山区高速公路选线技术研究

郑 旺

(中铁第五勘察设计院集团有限公司,北京 102600)

山区高速公路在连接山区与城市之间发挥着至关重要的作用,对于推动经济发展及改善山区居民生活具有极其重要的意义[1]。但地形复杂、气候恶劣、地质灾害频发等因素给山区高速公路选线带来了一系列难题。

某高速公路项目是当地市政路网规划中的第八横,全长73.460 km,双向四车道,允许最高行车速度为80 km/h,路基总宽度25.5 m(包括行车道宽度、中间带宽度、硬路肩宽度及土路肩宽度)。为提高交通安全性,该项目与其他地方等级公路及乡间道路交叉时均采用分离交叉方式。以该项目中穿越Z煤矿区段为例,针对其路线设计及比选进行分析。

1 路线方案布设及比选论证

1.1 线路布设

为了不漏掉任何有价值的路线方案和走廊带,充分贯彻安全、耐久、节约、和谐的设计新理念[2],在征求相关产权单位意见并分析地形地质条件的基础上采用适中均衡的技术标准,合理控制构造物、土石方、防护工程及拆迁数量,制定了多个路线方案进行比较及评估[3]。初步设计阶段,根据项目工程可行性研究报告确定路线总体走向,进行现场详细踏勘。综合考虑地形、地质、控制性地物、采空区及煤矿开采情况等因素,提出以下线路方案,并对其进行比选:

穿越Z煤矿区。根据Z煤矿企业对压覆煤矿的意见,在综合考虑排土场位置、跨越既有铁路方案及对煤矿的影响的基础上提出A线同深度比较方案(线路长约4.181 km)和C线定性比较方案(线路长约7.876 km)。

根据工程可行性报告可知,该项目线路位置会侵占约5 km生态红线,为了保护当地自然生态,提出一个位于高压走廊南侧的线路方案,将其标识为K线方案,为推荐线路方案。路线方案布置如图1所示,线路方案桩号区间表如表1所示。

图1 A、K、C线比选方案布设情况Fig.1 Comparison scheme layout of Line A, K and C

表1 路线方案桩号区间表Tab.1 Pile number interval of route scheme

1.2 方案比选

为确定推荐线路K线的合理性及可行性。从建设条件、线形指标、工程规模、拆迁规模、优缺点及经济性等方面入手,分别与A线方案及C线方案进行对比分析,具体如下:

1.2.1 K线与A线同深度对比

建设条件。该地段位于高原丘陵区,地势变化较大,沟谷纵横交错。地下地层主要由第四系全新统的人工堆积填土,即黄土状粉土组成。基岩底部是侏罗系下统的砂岩、泥岩、火烧岩、煤研石及煤层,其中煤层会出现自燃现象。地下水主要是基岩孔隙与裂隙中的水体。

线形指标。K线最小平曲线半径1800 m,最大纵坡2.2%。A线最小平曲线半径1000 m,最大纵坡4%。

工程规模。K线路线长度4 km,挖方3 360 000 m3,填方4 134 000 m3,桥梁0座。A线路线长度4.181 km,挖方3 797 000 m3,填方4 893 000 m3,桥梁0座。

拆迁规模。K线需拆迁1095 m2;A线需拆迁4770 m2。

优缺点。K线路线长度短,指标高,拆迁规模小,占地小,不经过火烧区。但分割排土场,影响排土,经过煤矿未开采及正在开采矿区,开采计划与本项目实施存在影响。A线可绕避正在开采煤矿区,但路线长度长,指标低,拆迁规模大,占地大,分割排土场,影响排土,经过火烧区,对路及稳定性有一定影响,压覆小部分未开采煤矿。

经济性。结合上述内容对K线及A线的经济性进行综合对比,具体结果如表2所示。

表2 K线与A线经济性对比Tab.2 Economic comparison between Line K and A

从表2可以看出,K线方案总体费用比A线方案总体费用少702万元,因此K线方案具有更好的经济性。

1.2.2 K线与C线定性对比

建设条件。本段地区位于高原丘陵区,地形起伏较大,沟谷纵横交错,地下的地层主要由第四系全新统的人工堆积填土构成,呈现出黄土状的粉土,在填土之下是侏罗系下统的砂岩、泥岩、火烧岩、煤研石和煤层,其中煤层存在自燃现象,地下水的主要类型是基岩的孔隙裂隙水。

线形指标。K线最小平曲线半径1500 m,最大纵坡2.2%。C线最小平曲线半径1300 m,最大纵坡3.3%。

工程规模。K线路线的总长度为7.3 km,需要挖方4 075 000 m3,填方5 225 000 m3,此线路无需建造桥梁。C线路线的全长为7.876 km,涉及挖方3 797 000 m3,填方4 893 000 m3,此外还需要每间隔1280 m建设一座桥梁。

拆迁规模。K线需拆迁面积为3892.3 m2、C线需拆迁面积为178 m2。

优缺点。K线路路线长度较短,路线指标优秀,占地面积较小,桥梁规模较小。但K线路在拆迁方面需要较大的规模,会分割李家渠排土场,对排土工作产生一定的影响。此外,该线路还穿过煤矿尚未开采或正在开采的矿区,可能对矿区的开采计划及项目的实施造成一定的影响。C线不压覆煤矿,对煤矿排土场影响最小,煤矿支持。但路线长度较长,占地面积大,需每1280 m建设一座桥梁,投资较大。

经济性。结合上述内容对K线及C线的经济性进行综合对比,具体结果如表3所示。

表3 K线与C线经济性对比Tab.3 Economic comparison between Line K and C

从表3可以看出,K线方案总体费用比C线方案总体费用少11 914万元,故K线方案具有更好的经济性。

1.3 结果

与A线相比,K线路的长度更短,路线指标更优,穿越排土场的范围更小,所需占地面积更小,拆迁规模较小,故建议按照K线路进行施工。

相较于C线,K线路的长度更短,路线指标更优,穿越排土场的范围更小,所需占地面积更小,拆迁规模较小,故按照K线路进行施工。

2 结束语

山区地形复杂,地貌多变,这对高速公路的选线布设提出了很大的挑战。山区高速公路的选线过程需考虑多方因素的平衡,不仅包括地形、地质、安全及成本等因素,还需重视路网布局、项目功能、工程规模及区域协调等方面的研究,确保高速公路选线的精细化设计追求绿色集约、最小影响、最大效益等目标。科学合理的选线可避免高路堤、深路堑及大规模的土方工程,减少占地面积和破坏,降低资源消耗,实现工程外部约束与内部效益的有效平衡,推动山区高速公路的环保、安全发展,为类似工程提供重要借鉴。