南丹至天峨下老高速公路总体设计分析

莫秋金，石忠利，万 谦，孔凯歌

(广西交通设计集团有限公司，广西 南宁 530029)

0 引言

南丹至天峨下老高速公路是《广西高速公路网规划》(2018—2030)高速公路网布局方案中的“横2”线，是广西通往贵州方向的高速公路通道，是连接G75兰海高速公路和G69银百高速公路的重要纽带通道，同时也是对广西高速公路网体系的补充和完善，对充分发挥高速公路网络连通效应，形成东靠西联、北进南下的现代综合交通运输体系有着重要作用。

南丹至天峨下老高速公路路线自东向西，起点位于河池市南丹县城关镇关西村附近，依次经城关镇、罗富乡、天峨县六排镇、坡结乡、向阳镇、下老乡、乐业县逻西乡，终点在下老乡下老村附近接G69银百高速公路，路线全长104.904 km，采用四车道高速公路标准，设计速度为100 km/h，整体式路基宽度为26.0 m，分离式路基宽度为13.0 m。设互通立交6处，其中枢纽互通两处。桥隧比为74.3%。本文从项目工程特点、总体设计原则和要点等方面进行论述，为后续山区复杂高速公路的总体设计提供经验借鉴。

1 项目工程特点

(1)项目控制性工程多，地形条件复杂，勘察设计难度大。

本项目所在地区以剥蚀低山地貌为主，自然坡陡，边坡稳定性差。全线地层以砂岩、泥岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩等软质岩为主，地质条件复杂。控制性工程多，有特长隧道5座，其中燕来隧道长6 311 m，为目前广西第一长隧道；特大桥6座，连续刚构桥11座，桥隧比高达74.3%，勘察设计难度大。

(2)环保水保要求高

本项目路线方案穿过龙滩自然保护区，还有6处二级水源保护区，环保水保要求高。

(3)协调工作量大

路线受制约因素较多，勘察设计期间，路线方案设计需充分考虑基本农田占地、沿线城镇规划、重要环境敏感点、重要水利设施的分布情况、与铁路和原有高速公路的交叉关系以及红水河的通航要求等因素，需要重点加强与地方政府、铁路、国土资源等部门的沟通和协调，合理确定路线方案。

2 总体设计原则

(1)积极吸收和借鉴国内外、各省区山区高速公路勘察设计的成功经验，准确把握技术标准，合理运用技术指标，注重环境保护，严格控制建设规模，确保实现建设“绿色南天、智慧建造”的总体目标。

(2)在勘察设计中反复尝试各种可能的总体组合方案，对特长隧道、长隧道、大桥、高路堤与桥梁、深路堑与隧道、挡墙、高边坡与半边桥等工程组合方案，进行全寿命周期成本的综合比较。

(3)全面落实交通运输部《关于实施绿色公路建设的指导意见》相关要求，在设计过程中贯彻绿色公路、“零弃方、少填方”“绿色服务区”“拓展旅游功能”的设计理念。

(4)项目隧道数量多达26座，隧道占路线长度的46.6%，分离式路基多。在国家关于“公路建设中实行最严格的耕地保护制度”的指导精神下，尽可能少占用耕地，特别是基本农田。

(5)坚持地质选线的原则，避免地质灾害对项目实施和运营产生不良影响。对不良地质地段、环境保护地段，在路线选线过程中应注意合理绕避，避免硬性穿越。

(6)对特大桥、特长隧道等控制性工程，在路线总体进行多方案比选，综合考虑地质条件、工程造价、施工风险、运营成本等因素，择优推荐。

3 总体设计要点

3.1 路线起终点的衔接

路线起点：位于河池市南丹县城关镇关西村附近，在起点设置关西枢纽互通接G75兰海高速公路。

路线终点：位于天峨县下老乡下老村附近，设置下老枢纽互通连接乐业至百色高速公路。终点接线位置银百高速公路设有下老互通，并有隧道位于接线点两侧，路线终点互通方案经过多方案比选，最终将枢纽互通匝道均设置匝道隧道接入，并与原有下老互通设置辅助车道连接。

3.2 技术指标的应用

本项目主要技术指标[1-2]的采用情况见表1。

表1 主要技术指标采用情况表

3.3 路线方案的比选

本项目地质条件复杂，控制性工程多，路线展线和布设非常困难，设计需结合地形、地质、环境敏感点等因素进行多方案综合比选。

3.3.1 贯彻地质选线，做好桥、隧方案比选

通过总结以往山区高速公路勘察设计的经验[3]，充分认识到地质选线在规避建设风险中的关键性作用。K86+880～K87+120段经过向阳镇车赖屯西北侧附近的山坡处，地貌上呈北西向南东扇形分布，上部地形较平缓，前部整体地形陡峻，坡脚为S317省道，为低山丘陵地貌。结合地貌特征及钻探验证，可判定该处为滑坡堆积体，拟建高速公路推荐路线的车赖高架大桥位于滑坡体的前缘部位，在强降雨、车辆荷载、地震上部荷载加大等不利因素作用下可能诱发滑坡堆积体的滑动，因此设计避开滑坡堆积体的方案二进行对比(见图1和表2)。

由图1和表2可知：(1)路线长度：方案一较方案二短197 m；(2)工程地质条件：方案一经过滑坡堆积体前沿，地质条件相对较差，方案二以隧道的形式避开了滑坡堆积体；(3)安全情况：方案一桥梁跨越滑坡堆积体前沿，桥梁桩基及便道的施工易引发滑坡堆积体复活，施工及运营风险大，方案二以隧道形式穿过山体，施工风险相对较小；(4)工程规模：方案一较方案二桥梁长600 m，隧道短863 m，工程规模相对较小。

图1 K86+880～K87+120段路线方案对比图

表2 两方案优缺点对比分析表

从以上四个方面进行综合比选分析，方案二较方案一路线长197 m，工程造价较高，但地质条件较好，避开了滑坡堆积体，施工及运营风险较小，因此确定了方案二作为施工图设计方案。

3.3.2 对控制性工程进行多方案研究比选

本项目龙凤隧道长7 780 m，为广西最长的隧道群。根据地质调查结果，龙凤隧道位于灰岩区和砂岩区交界处，本项目龙凤隧道共布设5个方案(见图2)进行比较，依次为工可方案(6 391 m)、工可优化方案(6 500 m)、K线方案(7 310 m)、B4线方案(7 460 m)、B5线方案(3 790 m隧道+44 m桥+3 990 m隧道)。结合工程地质、施工工期、运营成本、工程造价等方面对5个隧道方案进行综合比选分析(见图2)。

图2 龙凤隧道段路线方案对比图

本项目施工工期为3年，工可方案(6 391 m)、工可优化方案(6 500 m)斜井长度均>2 000 m，难以在规定工期内完成，且两方案均从灰岩区中经过，调查发现有几处较大的地下河出入口及落水洞位于隧道上方，两方案在施工过程中存在涌水突泥的风险；K线方案斜井长度为755 m，工期能满足要求，但位于灰岩与砂岩交界面处，钻探结果显示地质条件较差，施工风险大；B4线方案斜井长度为322 m，位于砂岩区，工期能满足要求，地质条件相对较好；B5线方案将龙凤隧道拆分成3 790 m和3 990 m的隧道群，两隧道中间为山谷，中间设置桥梁连接，无须设置斜井。由此可知，工可方案(6 391 m)、工可优化方案(6 500 m)工期无法满足要求，且施工风险大；K线方案地质条件差，施工风险大。因此，以上3个方案只进行论述，不进行进一步比选，保留B4线方案和B5线方案进行同深度比选(见表3)。

表3 两方案综合对比分析表

综合比选分析：B4线方案路线较B5线短350 m，隧道短310 m，路线平纵面指标高；B5线采用全纵向机械通风，具备在两隧道之间设置联络道的条件，运营方便，且隧道施工工作面多，工期短，工程造价低。因此，确定了B5线方案做施工图方案。

3.4 高陡路基设计

本项目桥隧比高达74.3%，路基比例小，边坡总数量相对其他项目较少，但由于地形地貌等影响，沿线边坡多为高陡坡，坡体多以强风化层为主，岩质较软，多存在软弱夹层，稳定性较差，尤其是顺层边坡，需控制边坡高度，同时加强防护。

(1)采用错幅路基方案，以降低边坡高度。本项目向阳2号隧道出口段地形高陡，右侧挖方边坡高，左侧填方边坡高，且填方已占用左侧省道，故采用左幅低右幅高的路基形式，有效降低右侧挖方边坡高度，同时降低左幅填方边坡高度，避免对省道的侵占。

(2)采用半路半桥方案。本项目K88+600～K88+810段由于地形高陡，总体上考虑右幅路基、左幅桥梁的方案，避免了高边坡的出现。

(3)采用明洞设计方案。本项目向阳5号隧道左幅进口原路基开挖边坡很高，总体设计上将左幅纵断面抬高，明洞延长50 m，在明洞右侧做挡土墙，同时在明洞前设100 m的抗滑桩，避免了高边坡的出现。

3.5 桥梁工程设计

本项目地形起伏大，不良地质多，水文条件复杂，桥涵等结构物勘察设计和施工都特别困难。为降低桥梁施工难度，减少对环境的破坏，采用标准化设计和施工，同时控制墩台边坡高度，防止大开大挖。

(1)进行标准化设计和施工，加快建设速度，降低工程成本。桥梁结构主要采用预制构件，全线墩高较高，桥跨多以40 m为主。为适应本项目地形情况，并尽可能减少桥梁结构形式及孔径的种类，减少桥墩边坡开挖，本项目主线常规桥梁全部采用40 m装配式预应力混凝土T梁，最大程度实现“标准化、系列化及施工工业化”。

(2)控制墩台边坡高度，防止大开大挖。本项目大部分墩台位于陡坡上，在施工过程中，平台的开挖易造成边坡滑坍等病害，因此在设计时须合理设计平台宽度和位置，并对复杂地形路段桥下施工便道和承台位置进行专门设计。对于墩台边坡，必须及时进行边坡防护，采用锚杆挂网喷混凝土进行坡面支护，避免后期坡面滑坍，影响墩台稳定。

3.6 隧道工程设计

全线主线共布设隧道26座，互通布设4座匝道隧道。隧道的设计根据所处的总体线形、地形、地质条件，结合施工、运营、管理等情况，遵循“安全、经济、合理、环保”的原则进行设计。

(1)注重隧道位置选择。本项目设置特长隧道5座，其中最长的燕来隧道长6 311 m，建成时是广西最长的隧道。在总体设计中，对特长隧道均进行了不同位置和方案比选，尽可能选择对地方环境影响和破坏少的线位，综合比选分析工程造价和路线长短。

(2)进行洞口排水专项设计。为提高隧道工程防灾减灾能力，充分借鉴近年来因极端天气导致的隧道水患问题和经验教训，结合隧址区水文地质情况，制定了本项目隧道专项排水方案和岩溶处治专项措施。

(3)对隧道进出口“三秒行程一致性”控制。本项目隧道多，控制性工程多，路线方案布设困难，对特殊困难路段造成不满足进出口“三秒行程一致性”要求的隧道进行技术经济比选论证[4]，论证后将个别隧道洞口设置在缓和曲线上，同时在洞口处增设诱导标，加强线形诱导。在隧道入口前150 m范围的左右两侧硬路肩内均设置斜向行车方向的导流线和隆声带，确保行车安全。

3.7 绿色公路与品质工程设计

绿色公路与品质公路工程的勘察设计，其重点在于

设计必须贯穿全寿命周期，并且达到“安全、环保、舒适、经济、和谐”的目的。

本项目向阳互通和向阳服务区、停车区交通量小，且受地形、特大桥、特长隧道等构造物布设的控制，互通和服务区独立布设困难，因此考虑了合并方案，将向阳互通、向阳服务区、停车区三者合并修建。同时，考虑到向阳镇自然风景优美，公路两侧有规划的休闲码头、公园等旅游设施，服务区采用开放式单侧布设，不分高速公路上下行交通流进服务区。服务区紧邻龙滩水库布设，停车区布设于场地中间，周围设置综合楼、游玩设施，与地方旅游规划融为一体。服务区通过平交口与单喇叭A型的向阳互通相接，极大地节约了用地规模和工程造价，且能更有效地与地方旅游融合发展。该互通和服务区的设计，统筹了资源利用，实现了集约节约。

4 结语

高速公路总体设计是一个系统工程，对于南丹至天峨下老高速公路来说，因其地形地质复杂，控制性工程多，桥隧比例高，勘察设计难度大，总体设计起着至关重要的作用。对此，总体设计者除了对各专业有全面的掌握和认识外，还需根据项目的特点统筹规划。本文从项目工程特点、总体设计原则和要点等方面做了充分的论述，希望为后续山区复杂高速公路的总体设计提供设计经验。