克塔高速克拉瑪依至鐵廠溝段路線方案研究

唐登科 曾 煒

1 概述

克拉瑪依至塔城高速公路(以下簡(jiǎn)稱“本項(xiàng)目”)位于新疆維吾爾自治區(qū)北部的克拉瑪依市和伊犁哈薩克自治州的塔城地區(qū)，地處亞歐大陸中心。本文研究路段起于克拉瑪依市白堿灘(接克拉瑪依至烏爾禾高速公路)，終于托里縣鐵廠溝。根據(jù)本項(xiàng)目工可報(bào)告的結(jié)論，本項(xiàng)目按四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)修建，設(shè)計(jì)車速100 km/h，路基寬度26 m，其他各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)按交通部頒布的JTG B01-2003公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

2 項(xiàng)目特點(diǎn)分析

1)項(xiàng)目所經(jīng)地區(qū)地廣人稀，地形起伏較大，耕地貧乏。

本項(xiàng)目所處地區(qū)地廣人稀，克拉瑪依市人口密度為26.8 人/km2，托里縣為 4.7 人/km2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全國(guó)平均水平(135.4人/km2)。項(xiàng)目位于加依爾山區(qū)，山原高低起伏，凹凸不平，地表植被稀少，農(nóng)田資源異常緊缺，勘察設(shè)計(jì)中加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)、水土保持及景觀設(shè)計(jì)等工作。

2)沿線地形地質(zhì)條件復(fù)雜。

本項(xiàng)目總體上呈現(xiàn)“兩頭低中間高”地勢(shì)，地形起伏較大，起點(diǎn)地面高為458 m，中間最高處有1 084 m，終點(diǎn)附近為805 m，最大高差達(dá)600余米。沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，斷裂構(gòu)造發(fā)育，有新疆著名的達(dá)爾布特活動(dòng)大斷裂，表現(xiàn)出較強(qiáng)的第四紀(jì)活動(dòng)性，活動(dòng)以左旋走滑為主，垂直活動(dòng)速率為0.011 mm/年，水平活動(dòng)速率為0.2 mm/年 ～0.22 mm/年，有兩次的明顯活動(dòng)，具有發(fā)生強(qiáng)震的構(gòu)造條件。地質(zhì)病害主要有鹽漬土、風(fēng)吹雪、構(gòu)造斷裂、風(fēng)蝕、泥巖等。

3)生態(tài)環(huán)境脆弱，氣象條件復(fù)雜。

本項(xiàng)目路線所處區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱，氣候干旱少雨，不利植物生長(zhǎng)，因植被稀疏，易產(chǎn)生大風(fēng)等;同時(shí)，年極限溫差達(dá)80℃，晝夜最大溫差達(dá)30℃;其次，山口風(fēng)力大，最大風(fēng)力將達(dá)12級(jí)以上，冬天風(fēng)吹雪災(zāi)害嚴(yán)重。

4)少數(shù)民族聚集。

項(xiàng)目所經(jīng)區(qū)域內(nèi)，以哈薩克族、維吾爾族為主體，有著濃厚的民族特色和地方特性。在公路設(shè)計(jì)中要符合地方特性，設(shè)計(jì)既要符合地方的氣候、環(huán)境等自然特點(diǎn)，也要符合地方的人文特點(diǎn)。在小型構(gòu)造物、景觀等各方面的設(shè)計(jì)中，應(yīng)尊重少數(shù)民族地區(qū)人民的生活習(xí)慣。

5)洪水期排洪要求高，所需排水涵數(shù)量較多。

本項(xiàng)目位于加依爾山山前洪積區(qū)，植被稀少，沖積扇內(nèi)自然沖溝較多，平時(shí)干旱無(wú)雨，水量較少，洪水期一般來(lái)勢(shì)兇猛，這些段落除設(shè)置足夠的橋涵外，還應(yīng)作好攔水壩設(shè)計(jì)。且壩體迎水面要進(jìn)行漿砌加固，并且做好與橋涵的銜接。

6)項(xiàng)目所經(jīng)走廊帶礦產(chǎn)資源密布，毗鄰煤礦采空區(qū)。

項(xiàng)目經(jīng)過(guò)的鐵廠溝鎮(zhèn)，分布大量的煤炭、金、鉻、鐵等礦產(chǎn)資源，路線方案應(yīng)盡量避開采礦區(qū)，減少壓覆礦產(chǎn)。

7)項(xiàng)目終點(diǎn)路段存在風(fēng)吹雪災(zāi)害。

本項(xiàng)目經(jīng)過(guò)的鐵廠溝路段，該區(qū)域冬季盛行偏西和偏東大風(fēng)，存在嚴(yán)重風(fēng)吹雪災(zāi)害，該路段S201每年冬季因風(fēng)吹雪導(dǎo)致封路達(dá)30余次，嚴(yán)重影響地區(qū)內(nèi)交通出行。

8)長(zhǎng)下坡路段對(duì)工程安全設(shè)計(jì)要求高。

受地形的控制，路線在起點(diǎn)至達(dá)爾布特河路段(K0+200～K28+200)存在長(zhǎng)約28 km的連續(xù)單向坡，其平均縱坡為1.75%。雖然該路段平均縱坡不大，但連續(xù)下坡里程長(zhǎng)，本項(xiàng)目采用的設(shè)計(jì)速度高且重車所占比例較大，尤其是在雨雪冰凍季節(jié)，容易導(dǎo)致安全事故，對(duì)工程安全設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

9)通道設(shè)置需要考慮野生黃羊、牧民放牧的需求。

沿線地廣人稀，野生黃羊以及牧民放牧?xí)r羊、馬、駱駝等動(dòng)物多，局部路段設(shè)置通道要考慮野生動(dòng)物的遷徙以及牧民游牧、轉(zhuǎn)場(chǎng)的需要，斷面尺寸要足夠大，預(yù)留充分。

3 路線方案比選論證

3.1 成吉思汗山口路段

初測(cè)階段根據(jù)地形地勢(shì)條件，分別在成吉思汗山口沖溝及其東、西側(cè)共布設(shè)了K，A2，A3三個(gè)方案，與A2，A3方案相比，K線具有以下特點(diǎn):

1)線位布設(shè)于自然沖溝內(nèi)，連續(xù)挖方相對(duì)較短，不僅有利于雪災(zāi)防治，同時(shí)也大大減少了挖方，K線挖方分別較A2，A3線減少約116.9萬(wàn) m3和81.3萬(wàn) m3;

2)路線穿越成吉思汗山口路段最大縱坡為2.6%，縱坡相對(duì)較緩，有利于積雪冰凍地區(qū)的行車安全;

3)施工機(jī)械可利用沖溝內(nèi)現(xiàn)有簡(jiǎn)易道路直接進(jìn)場(chǎng)，方便路基、橋梁施工，加快進(jìn)度。

但K線里程長(zhǎng)度較A2線增長(zhǎng)244 m，橋梁長(zhǎng)度較A2線增長(zhǎng)約400 m。

A2，A3線具有以下特點(diǎn):

A2線的優(yōu)點(diǎn)是路線里程及橋長(zhǎng)較K線稍短，但其劣勢(shì)則更為突出，主要有以下幾方面:

1)線位沿沖溝東側(cè)山嶺布設(shè)，存在連續(xù)長(zhǎng)挖方，既不利于雪災(zāi)防治，挖方數(shù)量也大，造價(jià)亦較高;

2)路線穿越成吉思汗山口路段最大縱坡為3.5%，縱面線性較K線差;

3)線位布設(shè)于山嶺，施工機(jī)械進(jìn)場(chǎng)困難，施工難度較大。

A3線沿沖溝西側(cè)山嶺布設(shè)線位，不僅建設(shè)規(guī)模大于K線，且存在A2線同樣的缺點(diǎn)。

方案比較:雖K線的路線和橋梁長(zhǎng)度要比A2線稍長(zhǎng)，但縱面線形好，利于行車安全，且土石方及防護(hù)工程數(shù)量少，造價(jià)與A2線相當(dāng)。從行車安全、預(yù)防風(fēng)雪害、工程經(jīng)濟(jì)等角度比較后，推薦K線方案。

3.2 達(dá)爾布特河路段

本路段需跨越達(dá)爾布特河以及達(dá)爾布特活動(dòng)斷裂帶。該區(qū)域除存在達(dá)爾布特主斷裂之外，局部區(qū)域次級(jí)斷裂呈網(wǎng)狀分布，制約路線線位的布設(shè)和橋位的選擇，橋址區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.10，地震基本烈度為7度。該路段比較的重點(diǎn)在橋位的選擇上，路線走向服從橋位選擇，在工可方案的基礎(chǔ)上，本路段擬定了A1，A5，K三個(gè)路線方案，其中A5線為工可的優(yōu)化方案，存在平面與次級(jí)斷層交叉點(diǎn)較近，且斜跨主斷層，橋位處地質(zhì)情況差。另外，A5線穿越了冬窩子風(fēng)景區(qū)，對(duì)景區(qū)的開發(fā)及運(yùn)營(yíng)影響較大。

K線是充分利用有利的地形地勢(shì)條件，沿主斷裂帶克拉瑪依側(cè)天然突出的山脊布設(shè)，與主斷裂帶的交角基本正交，且線位從冬窩子風(fēng)景區(qū)邊緣經(jīng)過(guò)。由于橋址位于活動(dòng)斷裂帶上，且地震設(shè)防烈度較高(8級(jí))，因此要求橋梁結(jié)構(gòu)具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、受力明確、抗震性能好、能夠適應(yīng)較大水平、豎向變位影響的能力。力爭(zhēng)做到“小震不壞、大震易修”，同時(shí)考慮降低對(duì)施工運(yùn)輸和場(chǎng)地的要求、經(jīng)濟(jì)合理、工藝成熟、實(shí)施方便、使用安全耐久、人文景觀協(xié)調(diào)等原則。

A1線方案是從路線走向更為順直的角度提出的。A1線較K線里程長(zhǎng)度短645.606 m。在平面布設(shè)過(guò)程中，為了減小達(dá)爾布特特大橋的工程規(guī)模，同時(shí)便于橋梁的設(shè)計(jì)施工，A1線在A1K29～A1K31段平面采用兩反向曲線間插入直線(R-1 350 m—直線—R-2 150 m)的形式，確保以路線直線且正交的方式跨越主斷裂帶，平面指標(biāo)較K，A5方案稍低。

方案比較:由于A5線穿越多條斷裂帶，地質(zhì)條件最差，不再進(jìn)行同等深度的研究，本階段以K線、A1線方案為重點(diǎn)，開展同等深度的路線方案勘察調(diào)查，下階段根據(jù)地震場(chǎng)地安全評(píng)價(jià)的專題報(bào)告的建議和結(jié)論，結(jié)合工程規(guī)模提出推薦方案，本階段暫推薦K線方案。

3.3 鐵廠溝路段

本路段擬定了K，A10線方案，其中K線為工可推薦線的裁彎取直方案，A10線為工可的優(yōu)化方案，與A10線相比K線有以下特點(diǎn):

1)路線走向順直，里程較A10線縮短810.4 m;2)縱坡較緩(最大單向坡長(zhǎng)4 161 m，平均縱坡2.15%)，有利于行車安全;3)橋梁長(zhǎng)度較A10線縮短約394 m，造價(jià)較低;4)干擾因素少，便于項(xiàng)目的順利實(shí)施。

但K線鐵廠溝互通接省道S201連接線較長(zhǎng)，較A10線增長(zhǎng)約800 m。

A10線主要缺點(diǎn)有:

1)路線存在繞行，橋梁規(guī)模大，社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益較差;2)路線穿越了鐵廠溝鎮(zhèn)的規(guī)劃區(qū)，對(duì)鐵廠溝鎮(zhèn)的可持續(xù)發(fā)展不利;3)A10K63+690～A10K70+215段為連續(xù)6.525 km的連續(xù)長(zhǎng)大下坡路段，平均縱坡為2.83%，在風(fēng)吹雪天氣下的適應(yīng)性、安全性會(huì)大大降低。另外，本路段A10K63+690～A10K64+740范圍內(nèi)為連續(xù)挖方，特別是A10K64+200～A10K64+740段為山間洼地，平均開挖深度約為6 m，局部達(dá)到10 m以上，極易導(dǎo)致路面積雪且不易清除;4)路線壓覆托里縣石英砂礦，兩次與鐵廠溝—百口泉220 kV輸變高壓線交叉，干擾因素多。

A10線的優(yōu)勢(shì)是鐵廠溝互通離S201比較近，互通工程規(guī)模、石方及占地稍小。

方案比較:A10線與對(duì)應(yīng)的K線相比，存在諸多干擾和不利因素，主要是縱面指標(biāo)差、總體路線繞行，下階段不再進(jìn)行同等深度的比選，該路段推薦K線方案。

4 結(jié)語(yǔ)

路線多方案研究、論證和比選是合理確定路線方案的前提條件，是公路總體設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。新疆西北地區(qū)復(fù)雜的地形、地質(zhì)、水文、生態(tài)環(huán)境及自然條件嚴(yán)重地制約著路線方案的布設(shè)，因此，在路線設(shè)計(jì)的各個(gè)階段均必須對(duì)各個(gè)路線方案做深入、細(xì)致的研究，在論證比選時(shí)，不僅要著眼于路線和工程方案本身，還應(yīng)將生態(tài)環(huán)境保護(hù)列為重要的比選內(nèi)容，使得擬定的方案具有安全、暢通、環(huán)保、節(jié)約、耐久的優(yōu)點(diǎn)。

［1］ JTG D20-2006，公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］ 中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司.克拉瑪依至塔城高速公路第一合同段初步設(shè)計(jì)文件［Z］.2010.

［3］ 景積倉(cāng).西成客專秦嶺山前F1斷裂處選線幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)［J］.山西建筑，2011，37(1):113-114.