陜北黃土地區(qū)路線方案比選實(shí)例

王　瑛，王維榮，屠　彬

(西安公路研究院， 西安　710065)

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陜北黃土地區(qū)路線方案比選實(shí)例

王瑛，王維榮，屠彬

(西安公路研究院， 西安710065)

摘要：基于對(duì)陜北黃土地區(qū)神米高速公路佳縣至米脂段建設(shè)條件及控制因素的分析，介紹其路線布設(shè)原則、方案比選經(jīng)過(guò)及推薦方案，為同類(lèi)建設(shè)條件下高速公路路線方案設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：黃土地區(qū)；神米高速公路；路線方案；比選

1工程概況

神木—米脂高速公路(簡(jiǎn)稱(chēng)神米高速公路)是陜西省“2367”高速公路網(wǎng)規(guī)劃的一條南北縱向聯(lián)絡(luò)線，其北端與榆神高速公路銜接，南端與榆綏高速公路銜接，中間與榆佳高速公路共線，且共線兩端為新建段落。神米高速公路路線全長(zhǎng)141.02 km，其中，新建里程113.80 km，與榆林至佳縣高速公路共線27.22 km。

神米高速公路全線采用雙向4車(chē)道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。神木—佳縣段( 67.00 km)設(shè)計(jì)速度為 100 km/h，路基寬26 m；佳縣—米脂段( 46.80 km)設(shè)計(jì)速度為80 km/h，路基寬24.5 m。汽車(chē)荷載等級(jí)采用公路-I級(jí)，設(shè)計(jì)洪水頻率為1/100(特大橋 1/300)，地震動(dòng)峰值加速度 0.05g，其余技術(shù)指標(biāo)按JTG B01—2003《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行[1]。

佳縣—米脂段起于榆佳高速公路佳縣互通式立交K97+812.713，止于米脂互通式立交K144+610.247，路線全長(zhǎng)46.798 km。全段設(shè)橋梁19 721.7 m/77座，隧道1 920 m/2座，3處互通式立交，1處服務(wù)區(qū)，1處匝道收費(fèi)站。

2建設(shè)條件及主要控制因素

2.1建設(shè)條件

佳縣—米脂段高速公路地處陜北黃土高原東部，屬黃土高原丘陵溝壑區(qū)。由于黃土質(zhì)地疏松，侵蝕強(qiáng)烈，在流水沖刷下，黃土高原被切割成千溝萬(wàn)壑，支離破碎，形成了梁、溝、峁等特有的黃土地形。根據(jù)地貌成因，可將地形劃分為黃土工程地質(zhì)區(qū)和河谷工程地質(zhì)區(qū)2個(gè)地貌單元。

黃土工程地質(zhì)區(qū)基本覆蓋了整個(gè)項(xiàng)目區(qū)。該區(qū)出露地層為第4系上更新統(tǒng)馬蘭組黃土及中更新統(tǒng)離石組黃土，沿較大河谷兩岸及深切溝谷底部有基巖出露。

河谷工程地質(zhì)區(qū)主要指佳蘆河、烏龍河和無(wú)定河及其支流河谷分布區(qū)。佳蘆河地處路線起點(diǎn)端(佳縣)，烏龍河地處路線中部烏龍鎮(zhèn)，無(wú)定河地處路線終點(diǎn)端(米脂縣)。這3條較大的河流河谷較寬闊，谷底地形平坦，發(fā)育沖洪積砂土、砂礫土、圓礫土，局部夾有卵礫石、漂石等。

該地區(qū)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，對(duì)應(yīng)地震基本烈度為6度。

2.2主要控制因素

路線走廊內(nèi)的地形、地質(zhì)條件，城鎮(zhèn)村莊分布，米脂縣城規(guī)劃區(qū)，水源保護(hù)區(qū)，榆佳、榆綏高速公路等均是項(xiàng)目的主要控制因素。

路線起點(diǎn)與現(xiàn)榆佳高速公路佳縣互通式立交同址。本次設(shè)計(jì)結(jié)合交通量分布情況，對(duì)原佳縣單喇叭互通式立交進(jìn)行改造利用，故不會(huì)降低高速公路通行功能。

路線終點(diǎn)與榆綏高速公路連接。米脂互通式立交設(shè)置主要根據(jù)米脂縣規(guī)劃、無(wú)定河上的接線位置、米脂縣城水源保護(hù)區(qū)位置及地形地物條件來(lái)尋找合適的接線位置及型式，擬定合理的互通式立交方案。

佳縣—米脂段高速公路沿線主要城鎮(zhèn)有佳縣佳蘆鎮(zhèn)、劉家山鄉(xiāng)、烏鎮(zhèn)、米脂縣印斗鎮(zhèn)、高渠鄉(xiāng)和銀州鎮(zhèn)。主要地物控制點(diǎn)為榆佳高速公路、佳蘆河、南溝、烏鎮(zhèn)、印斗鎮(zhèn)、無(wú)定河、榆綏高速公路等。

3路線布設(shè)原則

佳縣—米脂段高速公路路線走向明確，控制點(diǎn)具體，路線方案布設(shè)主要結(jié)合地形、地貌、地質(zhì)、水文等自然條件，采用合理的平縱面線形，嚴(yán)格控制路基填挖高度，合理布設(shè)構(gòu)造物，盡量少占良田，減少拆遷，同時(shí)重視環(huán)境保護(hù)[2]。路線布設(shè)主要遵循以下原則。

1) 路線走向應(yīng)符合陜西省高速公路網(wǎng)總體規(guī)劃，起點(diǎn)須考慮與榆佳高速公路佳縣互通式立交的銜接，終點(diǎn)與榆綏高速公路的接線位置及銜接方式是路線布設(shè)的重點(diǎn)。

2) 根據(jù)路網(wǎng)規(guī)劃及現(xiàn)狀，結(jié)合相鄰高速公路服務(wù)設(shè)施布局來(lái)合理設(shè)置本項(xiàng)目服務(wù)設(shè)施。選擇合適的互通式立交位置，合理確定與地方道路的交叉銜接方式，方便沿線居民出行，并根據(jù)沿途工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及居民生活習(xí)慣合理布置分離式交叉[3]。

3) 路線布設(shè)須與沿線城鎮(zhèn)規(guī)劃(佳縣與米脂縣城規(guī)劃)、農(nóng)林水利規(guī)劃和經(jīng)濟(jì)布局規(guī)劃相協(xié)調(diào)，盡量避開(kāi)米脂縣城水源保護(hù)區(qū)，并充分征詢(xún)地方政府和相關(guān)行業(yè)部門(mén)的意見(jiàn)。

4) 路線布設(shè)盡量避開(kāi)居民區(qū)及管線設(shè)施，盡量減少拆遷量，避免和減少對(duì)現(xiàn)有公路的干擾。

5) 路線布設(shè)時(shí)，須根據(jù)不良工程地質(zhì)的分布范圍以及對(duì)工程方案的影響程度，盡量避繞不良地質(zhì)地段(滑坡及崩塌)，減少過(guò)量開(kāi)挖而影響山體的穩(wěn)定性。所經(jīng)區(qū)域不可避免途經(jīng)淤積壩路段時(shí)，應(yīng)通過(guò)充分論證來(lái)選擇最經(jīng)濟(jì)合理的路線方案。

6) 根據(jù)沿線特有的地質(zhì)、地形條件和水文氣候特征靈活選擇路線線形指標(biāo)，做到指標(biāo)均衡、線形連續(xù)，同時(shí)對(duì)路線平縱面進(jìn)行運(yùn)行速度檢驗(yàn)。本項(xiàng)目黃土梁峁溝壑區(qū)應(yīng)選擇合適的橋址與隧址，以滿(mǎn)足施工及營(yíng)運(yùn)期的安全要求。在不過(guò)多增加工程量的前提下，盡可能采用較高的技術(shù)指標(biāo)，充分發(fā)揮項(xiàng)目功能，提高服務(wù)水平及營(yíng)運(yùn)效益[4]。

4路線方案布設(shè)及比選

由于神米高速公路佳縣—米脂段地形比較復(fù)雜，路線控制因素較多，故初步設(shè)計(jì)外業(yè)階段提出了多條同深度比選的路線方案。經(jīng)過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)踏勘及方案論證會(huì)議討論，在初步設(shè)計(jì)內(nèi)業(yè)階段摒棄了意義不大的路線方案，僅保留了2條同深度路線方案用于比選[4-5]：B1線，拓家鹼至柴家岔段(K107+298.796～K122+153.289)；B2線，馮渠至終點(diǎn)段(K141+287.120～K144+610.247)。

4.1拓家鹼至柴家岔段路線方案比選

拓家鹼至柴家岔段比較段落起點(diǎn)位于南溝拓家鹼村，終點(diǎn)位于印斗鎮(zhèn)柴家岔村，比較段落長(zhǎng)14.854 km。路段內(nèi)設(shè)置互通式立交1處，服務(wù)區(qū)1處。路段內(nèi)，南溝至榆坬村路段屬于黃土梁峁溝壑區(qū)，榆坬村至烏鎮(zhèn)段為烏龍河支流及烏龍河溝谷區(qū)，地形起伏較大，相對(duì)高差75 m，在烏鎮(zhèn)烏龍河谷處相對(duì)高差達(dá)143 m，故其是拓家鹼至柴家岔相對(duì)高差較大的一段。

綜合地形、互通式立交及服務(wù)區(qū)選址、房屋拆遷、與地物的干擾等因素，按照“干擾小、規(guī)模低、用地少、造價(jià)低”的原則，分別沿黃土梁峁區(qū)及黃土梁峁斜坡地布設(shè)高、低2條路線方案[6]，即K1線(高線方案)和B1線(低線方案)，路線平面見(jiàn)圖1，縱斷面見(jiàn)圖2。路線方案比較見(jiàn)表1。

從表1可以看出，拓家鹼至柴家岔段路線設(shè)計(jì)的主要控制因素是黃土隧道與高橋的取舍。B1線(低線方案)雖然橋高較低，但橋梁大多設(shè)置在黃土梁峁斜坡上，由于陜北黃土區(qū)滑坡較發(fā)育，邊坡破碎，橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)性較大，加之黃土隧道圍巖級(jí)別較低，施工期間不可預(yù)見(jiàn)因素也較多。K1線(高線方案)僅有1座控制性工程即烏鎮(zhèn)大橋，該橋主跨為2×100 m的連續(xù)剛構(gòu)，橋墩高度分別為76.5 m和72 m。雖然較常規(guī)橋梁相比橋段高度較高，但對(duì)于連續(xù)剛構(gòu)橋來(lái)說(shuō)，80 m以下的橋高施工難度相對(duì)要小一些?？紤]到此控制因素，拓家鹼至柴家岔段舍棄了隧道、低橋方案。

圖1　K1、B1路線方案平面

圖2　K1、B1路線方案縱斷面示意

K1線(高線方案)縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)，為了減少路基挖方，K111+500～K115+140段3.64 km連續(xù)下坡平均縱坡為2.008%(施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，K111+520～K114+865段平均縱坡優(yōu)化為-1.711%/3 345 m)。后對(duì)運(yùn)行速度進(jìn)行了檢驗(yàn)，結(jié)果表明該段小客車(chē)及大貨車(chē)均滿(mǎn)足運(yùn)行速度要求。此段交通安全設(shè)施也設(shè)置了連續(xù)下坡警告標(biāo)志、橫向減速振動(dòng)標(biāo)線，且增加了“雨、霧、冰、雪減速慢行”等警示標(biāo)志。

分析表1可知，K1線(高線方案)采用“山脊”線，解決了互通式立交、服務(wù)區(qū)設(shè)置受地形限制及地表附著物干擾嚴(yán)重的問(wèn)題，解決了黃土斜坡橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)性大的問(wèn)題，同時(shí)取消了隧道的設(shè)置；B1線(低線方案)為“沿溪”線，受地形限制，互通式立交、服務(wù)區(qū)設(shè)置較為困難，黃土邊坡橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)性大，黃土隧道施工不可預(yù)見(jiàn)因素較多；從投資方面看，由于K1線取消了2座隧道的設(shè)置，工程造價(jià)比B1線減少較多。經(jīng)多次方案論證并結(jié)合地方政府意見(jiàn)，拓家鹼至柴家岔段設(shè)計(jì)推薦采用K1線即高線方案[7]。

4.2馮渠至終點(diǎn)段路線方案比選

馮渠至終點(diǎn)段比較段落起點(diǎn)位于高渠鄉(xiāng)馮渠村，終點(diǎn)位于無(wú)定河接榆綏高速公路。路段內(nèi)設(shè)置互通式立交1處。

馮渠至王沙溝村路段屬于黃土梁峁溝壑區(qū)，地形起伏較大，相對(duì)高差最大80 m，且地形地質(zhì)條件一般。榆林溝溝道由寬變窄，溝道內(nèi)多為淤積壩地形，地形起伏較大，相對(duì)高差最大90 m，且地形、地質(zhì)條件較差。

綜合地形、互通式立交選址、與水源保護(hù)區(qū)及米脂縣城規(guī)劃區(qū)的干擾等因素，分別沿王沙溝及榆林溝布設(shè)2條路線方案，即K2線(王沙溝方案)和B2線(榆林溝方案)，見(jiàn)圖3。路線方案比較見(jiàn)表2。

從表2可以看出，K2線(王沙溝方案)終點(diǎn)對(duì)米脂縣水源保護(hù)區(qū)有干擾，因?yàn)槊字ネㄊ搅⒔晃挥诿字h水源保護(hù)區(qū)2級(jí)保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)，故需采取必要的保護(hù)措施；B2線(榆林溝方案)米脂互通式立交位于米脂水源保護(hù)區(qū)取水井及保護(hù)區(qū)下游，對(duì)水源保護(hù)區(qū)干擾小。

表1　K1、B1路線方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較

圖3　K2、B2路線方案

比較項(xiàng)目K2線(王沙溝方案)B2線(榆林溝方案)比較結(jié)果起訖樁號(hào)K141+287.120~K144+533.946B2K141+287.120~B2K145+433.742路線長(zhǎng)度/km3.3234.147K2短0.824地形地貌1.為黃土梁峁溝壑地形;2.路線沿黃土梁峁區(qū)布設(shè),地形地貌完整1.為黃土梁峁溝壑地形;2.路線基本沿黃土梁峁區(qū)斜坡布設(shè),邊坡破碎,左側(cè)為榆林溝淤積壩K2線優(yōu)地質(zhì)條件1.地層以新、老黃土為主,下伏砂巖;2.黃土滑坡清除防護(hù)2處;3.特殊巖土(非自重濕陷性黃土)地基路段長(zhǎng)0.154km,較B2線短1.391km1.地層以新、老黃土為主,下伏砂巖;2.黃土滑坡清除防護(hù)3處;3.特殊巖土(非自重濕陷性黃土)地基路段長(zhǎng)1.545kmK2線優(yōu)自然條件1.路線布設(shè)空間小;2.萬(wàn)佛洞石窟對(duì)路線方案影響較大1.路線布設(shè)空間大B2線受限因素少社會(huì)條件1.征用土地35.4hm2,拆遷房屋5210m2,拆遷電力電訊65處;2.米脂立交位于米脂縣2級(jí)水源保護(hù)區(qū),方案的成立取決于環(huán)保部門(mén)審批;3.地方政府支持該段線位走向1.征用土地35.7hm2,拆遷房屋2741m2,拆遷電力電訊42處;2.米脂立交位于米脂水源保護(hù)區(qū)下游,不會(huì)影響水源保護(hù)區(qū);3.米脂立交布設(shè)位置與米脂縣城規(guī)劃有影響K2線影響因素多,B2線影響因素少線形指標(biāo)1.平面指標(biāo):平曲線個(gè)數(shù)3個(gè),圓曲線最小半徑720m/1處;2.縱面指標(biāo):最大縱坡2.4%/1處,最短坡長(zhǎng)640m/1處;3.連續(xù)下坡路段平均縱坡1.793%/1.12km1.平面指標(biāo):平曲線個(gè)數(shù)6個(gè),圓曲線最小半徑550m/1處;2.縱面指標(biāo):最大縱坡2.55%/1處,最短坡長(zhǎng)460m/1處;3.連續(xù)下坡路段平均縱坡2.55%/0.96kmK2線優(yōu)工程規(guī)模1.挖方40萬(wàn)m3;填方1.7萬(wàn)m3;防護(hù)排水0.6萬(wàn)m3;2.橋梁2344m/4座;3.隧道862.5m/1座1.挖方141萬(wàn)m3;填方15.3萬(wàn)m3;防護(hù)排水3.6萬(wàn)m3;2.橋梁2501.5m/4座;3.橋、隧總長(zhǎng)度較K2線短705mB2線橋隧總長(zhǎng)度短,路基數(shù)量多工程條件1.隧道長(zhǎng)度較B2線長(zhǎng)862.5m;2.榆綏高速特大橋需加寬改造,難度較大;3.黃土隧道施工難度較大1.橋梁長(zhǎng)度較K2線長(zhǎng)157.5m;2.隧道長(zhǎng)度比K2線短862.5m;3.對(duì)榆綏高速公路構(gòu)造物改建規(guī)模小B2線優(yōu)投資概算工程總造價(jià)60780萬(wàn)元,平均18291萬(wàn)元/km工程總造價(jià)44759萬(wàn)元,較K2線減少16021萬(wàn)元;平均10793萬(wàn)元/kmB2線優(yōu)結(jié)論推薦

K2線終點(diǎn)位置位于米脂規(guī)劃區(qū)北緣以北約3 km，對(duì)縣城規(guī)劃無(wú)影響，地方政府支持該段線位走向。B2線米脂互通式立交布設(shè)位置與米脂縣城規(guī)劃有影響，地方政府反對(duì)該路線走向。

綜上所述，文中提出了一種基于國(guó)產(chǎn)平臺(tái)的安全存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)架構(gòu)。安全存儲(chǔ)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)加解密由硬件系統(tǒng)完成，實(shí)現(xiàn)時(shí)可以采用FPGA等方式。以FPGA為例，硬件加解密模塊工作時(shí)通過(guò)PCIE總線將國(guó)產(chǎn)存儲(chǔ)陣列接收的數(shù)據(jù)傳輸?shù)桨踩咏饷苣K的緩存中，F(xiàn)PGA從緩存中讀取數(shù)據(jù)并啟動(dòng)加解密模塊進(jìn)行處理，處理后的數(shù)據(jù)存放至緩存中，最后通過(guò)PCIE總線將處理后數(shù)據(jù)傳回至存儲(chǔ)陣列內(nèi)存。

從投資方面看，由于設(shè)置了王沙溝隧道，K2線工程造價(jià)比B2線增加較多。經(jīng)多次方案論證并結(jié)合地方政府意見(jiàn)，馮渠至終點(diǎn)段設(shè)計(jì)推薦采用K2線即王沙溝方案。

5推薦線平縱面指標(biāo)

神米高速公路佳縣—米脂段平面線形以曲線為主。根據(jù)地形及結(jié)構(gòu)物設(shè)置條件，確定推薦路線采用整體式和分離式線位，整體式路段長(zhǎng)41.566 km，分離式路段長(zhǎng)2.829 km(扣除起、止點(diǎn)互通式立交范圍)。

佳縣—米脂段共設(shè)平曲線56個(gè)，平均每km設(shè)1.26個(gè)，最小平曲線半徑480 m/1處，平曲線占路線總長(zhǎng)73.35%。同向曲線間最小直線長(zhǎng)度484.36 m，反向曲線間最短直線長(zhǎng)度174.34 m。

佳縣—米脂段共設(shè)豎曲線59個(gè)，平均每km變坡次數(shù)1.33次，最短坡長(zhǎng)400 m/1處，最大縱坡3.75%/1處。豎曲線最小半徑凸形12 000 m/3處，凹形10 000 m/1處，豎曲線長(zhǎng)度占路線總長(zhǎng)54.94%。

6結(jié)論

本文對(duì)神米高速公路佳縣—米脂段路線方案進(jìn)行了比選。從神米高速公路佳縣—米脂段路線方案比選可以看出，陜北黃土地區(qū)路線方案比選主要控制因素有以下幾方面。

2) 從工程造價(jià)方面看，黃土地區(qū)工程造價(jià)的主要影響因素是黃土隧道與高橋的選擇。陜北黃土地區(qū)隧道工程造價(jià)均較高，因此須進(jìn)行充分論證對(duì)比來(lái)選用合適的高橋方案，以降低工程造價(jià)，減少后期運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。

3) 設(shè)計(jì)時(shí)首先要考慮地形、地質(zhì)、自然環(huán)境、地方規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)等客觀條件，其次要充分征求當(dāng)?shù)卣叭罕娨庖?jiàn)，以確保路線方案與自然協(xié)調(diào)且技術(shù)可行，工程規(guī)模適中，造價(jià)合理，運(yùn)營(yíng)功能齊全，行車(chē)安全舒適[8]。

參 考 文 獻(xiàn)

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Examples of Comparison and Selection of Route Schemes in Loess Area in Northern Shaanxi

WANG Ying, WANG Weirong, TU Bin

Abstract:Based on analysis for construction conditions and control factors at Jia County to Mizhi Section of Shenmu-Mizhi Expressway in loess area in northern Shaanxi, this paper introduces the principles of route layout, process of comparison and selection of schemes and recommended schemes to provide a reference for design of route schemes of expressways under the same construction conditions.

Keywords:loess area; Shenmu-Mizhi Expressway; route scheme; comparison and selection

文章編號(hào)：1009-6477(2016)01-0026-06

中圖分類(lèi)號(hào)：U412.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

作者簡(jiǎn)介：王瑛(1972-)，女，陜西省澄城縣人，碩士，高工。

收稿日期：2015-08-31

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.01.007