藏東南地區(qū)庫區(qū)省道總體設(shè)計探討

摘要：為解決西藏東南部承擔(dān)大件運(yùn)輸?shù)膸靺^(qū)省道綜合選線問題，文章對省道521線如美至曲孜卡段總體設(shè)計過程進(jìn)行了研究，總結(jié)了公路等級選用、坍岸預(yù)測、庫區(qū)選線、壩址區(qū)布線、庫區(qū)橋梁方案擬定、提高道路安全性、環(huán)保等設(shè)計原則和方法。結(jié)果表明：該地區(qū)庫區(qū)省道設(shè)計時，宜提高公路等級至三級公路；“兩段法”為適合該地區(qū)公路的坍岸預(yù)測方法，庫區(qū)選線需合理繞避或處治水庫坍岸，壩址區(qū)布線需考慮電站設(shè)計及施工影響，庫區(qū)橋梁需優(yōu)化橋址、提高其抗震性能，加強(qiáng)棄方利用、棄土場設(shè)計，可節(jié)約造價、有利環(huán)保。

關(guān)鍵詞：省道；庫區(qū)；坍岸預(yù)測；總體設(shè)計；大件運(yùn)輸

中圖分類號：U412.3A210653

0 引言

西藏境內(nèi)規(guī)劃的梯級電站主要位于昌都市、林芝市。根據(jù)電站水輪機(jī)、主變、廠房橋機(jī)等大件生產(chǎn)企業(yè)的分布和川、滇、青的路網(wǎng)布局，大件經(jīng)云南麗江，由滇藏通道運(yùn)至電站場址。藏東南地區(qū)道路交通落后，尚未與相鄰的云南省通鐵路，也沒有高等級公路，主要通道為滇藏（G214線）公路。G214線滇藏界至芒康段為三級公路，局部路段為四級公路，無法承擔(dān)擬建電站的大件運(yùn)輸。沿瀾滄江規(guī)劃的省道521線如美至曲孜卡段（簡稱“省道521如曲段”），是藏東南實(shí)施的第一條兼具庫區(qū)復(fù)建公路功能、滿足大件運(yùn)輸?shù)氖〉?。本文以省?21如曲段為背景，提出了該地區(qū)承擔(dān)大件運(yùn)輸?shù)膸靺^(qū)省道總體設(shè)計原則和方法，以期對瀾滄江、怒江、雅江流域的同類工程提供經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

省道521如曲段位于西藏昌都市境內(nèi)，是由滇入藏的又一便捷通道，全長86.5 km，采用設(shè)計速度30 km/h的三級公路標(biāo)準(zhǔn)，路基寬7.5 m，荷載等級為公路-Ⅱ級（滿足電站大件運(yùn)輸），橋梁、隧道提高一個設(shè)計等級［1］。起、終點(diǎn)與G318線、G214線相接，沿瀾滄江兩岸布線，路線走廊帶單一，受復(fù)雜的地形地質(zhì)條件、大件運(yùn)輸、規(guī)劃的古學(xué)（蓄水位2 535 m）和邦多（蓄水位2 615 m）壩址、淹沒區(qū)坍岸預(yù)測等多因素控制。相較于一般省道，其總體方案的選定工作尤為復(fù)雜。

2 公路技術(shù)等級選用

（1）水利水電工程移民安置復(fù)建工程建設(shè)要求。按水利水電工程行業(yè)規(guī)范，庫區(qū)復(fù)建道路的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)需符合“三原”（原規(guī)模、原標(biāo)準(zhǔn)、原功能）原則［2］。胡洹等［3］研究指出，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，“三原”原則嚴(yán)重阻礙地方交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和后期扶持政策實(shí)施，需聽取地方政府和群眾的合理訴求［4］。

（2）交通行業(yè)部門的規(guī)劃要求。庫區(qū)蓄水后，有利地形、地質(zhì)條件被占用，走廊帶變得更稀缺。根據(jù)庫區(qū)道路的定位、在路網(wǎng)中地位及作用、相銜接公路的技術(shù)等級、道路提質(zhì)升級等因素，綜合確定道路的技術(shù)等級。

（3）電站大件運(yùn)輸需求。為減少對公路技術(shù)指標(biāo)、荷載等級的影響，降低工程造價，電站建設(shè)方一般采用分節(jié)、散件方式運(yùn)輸大件。公路采用的最低技術(shù)指標(biāo)，需同時滿足電站最重件、最長件、最高件、最寬件的運(yùn)輸需求。

根據(jù)以上原則，改變該地區(qū)省道設(shè)計中對困難路段降低技術(shù)等級的通行做法，改為采用三級公路標(biāo)準(zhǔn)，將橋梁、隧道的設(shè)計提高一個等級。既滿足“三原”原則，適度超前，又滿足路網(wǎng)規(guī)劃、道路提質(zhì)升級需要、電站大件運(yùn)輸需求。

3 總體設(shè)計原則

3.1 水庫坍岸和岸線選擇

庫區(qū)公路具有不同于一般公路的顯著特性和要求［5］。在一般公路地形、地質(zhì)選線的基礎(chǔ)上，更應(yīng)深入研究水庫坍岸對總體方案的影響。

3.1.1 工程地質(zhì)概況

庫區(qū)以高山峽谷地貌為主，河谷切割深，坡度大，局部達(dá)50°～70°，多呈“V”字型。無斷層，地下水主要為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。地震動峰值加速度為0.20 g，地震動反應(yīng)譜特征周期（以K223+200為界）分別為0.40 s和0.45 s。主要地層為第四系崩坡積層、沖積層和洪積層，侵入于中-晚三疊世竹卡群中的花崗巖和三疊系竹卡群英安巖、流紋巖、石英砂巖、板巖、片巖和礫巖。不良地質(zhì)主要有崩塌、泥石流和水庫坍岸。

3.1.2 水庫坍岸預(yù)測方法

水庫蓄水后，庫區(qū)局部庫岸的松散堆積層和破碎風(fēng)化巖受庫水浸泡、風(fēng)浪及波浪沖擊、水流侵蝕、水位變化及干濕交替等影響，巖土體抗剪強(qiáng)度降低及庫水漲落引起庫岸地下水動水壓力變化，形成庫岸侵蝕的再造變形和庫岸后移，即水庫坍岸［6］。

目前，水庫坍岸的預(yù)測主要有卡丘金法、佐洛塔廖夫法、兩段法、庫岸結(jié)構(gòu)法等方法。郭維祥等［7］研究認(rèn)為，卡丘金法用于山區(qū)峽谷型水庫時，實(shí)際坍岸寬度要比預(yù)測的小得多，預(yù)測結(jié)果偏于安全；佐洛塔廖夫法考慮了水下堆積淺灘的作用，而在山區(qū)型水庫的坍岸過程中，較難在岸邊形成堆積淺灘，因而其結(jié)果與實(shí)際相差甚遠(yuǎn)；兩段法和庫岸結(jié)構(gòu)法均適合山區(qū)型水庫坍岸預(yù)測，其中兩段法適用于均質(zhì)或類均質(zhì)松散堆積體坡岸的坍岸預(yù)測，庫岸結(jié)構(gòu)法適用于松散堆積體坡岸物質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜和水庫死水位以上存在相對靜水帶的坍岸預(yù)測。

結(jié)合庫區(qū)的特點(diǎn)、庫岸地質(zhì)結(jié)構(gòu)和松散體物質(zhì)組成，選用兩段法作為預(yù)測方法。在路線走廊帶內(nèi)，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)遙感成果、航拍影像資料，從宏觀角度對可能發(fā)生坍岸的工點(diǎn)做出初判，再進(jìn)行現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查、物探、鉆探等工作。用兩段法預(yù)測坍岸發(fā)生的范圍，為地質(zhì)選線提供技術(shù)支撐。

對膠結(jié)較好的堆積體，還需驗(yàn)算在飽和狀態(tài)下堆積體沿土巖界面的安全穩(wěn)定性。

3.1.3 庫區(qū)岸線選擇

庫區(qū)選線時，若對水庫坍岸預(yù)測重視不夠，會導(dǎo)致運(yùn)營期間的大量道路病害。昌都市境內(nèi)某電站庫區(qū)復(fù)建公路，總長約23 km，其設(shè)計高程在正常蓄水位以上10～30 m，蓄水2年后，全路段共產(chǎn)生54處病害，影響交通運(yùn)行，造成嚴(yán)重不良后果。高紹清等［8］研究認(rèn)為，為確保庫區(qū)復(fù)建公路安全，覆蓋層岸坡段應(yīng)高于庫區(qū)正常蓄水位50 m，完整硬巖地段應(yīng)高于庫區(qū)正常蓄水位10～20 m，風(fēng)化破碎硬巖、軟巖地段應(yīng)高于庫區(qū)正常蓄水位30～40 m。在此原則上，靈活應(yīng)用適應(yīng)地形的技術(shù)指標(biāo)［9］，重點(diǎn)優(yōu)化水庫坍岸范圍內(nèi)路線方案。

（1）能繞盡繞。對預(yù)測范圍大、厚度大的水庫坍岸，可采用回頭展線或提前調(diào)整路線高程等方式予以繞避；對無條件通過明線繞避的路段，應(yīng)采用隧道方案，隧道洞門、洞身均需避開坍岸影響。

（2）合理繞避+處治。研究表明，路基外邊緣坍塌體厚度≤10 m時，設(shè)置樁基托梁擋土墻、擴(kuò)大基礎(chǔ)擋土墻、樁板墻等工程措施，能消除坍岸對公路安全的威脅。對坍塌規(guī)模小和大型坍塌體后緣需要布線的區(qū)域，可通過坍岸厚度預(yù)測坍岸范圍，以路基不超出該范圍為控制進(jìn)行布線。

K258+200～K261+450段位于水庫坍岸影響范圍內(nèi)，受滇金絲猴國家級保護(hù)區(qū)（2 800 m以上范圍）、K258+640～K259+280及K260+450～K261+350預(yù)測坍岸范圍、地形等控制，采用“合理繞避+處治”的原則，在路基上邊坡坡口不侵入保護(hù)區(qū)的前提下，路線盡可能布設(shè)于預(yù)測坍岸范圍后緣，未能繞避的路基下邊坡采用擴(kuò)大基礎(chǔ)擋墻、樁板墻防護(hù)，防護(hù)長度僅357 m，極大地節(jié)省了工程造價，確保了路基安全。水庫坍岸段路線方案見圖1。

3.2 壩址區(qū)線位選擇

為不影響省道通行能力，方便電站進(jìn)出場，減少對電站施工干擾，確保壩址區(qū)開挖時省道的運(yùn)營安全，需從以下幾方面研究壩址段的合理布設(shè)：

（1）發(fā)揮省道功能，減少電站建設(shè)對通行能力的影響。電站建設(shè)周期長且需投入大量施工人員和機(jī)械，應(yīng)采取“近而不進(jìn)”的原則，以保持與電站施工場區(qū)的距離，消除施工車輛與社會車輛的相互影響。

（2）方便電站施工和運(yùn)營期的進(jìn)出需要。預(yù)留進(jìn)出電站施工場區(qū)和管理區(qū)的接線條件，方便物資特別是大件經(jīng)由該路運(yùn)入施工場地。

（3）處理好路線與壩址開挖的關(guān)系。為防止壩址處山體開挖中斷交通，應(yīng)選用隧道繞行壩址區(qū)。壩址開挖設(shè)計線需保持與隧道的安全距離，確保爆破施工對隧道安全無影響；隧道標(biāo)高應(yīng)控制在蓄水位以上一定高度，不影響壩體的防滲處理；庫區(qū)的隧道洞口，還需避開水庫坍岸的影響。

按以上原則，擬定邦多電站壩址段路線方案，見圖2。該電站壩址處地質(zhì)條件較好，河谷狹窄，壩體兩側(cè)山體開挖設(shè)計最大高度約100 m。壩址下游臺地為電站施工場站，電站建設(shè)工期6年。采用2 986 m長的隧道繞避壩址區(qū)，隧道進(jìn)口附近的路基標(biāo)高高于蓄水位53 m，隧道洞身與設(shè)計的壩體開挖線最小距離176 m，洞身高于壩體防滲處理范圍55 m，避開了對電站施工的干擾。壩址下游的路基段預(yù)留接線位置，并合理控制進(jìn)場道路的工程規(guī)模。

3.3 庫區(qū)橋梁方案擬定

（1）適當(dāng)提高設(shè)計等級?，F(xiàn)階段，跨江橋及跨支溝大橋的施工難度小。蓄水后的庫水位和水深相對平穩(wěn)，變化較小，但新建橋梁的施工難度顯著加大，導(dǎo)致工程投資急劇增加。加之為規(guī)劃省道，除按照規(guī)范和道路等級選擇相應(yīng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)外，還應(yīng)考慮道路提質(zhì)升級改造的需要，適當(dāng)提高橋梁建設(shè)等級、標(biāo)準(zhǔn)。

（2）合理優(yōu)化橋址。庫區(qū)的橋址除了按該地區(qū)省道的設(shè)計原則選定外，還需針對預(yù)測坍岸的影響，按岸坡結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定條件以及坍岸的影響程度［10］，將橋址的岸坡劃分為穩(wěn)定、不穩(wěn)定類型，預(yù)測是否發(fā)生坍岸，做出穩(wěn)定性評價，給出優(yōu)化橋址建議。對需要優(yōu)化的橋址，應(yīng)綜合路線指標(biāo)、路基防護(hù)、隧道方案、施工難易度、工程造價等比選論證，確保優(yōu)化后方案的安全、耐久、適用、經(jīng)濟(jì)、合理。

（3）提高強(qiáng)震區(qū)深水大跨連續(xù)剛構(gòu)橋梁的安全性。水電站建成后，跨庫區(qū)橋梁的部分橋墩將被淹沒于蓄水位以下，由旱橋變成深水墩橋梁。在強(qiáng)震區(qū)，樁-土相互作用、動水效應(yīng)以及地震作用下橋墩流固耦合作用［11］對橋墩乃至全橋產(chǎn)生不利影響。該公路跨江橋的跨徑組合為［2×20+（75+140+75）+2×20］m，橋長371.5 m，主墩最大高度為102 m（蓄水后淹沒80.3 m），為典型的強(qiáng)震區(qū)高墩深水大跨連續(xù)剛構(gòu)橋。設(shè)計中，充分考慮其不利組合影響，提高橋梁安全性。

（4）做好水環(huán)境保護(hù)。集中排除橋面匯水，在橋頭合適位置設(shè)置油水分離池，保護(hù)水環(huán)境的同時，滿足應(yīng)急管理要求。

3.4 道路安全性能提升

在設(shè)計中樹立“以人為本、容錯糾錯”的寬容性設(shè)計理念，提高道路的安全性能［12］。

（1）路線方案擬定時，做好平、縱、橫三者的均衡組合，并與自然環(huán)境協(xié)調(diào)。方案確定后，根據(jù)雙向車輛運(yùn)行速度模擬檢驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行協(xié)調(diào)性評價，優(yōu)化協(xié)調(diào)性差路段的平、縱面指標(biāo)，以形成連續(xù)的速度平衡。

（2）為消除臨崖、臨庫路段的安全隱患，宜提高路側(cè)安全防護(hù)等級，確保道路安全運(yùn)營。

3.5 環(huán)保與景觀

公路沿線的地面橫坡陡峻，地形、地質(zhì)、水文條件復(fù)雜，地質(zhì)病害多，生態(tài)環(huán)境脆弱，植被如被破壞，則很難恢復(fù)現(xiàn)狀［13］。全線棄方量巨大，需多方消納，本著“不破壞就是最大的保護(hù)”原則，盡可能減少對環(huán)境的影響。

（1）做好施工組織設(shè)計。合理選取棄土場位置及對應(yīng)的棄土范圍，明確要求路基挖方段采用小劑量爆破工藝，從源頭遏制隨挖隨棄，防止破壞公路標(biāo)高以下坡面的脆弱植被。

（2）合理消納，減少棄方。將挖方中的硬質(zhì)巖石加工成塊片石、碎石和機(jī)制砂。該公路共加工利用挖余石方約290×104 m3，節(jié)省工程造價約8 700萬元，減少了棄方的占地面積，經(jīng)濟(jì)、社會效益顯著。

（3）棄土場的專項(xiàng)設(shè)計。為防止發(fā)生水土流失、滑坡、泥石流等次生災(zāi)害，需加強(qiáng)地勘工作，合理規(guī)劃棄土場的選址［14］，并進(jìn)行棄土場的穩(wěn)定性、防護(hù)、排水、綠化等專項(xiàng)設(shè)計［15］。

4 結(jié)語

受大件運(yùn)輸特性、地形、地質(zhì)、庫岸等影響，臧東南地區(qū)兼顧大件運(yùn)輸?shù)膸靺^(qū)省道總體設(shè)計時，宜改變困難路段降低技術(shù)等級的通行做法，采用三級公路標(biāo)準(zhǔn)；適合本地區(qū)地形、地質(zhì)條件下的水庫坍岸預(yù)測方法為“兩段法”；水庫庫區(qū)選線時，要充分考慮水庫坍岸影響，合理繞避或處治，確保公路全壽命周期內(nèi)的運(yùn)營安全；壩址區(qū)布線時，需兼顧電站設(shè)計、施工及進(jìn)場道路，避免受電站施工影響；庫區(qū)橋梁方案擬定需優(yōu)化橋址，并提高深水大跨橋梁的抗震性能；為增強(qiáng)道路安全性，應(yīng)均衡選用路線指標(biāo)組合，并提高路側(cè)安全防護(hù)等級；做好棄方消納，棄土場設(shè)計，可有利于節(jié)約工程造價、有效保護(hù)環(huán)境。

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收稿日期：2024-03-11

作者簡介：張正偉（1978—），高級工程師，主要從事公路總體、路基路面專業(yè)勘察設(shè)計工作。