成都天府國際機場高速公路總體設計及重點工程技術對策

文

四川成都天府國際機場高速公路是四川省首條新建八車道高速公路（局部路段十車道），是成都天府國際機場場外綜合交通體系的重要組成部分，是聯(lián)系成都和重慶之間的第四條高速大通道的重要節(jié)段。其支撐成都天府國際機場建成為國內國際重要的航空樞紐，帶動沿線區(qū)域經(jīng)濟的快速發(fā)展，對成都市形成主城區(qū)、天府新區(qū)的雙核格局有著十分重要的戰(zhàn)略意義。同時，對滿足天府國際機場建設營運，實現(xiàn)綜合交通有效銜接，提高成渝經(jīng)濟圈交通服務水平，實現(xiàn)成都天府新區(qū)城市發(fā)展戰(zhàn)略都有著突出意義。

總體設計

最大限度地滿足機場高速公路快捷、舒適、方便的基本服務理念

合理選用路線走廊和適當高標準運用技術指標，力求線形的連續(xù)和流暢，提高機場高速公路行車的舒適性和便捷性，最大限度地降低來往天府國際機場旅客的時間成本，力爭主城區(qū)和機場的高速通達時間控制在30分鐘。

堅持以人為本、安全至上、全壽命整體安全的設計理念

勘察設計要綜合考慮公路功能、行車安全、自然環(huán)境等因素。對項目走廊帶進行地質災害危險性評價，明確地質災害可知性、可控性；合理選用路線走廊和線位；力求路線線形的連續(xù)性、均勻性和流暢性，用運行速度進行道路安全性評價，嚴格執(zhí)行“強制性條文”規(guī)定，從根本上解決行車安全問題；對控制性的工程（特大橋、樞紐互通）要進行結構安全性和可靠性的檢算和評價。把公路的整體安全和“建、管、養(yǎng)”全壽命安全放在項目設計工作的首位，從設計上消除安全隱患。

樹立全壽命周期成本的理念，把公路放到環(huán)境和社會兩大系統(tǒng)中，從項目生命周期的全過程去看待成本，盡可能降低后期維修、養(yǎng)護成本及對社會和環(huán)境的不利影響，提高公路的綜合服務能力。在確保安全、滿足功能的前提下，通過提高技術含量，合理、靈活的設計措施，多層次、多方案、多因素的綜合比較，用好每一分建設資金，達到最佳的社會經(jīng)濟效益。

堅持追求人、車、路、環(huán)境和諧統(tǒng)一的理念

設計中要嚴格控制挖填方高度，對于高填段進行多方案技術經(jīng)濟比較，優(yōu)先考慮橋梁方案；研究半路半橋及其他特殊構造物形式，盡量減少對山體及植被的影響；取棄土場做專項設計，杜絕壓縮河床和對江河水質污染；對不良地質路段盡量繞避，難以繞避時則避重就輕，并因地制宜地選用跨、導、截、治等綜合措施，作好綜合比較。

公路選線盡量避開村鎮(zhèn)和敏感建筑物，盡量避免阻隔影響居民往來、農(nóng)耕和水資源利用，盡量避免大規(guī)模拆遷民房，要廣泛征求居民意見，增強公眾參與，提高社會認可度，做到讓公眾滿意。

考慮項目區(qū)的農(nóng)耕通道，適當預留規(guī)劃通道。項目區(qū)兩側為成都平原農(nóng)耕區(qū)結合西部新農(nóng)村建設區(qū)域，通道凈空凈寬按滿足規(guī)劃且適當超前考慮；主線天府新區(qū)地塊，繞城至華龍路段、天府支線部分路段，考慮設計為高架橋形式，橋下預留通道；成都天府國際機場影響區(qū)的臨港規(guī)劃極為密集，適當以橋梁的形式預留未來的過往通道，比如每2公里至少預留2～3座橋梁，即旱橋。

項目位于成都市和資陽市境內，路線總體呈東西走向，穿越龍泉山。項目功能除了滿足天府國際機場的直達交通的需要外，還應兼顧成渝第四通道和服務地方經(jīng)濟的需要。因此，路線方案布設首要保證成都主城、天府新區(qū)與天府國際機場的便捷高效聯(lián)接，同時要有利于帶動沿線產(chǎn)業(yè)及規(guī)劃區(qū)的發(fā)展；由于互通密度較大，路線布設需考慮在機場北、南入口處及重要城鎮(zhèn)附近設置互通式立交的條件，在方便沿線車輛上下的同時合理控制投資。

項目重點與難點

項目沿線重要城鎮(zhèn)分布及經(jīng)濟區(qū)規(guī)劃對路線布局影響較大；沿線城鎮(zhèn)較多、人口密度大，土地資源寶貴，布線限制因素多；同時沿線經(jīng)濟發(fā)達、路網(wǎng)密集，交通組織復雜度和交叉設計的難度大，僅互通式交叉就有10座（其中5座為樞紐互通），并與成渝客專鐵路存在交叉。

在地質環(huán)境方面，項目走廊分別經(jīng)過了平原、丘陵、中低山三種地貌區(qū)，地質特征差異較明顯，沿線丘陵區(qū)軟弱地基及成都黏土的處治也為項目重難點。

龍泉山段長短隧道方案的合理比選及首創(chuàng)4洞平行十車道總體方案，也是設計過程中需要重點考慮的項目特色與難點。

項目所在區(qū)域分布的鄉(xiāng)村風景非常優(yōu)美，規(guī)劃中的“兩湖一山”等風景區(qū)潛力巨大，項目走廊左側的張家溝水庫作為簡陽市的引用水源保護地對生態(tài)保護的要求極高，最大限度地保護項目沿線自然資源及生態(tài)環(huán)境是本項目的重點與難點之一。

重點工程技術對策

不良地基處治

項目所在區(qū)經(jīng)過了平原、丘陵、中低山三種地貌區(qū)，地質特征明顯，勘察設計應特別重視平原區(qū)低路堤方案的確定、丘陵區(qū)軟弱地基及成都黏土的處置。

軟弱地基

對于地基承載力低，含水量高，抗剪強度小，填方路堤穩(wěn)定性差，沉降不能滿足要求的軟弱地基。設計采用設置片石盲溝、換填砂巖片碎石、換填加砂巖片碎石盲溝和塑料插板等進行處置。原則為：①淺層軟基處理方式：土層厚度≤2.0m時，設置片石排水溝；土層厚度在2.0＜h≤3.0m范圍時，一般采取局部換填方式處理，換填厚度1.5m～2.0m；土層厚度在3.0m＜h≤4.0m范圍時，則采取換填加砂巖片碎石盲溝方式處理，換填厚度1.5m～2.0m，碎石盲溝深度1.0m～1.5m。②深層軟基處理方式：軟弱地基厚度4m～15m的路段，采用塑料排水板或碎石樁處理。插塑料排水板時,其間距尺寸誤差應小于15cm，插板均應插到軟土層底部，其露頭于砂礫石墊層上的長度按20cm控制。施工前應復查插板處理范圍內軟土層厚度及強度，當軟土厚度小于2.5m時可不予插板。

如果軟基路段路堤在換填、插板等措施處置后安全穩(wěn)定性仍小于規(guī)范要求，還應增設反壓護道、在路堤中下部鋪設土工格柵進行處置；當軟基路堤位于排水不暢的溝谷時增設縱橫向排水盲溝進行處置。

對于涵洞基底的軟基，采用碎石樁處治，并且在碎石樁內摻配5%～8%的水泥，經(jīng)過計算，φ50cm的碎石樁按照30kg/m計算水泥用量。

對于地面線或基巖面傾斜、或軟基厚度和填方高度均較大的路段，采用插板或碎石樁后穩(wěn)定性仍不足的，采用水泥攪拌樁處理地基。

成都黏土

成都黏土具有弱膨脹性，但僅有少量匝道路基涉及到成都黏土處置。成都黏土慎作路基填料，挖方路段路床下應換填一般泥質巖填料，換填厚度0.8m～1.2m。邊溝下宜設截水、排水盲溝，路堤邊坡坡率宜取1:1.5～1:1.75，土質路塹邊坡坡率宜取1:1.75～1:2.0，坡高大于3m時，應在坡腳設矮擋墻。加強排水措施，路基邊溝適當加寬并盡可能加深，溝底應在土基頂面以下至少40cm～50cm。

龍泉山隧道工程

隧道斷面布置方案

龍泉山隧道為本項目的重點控制性工程，根據(jù)路網(wǎng)要求和本項目的技術標準，綜合車道通行能力和路段通行能力的分析，初擬3種隧道內空及布置方案進行論證比選：方案一，單洞雙車道，四洞平行布置；方案二，單向雙洞，單洞雙車道+單洞三車道，共四洞平行布置；方案三，大跨扁平單洞四車道，分離式左右洞平行布置。

各方案具體優(yōu)缺點如下：

方案一，四洞平行的雙車道，如圖1所示，進洞需要提前分離，出洞需要合并，增大連接過渡段的工程量；連接過渡段車輛變道集中，交織段容易導致車速變慢，通行能力變弱，道路路段服務水平下降；客車和貨車專用各自隧道，貨車2個車道足夠，但小客車2個車道則不足，V/C甚至達到1.03，不滿足120km/h技術指標要求，道路對機場客運的服務水平明顯下降。

圖1 方案一、二的四洞平行效果

圖2 方案三大跨扁平單洞四車道效果

方案二，單向雙洞，單洞雙車道+單洞三車道，如圖1所示。該方案主要針對方案一客車通行能力不足，客車3車道，貨車2車道，從客貨交通比例和總的路段通行能力方面來說較好，但雙向相加十車道，提高了總體造價。

方案三，大跨扁平單洞四車道，如圖2所示。此方案最大優(yōu)點是隧道路段通行能力強，單個四車道斷面通行能力比兩個雙車道斷面通行能力強，即是4＞2+2的一個典型表達；單向四車道隧道，車流可在隧道內交織換道，自由度較大，駕乘人員體驗感好，道路服務水平高。同時，四車道斷面具有通風好、采光有利、救援有利等優(yōu)點。其主要缺點為施工風險較大、工期長、造價高等。

通行能力分析

交通量及車型比例。根據(jù)交通量分析預測，到評價末期（2038年）機場高速公路龍泉山隧道段交通量為129642pcu/d，其分車型交通量及比例情況如表1所示。

結合實際情況，龍泉山隧道將實施客貨分離，客車全部從快車道通行，貨車全部從慢車道通行。根據(jù)上述交通組織方案，計算得到龍泉山隧道快、慢車道年平均日交通量及車型比例如表2所示。

通行能力計算分析。對于方案一單向2+2隧道，洞口路段及隧道快、慢車道評價末期（2038年）單向設計小時交通量DDHV和實際通行能力Cr，在此基礎上，對照公路服務水平分級表，得到道路服務水平，如表3所示。

表1 龍泉山隧道洞口路段交通量及車型比例

表2 龍泉山隧道分車道交通量及車型比例

由表3可知，方案一隧道洞口路段工況一總通行能力為6452veh/h，而隧道快、慢車道總通行能力為4506veh/h，降低了30%；同時，隧道快車道服務水平僅為六級，無法滿足通行需求。

對于方案二單向2+3而言，龍泉山隧道單向增加1個快車道，如圖3所示，隧道進口段2條快車道變?yōu)槿嚨朗疽鈭D，既提高總體通行能力，同時保證快車道通行順暢。

如表4可知，方案二雙向4洞十車道（6快車道、4慢車道）、路段設計速度120km/h，隧道客、貨車道實際行駛速度分別為110km/h、90km/h，2038年，隧道的通行能力比洞外路段降低5%，洞外路段、隧道客車道、隧道貨車道的服務水平均達到三級，滿足通行需求。

若考慮隧道限速管制因素，隧道客、貨車道實際行駛速度分別為100km/h、80km/h，隧道的通行能力比洞外路段降低7.5%，洞外路段、隧道客車道、隧道貨車道的服務水平也能達到三級，也可以滿足通行需求，如圖4、圖5成都往機場方向示意。

表3 方案一評價期末年(2038年)交通流量與服務水平

圖3 方案二隧道進口車道變化示意圖

表4 方案二評價期末年(2038年)交通流量與服務水平

圖4 龍泉山隧道各方案通行能力示意圖（工況一）

圖5 龍泉山隧道各方案通行能力示意圖（工況二）

隧道方案比較

表5 隧道三方案通行能力和造價對比表

從3個方案通行能力及工程造價比較，見表5，方案一造價最低、通行能力最差，方案三造價最高、通行能力較好，方案二通行能力接近方案三，但造價較方案三降低16.8%。因此，推薦方案二即客貨分離的單洞雙車道（貨車道）+單洞三車道（小客車道）。

隧道瓦斯

龍泉山隧道位于四川盆地西部紅層低山區(qū)，隧址區(qū)有斷裂通過，具有溝通深部氣源的運移通道條件，是油氣聚集的有利地區(qū)。經(jīng)調查和多次訪問，得知10年前石油勘探隊曾在此鉆探油氣，并發(fā)現(xiàn)可燃性氣體，隧道施工應特別注意瓦斯防治。

對此，采用以工程地質綜合分析為核心，堅持粗查與精查相結合、物探與鉆探相結合的原則，并結合前期地勘成果及地質調查資料綜合判定的指導思想進行超前地質預報，并對瓦斯設防段進行專項設計。

瓦斯設防段設計：防水層兼作瓦斯隔離層，采用全封閉結構；初期支護噴射混凝土及二次襯砌混凝土均采用氣密性混凝土；襯砌施工縫應進行氣密性處理。

瓦斯設防段施工：加強施工通風，瓦斯設防段爆破必須采用電力起爆，必須采用煤礦許用炸藥，爆破作業(yè)必須嚴格執(zhí)行“一炮三檢制”及“三人聯(lián)鎖放炮制”規(guī)定。采用人工監(jiān)測（使用便攜式瓦斯檢測報警儀）與自動遙測（瓦斯自動探頭與瓦斯測報中心）相結合的方式進行瓦斯檢測。隧道電氣設備及作業(yè)機械設備必須采用防爆型。

環(huán)保景觀提升設計

公路景觀設計從“自然和諧、巧于因借、宜景則景、重點突出”的理念出發(fā)，力爭使自然景觀和人造景觀，動態(tài)景觀與靜態(tài)景觀，線性景觀和點式景觀達到高度的協(xié)調。

結合沿線地形地貌和自然原始環(huán)境特點進行分段設計，形成多層次、多色彩的路域景觀環(huán)境，以路基綠化為骨架，以自然景觀為依托，以立交、互通及服務區(qū)為節(jié)點，適時適地營造特殊景觀，體現(xiàn)整體統(tǒng)一、精細自然，形成具有當?shù)鼐坝^特色的公路景觀特色帶。

推薦路線不涉及自然保護區(qū)及規(guī)劃景區(qū)協(xié)調，但起點段三圣鄉(xiāng)森林公園為成都市錦江區(qū)新規(guī)劃的森林公園，項目實施過程中做了有關協(xié)調工作，同時以全高架跨越的方式將影響降低到最小。