥梁抗震设计提出“中震可修、大震不倒”的思路，支座采用铅芯、高阻尼等新型耗能支座；上部构造轻型化、防止落梁措施、长桥变短桥等新理念、新思路[3-6]。

为进一步探索藏区在复杂山区地形、恶劣气候、生态脆弱、高烈度地震、材料、人工成本逐年增加等建设条件下的适宜中小跨径桥型结构，汶川克枯、下庄特大桥根据桥位建设条件、技术标准和技术论证，确定主梁、桥墩采用钢管混凝土桁式结构。

3.4 隧道创新设计

采用“预留加固空间、消能层设计、小段浇筑”的结构型式穿越活动断裂技术。汶川1号隧道有茂汶断裂的西支(F1)在隧道洞身段通过，该断裂具备全新世活动性，属逆断兼右旋走滑性质，平均滑动速率为：水平0.9 mm/年～1.1 mm/年，垂直0.9 mm/年～1.1 mm/年。根据其百年位移量，对活动断裂180 m段落采用“预留加固空间、消能层设计、小段浇筑”的结构型式。内空断面整体扩大40 cm，采用双层钢筋混凝土二次衬砌，在两层二次衬砌之间设置25 cm厚泡沫混凝土作为消能隔离层，分小段(9 m一模)浇筑二次衬砌并设置5 cm宽的减震缝。

巧借国道架便桥，永临结合建通道，“长隧短打”保工期。狮子坪隧道是汶马高速公路控制性工程之一，长13.1 km，埋深1 300 m，进口海拔为2 500 m，出口海拔为2 600 m，为省内最长、通风规模最大的高海拔隧道。该隧道山体浑厚，坡体无深切沟谷，且海拔高，无法设置斜井及竖井。从洞口施工，需要的工期超长。为解决中间段施工通道横跨狮子坪水库的问题，设计修建了一座90 m的隧道及长353 m的索道桥作为施工便桥，该索道桥为亚洲最长；设置了3处通风横洞，分别长2.4 km，1.5 km，1.6 km，将这个隧道分成3.3 km，3.0 km，4.5 km及2.3 km共四段。设计时按照“长隧短打”的指导思想，3个通风横洞贯通后均参与主线隧道施工。相较于只由主线隧道进出口进行施工，节约工期3年。

设置多功能交通转换带，“长隧短运”安全防灾与养护创新设计。为改善超特长隧道防灾救援与维修的交通转换条件，在洞内设置了2处交通转换带。当隧道内发生交通事故或需检修封道时，通过交通转换带，大大降低了对向车辆行驶的距离，提升了交通安全系数。

3.5 互通式立交创新设计

汶川至马尔康高速公路针对地形地质所限造成沿线服务管理设施布设场地困难，创新互通与服务管理设施的填方综合体设置技术，在保障合理交通组织的基础上，充分利用互通区较好的场地条件、匝道间空地，综合布设服务及管理设施，自造和集约用地，满足沿线服务设施和立交的布设。

3.6 藏羌风情景观创新设计

构建一条藏羌文化风情生态走廊，建设“原上珠链、美丽高速”。让驾乘人员在汶马高速全程既能欣赏到民族与现代元素撞击的色彩之美，混凝土朴实无华、自然沉稳的庄重之美，又能感受到独特绝美的自然风光和羌藏文化的魅力，让人们在这条蜿蜒盘旋的“云上高速”上获得独特的艺术享受[7]。

提出基于地域文化基因的景观创新设计，如图5所示，在古城隧道内绘制一幅初夏317线的画卷，通过洗墙灯色彩渲染，营造走向的曙光意境，提升隧道通行的安全性和舒适性。

如图6所示，狮子坪隧道进口段以明亮的灯光投射在秋林水墨画上，驾乘人员不至于枯燥乏味而疲劳，最重要的是特殊的光影段把13 km特长隧道分成了5个不同的部分，从深秋到寒冬，使驾乘感觉在相对短的隧道穿行。

4 结语

汶川至马尔康高速公路地形狭窄、地质条件复杂，项目建设面临路线长大下坡，地质灾害处治难度大，桥隧比例高，抗震设防要求高等诸多难题。本文从项目重难点切入，总结了总体设计原则，提出了长大下坡安全运营设计对策，创新了崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害处治设计方法，研究了桥梁、隧道抗震设计措施，提出了基于地域文化基因的景观设计理念，研究成果可供高烈度高山峡谷区高山公路设计参考。