山區(qū)高速公路選線技術(shù)研究

鄭 旺

(中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司,北京 102600)

山區(qū)高速公路在連接山區(qū)與城市之間發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,對于推動經(jīng)濟發(fā)展及改善山區(qū)居民生活具有極其重要的意義[1]。但地形復雜、氣候惡劣、地質(zhì)災害頻發(fā)等因素給山區(qū)高速公路選線帶來了一系列難題。

某高速公路項目是當?shù)厥姓肪W(wǎng)規(guī)劃中的第八橫,全長73.460 km,雙向四車道,允許最高行車速度為80 km/h,路基總寬度25.5 m(包括行車道寬度、中間帶寬度、硬路肩寬度及土路肩寬度)。為提高交通安全性,該項目與其他地方等級公路及鄉(xiāng)間道路交叉時均采用分離交叉方式。以該項目中穿越Z煤礦區(qū)段為例,針對其路線設(shè)計及比選進行分析。

1 路線方案布設(shè)及比選論證

1.1 線路布設(shè)

為了不漏掉任何有價值的路線方案和走廊帶,充分貫徹安全、耐久、節(jié)約、和諧的設(shè)計新理念[2],在征求相關(guān)產(chǎn)權(quán)單位意見并分析地形地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上采用適中均衡的技術(shù)標準,合理控制構(gòu)造物、土石方、防護工程及拆遷數(shù)量,制定了多個路線方案進行比較及評估[3]。初步設(shè)計階段,根據(jù)項目工程可行性研究報告確定路線總體走向,進行現(xiàn)場詳細踏勘。綜合考慮地形、地質(zhì)、控制性地物、采空區(qū)及煤礦開采情況等因素,提出以下線路方案,并對其進行比選:

穿越Z煤礦區(qū)。根據(jù)Z煤礦企業(yè)對壓覆煤礦的意見,在綜合考慮排土場位置、跨越既有鐵路方案及對煤礦的影響的基礎(chǔ)上提出A線同深度比較方案(線路長約4.181 km)和C線定性比較方案(線路長約7.876 km)。

根據(jù)工程可行性報告可知,該項目線路位置會侵占約5 km生態(tài)紅線,為了保護當?shù)刈匀簧鷳B(tài),提出一個位于高壓走廊南側(cè)的線路方案,將其標識為K線方案,為推薦線路方案。路線方案布置如圖1所示,線路方案樁號區(qū)間表如表1所示。

圖1 A、K、C線比選方案布設(shè)情況Fig.1 Comparison scheme layout of Line A, K and C

表1 路線方案樁號區(qū)間表Tab.1 Pile number interval of route scheme

1.2 方案比選

為確定推薦線路K線的合理性及可行性。從建設(shè)條件、線形指標、工程規(guī)模、拆遷規(guī)模、優(yōu)缺點及經(jīng)濟性等方面入手,分別與A線方案及C線方案進行對比分析,具體如下:

1.2.1 K線與A線同深度對比

建設(shè)條件。該地段位于高原丘陵區(qū),地勢變化較大,溝谷縱橫交錯。地下地層主要由第四系全新統(tǒng)的人工堆積填土,即黃土狀粉土組成。基巖底部是侏羅系下統(tǒng)的砂巖、泥巖、火燒巖、煤研石及煤層,其中煤層會出現(xiàn)自燃現(xiàn)象。地下水主要是基巖孔隙與裂隙中的水體。

線形指標。K線最小平曲線半徑1800 m,最大縱坡2.2%。A線最小平曲線半徑1000 m,最大縱坡4%。

工程規(guī)模。K線路線長度4 km,挖方3 360 000 m3,填方4 134 000 m3,橋梁0座。A線路線長度4.181 km,挖方3 797 000 m3,填方4 893 000 m3,橋梁0座。

拆遷規(guī)模。K線需拆遷1095 m2;A線需拆遷4770 m2。

優(yōu)缺點。K線路線長度短,指標高,拆遷規(guī)模小,占地小,不經(jīng)過火燒區(qū)。但分割排土場,影響排土,經(jīng)過煤礦未開采及正在開采礦區(qū),開采計劃與本項目實施存在影響。A線可繞避正在開采煤礦區(qū),但路線長度長,指標低,拆遷規(guī)模大,占地大,分割排土場,影響排土,經(jīng)過火燒區(qū),對路及穩(wěn)定性有一定影響,壓覆小部分未開采煤礦。

經(jīng)濟性。結(jié)合上述內(nèi)容對K線及A線的經(jīng)濟性進行綜合對比,具體結(jié)果如表2所示。

表2 K線與A線經(jīng)濟性對比Tab.2 Economic comparison between Line K and A

從表2可以看出,K線方案總體費用比A線方案總體費用少702萬元,因此K線方案具有更好的經(jīng)濟性。

1.2.2 K線與C線定性對比

建設(shè)條件。本段地區(qū)位于高原丘陵區(qū),地形起伏較大,溝谷縱橫交錯,地下的地層主要由第四系全新統(tǒng)的人工堆積填土構(gòu)成,呈現(xiàn)出黃土狀的粉土,在填土之下是侏羅系下統(tǒng)的砂巖、泥巖、火燒巖、煤研石和煤層,其中煤層存在自燃現(xiàn)象,地下水的主要類型是基巖的孔隙裂隙水。

線形指標。K線最小平曲線半徑1500 m,最大縱坡2.2%。C線最小平曲線半徑1300 m,最大縱坡3.3%。

工程規(guī)模。K線路線的總長度為7.3 km,需要挖方4 075 000 m3,填方5 225 000 m3,此線路無需建造橋梁。C線路線的全長為7.876 km,涉及挖方3 797 000 m3,填方4 893 000 m3,此外還需要每間隔1280 m建設(shè)一座橋梁。

拆遷規(guī)模。K線需拆遷面積為3892.3 m2、C線需拆遷面積為178 m2。

優(yōu)缺點。K線路路線長度較短,路線指標優(yōu)秀,占地面積較小,橋梁規(guī)模較小。但K線路在拆遷方面需要較大的規(guī)模,會分割李家渠排土場,對排土工作產(chǎn)生一定的影響。此外,該線路還穿過煤礦尚未開采或正在開采的礦區(qū),可能對礦區(qū)的開采計劃及項目的實施造成一定的影響。C線不壓覆煤礦,對煤礦排土場影響最小,煤礦支持。但路線長度較長,占地面積大,需每1280 m建設(shè)一座橋梁,投資較大。

經(jīng)濟性。結(jié)合上述內(nèi)容對K線及C線的經(jīng)濟性進行綜合對比,具體結(jié)果如表3所示。

表3 K線與C線經(jīng)濟性對比Tab.3 Economic comparison between Line K and C

從表3可以看出,K線方案總體費用比C線方案總體費用少11 914萬元,故K線方案具有更好的經(jīng)濟性。

1.3 結(jié)果

與A線相比,K線路的長度更短,路線指標更優(yōu),穿越排土場的范圍更小,所需占地面積更小,拆遷規(guī)模較小,故建議按照K線路進行施工。

相較于C線,K線路的長度更短,路線指標更優(yōu),穿越排土場的范圍更小,所需占地面積更小,拆遷規(guī)模較小,故按照K線路進行施工。

2 結(jié)束語

山區(qū)地形復雜,地貌多變,這對高速公路的選線布設(shè)提出了很大的挑戰(zhàn)。山區(qū)高速公路的選線過程需考慮多方因素的平衡,不僅包括地形、地質(zhì)、安全及成本等因素,還需重視路網(wǎng)布局、項目功能、工程規(guī)模及區(qū)域協(xié)調(diào)等方面的研究,確保高速公路選線的精細化設(shè)計追求綠色集約、最小影響、最大效益等目標。科學合理的選線可避免高路堤、深路塹及大規(guī)模的土方工程,減少占地面積和破壞,降低資源消耗,實現(xiàn)工程外部約束與內(nèi)部效益的有效平衡,推動山區(qū)高速公路的環(huán)保、安全發(fā)展,為類似工程提供重要借鑒。