山西某高速公路路線方案比選

袁英爽

（鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津市 300251）

山西某高速公路路線方案比選

袁英爽

（鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津市 300251）

在煤儲(chǔ)量豐富的山西，高速公路路線的布設(shè)經(jīng)常會(huì)遇到煤礦采空區(qū)、煤層氣井、管線、水源地及生態(tài)保護(hù)區(qū)等，因此要求設(shè)計(jì)者綜合考慮各種控制因素，并針對(duì)該地區(qū)自然條件的特點(diǎn)，充分考慮當(dāng)?shù)鼐用裆鷳B(tài)環(huán)境保護(hù)區(qū)的要求，合理確定路線方案。本文以山西高沁高速公路為例，進(jìn)行了路線多方案比選，最終確定了合理的路線方案，為類似地區(qū)的路線方案比選提供了參考。

高沁高速；采空區(qū)；風(fēng)景區(qū)；路線；方案比選

1　工程概況

高平—沁水高速公路位于山西省晉城市所轄高平市及沁水縣境內(nèi)。起點(diǎn)位于高平市河西鎮(zhèn)常樂(lè)村南，與已建成的高平—新鄉(xiāng)高速公路高平—營(yíng)盤（省界）段相接，并在此與二廣國(guó)家高速公路形成十字交叉樞紐互通立交；終點(diǎn)位于沁水縣龍港鎮(zhèn)中木亭，與陽(yáng)城—翼城高速公路相接形成丁字交叉樞紐互通立交。高沁高速公路全長(zhǎng)69.55 km，本文論述的是前34 km位于煤礦采空區(qū)范圍的路線方案的比選，見圖1。

圖1　高沁高速公路地理位置

2　技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)可研批復(fù)意見，高沁高速公路設(shè)計(jì)速度80 km/h，路基寬度24.5 m，雙向四車道，主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1　高沁高速公路主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

3　主要控制因素

高沁高速公路途經(jīng)晉城市高平和沁水兩市縣，該區(qū)域除地形因素外，其他控制因素也較多。路線走向的主要控制點(diǎn)有：起點(diǎn)已建常樂(lè)互通、河西鎮(zhèn)采空區(qū)及規(guī)劃煤礦、高平南互通、河西水源地、南北嶺采空區(qū)、馬村服務(wù)區(qū)、平泉規(guī)劃煤礦、馬村生態(tài)風(fēng)景區(qū)、既有煤礦鐵路專用線及在建嘉南鐵路、馬村互通、唐東煤礦采空區(qū)及全興洗煤廠、老馬嶺隧道、張峰水庫(kù)輸水管線、樊莊互通、中石油煤層氣井及管線、玉溪規(guī)劃煤礦及辦公區(qū)等。

4　路線總體設(shè)計(jì)方案

針對(duì)以上控制因素，結(jié)合地形條件，共提出六個(gè)比較方案B、C、D、D1、D2、D3，共長(zhǎng)32.8 km。其中，D1為路基和高架橋縱斷面比較方案，長(zhǎng)2.7 km；其余為路線比較方案，同精度比較線為B、C線，共長(zhǎng)12.3 km，定性和定量比較方案為D、D2、D3，長(zhǎng)17.8 km，見圖2。

5　路線方案比選

5.1A、B線方案比選

B線方案為原可研路線方案，路線連續(xù)穿越新莊利民煤礦采空區(qū)、鞏村煤礦采空區(qū)、喬村煤礦采空區(qū)、小仙煤礦采空區(qū)、司家川煤礦采空區(qū)等多個(gè)采空區(qū)，采空區(qū)處理范圍較長(zhǎng)，同時(shí)路線右側(cè)緊鄰高壓線。

A線方案從減少路線穿越采空區(qū)長(zhǎng)度、降低工程造價(jià)的角度出發(fā)，路線在跨越丹河后由原來(lái)在鞏村、喬村南通過(guò)改為在村北通過(guò)，避開了新莊利民煤礦采空區(qū)、鞏村煤礦采空區(qū)，僅穿越喬村煤礦、小仙煤礦，減少了采空區(qū)的處理長(zhǎng)度，見圖3。

圖3　A、B線方案比較

優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)述:

A線優(yōu)點(diǎn)：（1）A線方案采空區(qū)長(zhǎng)2 km，較B線（采空區(qū)長(zhǎng)5.3 km）短3.3 km，處理費(fèi)用低；（2）A線基本順應(yīng)地勢(shì)，縱坡較為平緩；（3）A線路線長(zhǎng)度較B線短190 m；（4）土石方數(shù)量較B線少65萬(wàn)m3，長(zhǎng)挖方段落短；（5）遠(yuǎn)離高壓線。

A線缺點(diǎn)：（1）A線線形比B線稍差；（2）線位距離喬村較近，對(duì)附近居民有一定影響。

B線優(yōu)點(diǎn)：線形較順直，平面技術(shù)指標(biāo)較高。

B線缺點(diǎn)：（1）B線位通過(guò)多處采空區(qū)，地面沉陷較為嚴(yán)重，處理費(fèi)用高，對(duì)路基穩(wěn)定性影響大；（2）橋梁長(zhǎng)度較A線長(zhǎng)；（3）高填方和長(zhǎng)挖方較A線長(zhǎng)，土石方數(shù)量大；（4）路線走行位置高壓線密集。

推薦意見:

經(jīng)上述經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合比較，A線方案較B線方案采空區(qū)處理費(fèi)用低、與高壓線干擾小，土石方數(shù)量少，雖然A線方案平面指標(biāo)低于B線方案，但其線形更符合運(yùn)行速度的要求，所以推薦A線方案。

5.2A、C線方案比選

C線方案自懸南K8+900偏離A線方案，在楊界線南側(cè)向西，經(jīng)三家莊北、南嶺南、畢家莊北，在馬村鎮(zhèn)南唐安煤礦專用線南側(cè)與A線方案相接。C線方案穿越已開采的南嶺煤礦和規(guī)劃平泉煤礦，采空區(qū)深度最深140 m，處理深度較深，費(fèi)用高。

A線方案從南嶺和北嶺之間穿過(guò)，避開了規(guī)劃平泉煤礦開采區(qū)，采空區(qū)段落較短，采空區(qū)深度為60 m，處理費(fèi)用較低。

A、C線方案比較段終點(diǎn)位于馬村鎮(zhèn)，從鎮(zhèn)區(qū)規(guī)劃和景觀角度考慮，馬村鎮(zhèn)要求路線在臥佛山以隧道形式通過(guò)，因此兩方案在此均為明洞方案，隧道長(zhǎng)580 m，見圖4。

圖4　A、C線方案比較

優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)述：

A線優(yōu)點(diǎn)：（1）A線穿越采空區(qū)長(zhǎng)度較C線短200 m，采空區(qū)處理深度比C線淺，處理費(fèi)用低；對(duì)平泉煤礦影響小，占?jí)好旱V約0.1 km2，減少了壓煤；（2）馬村臥佛山明洞位于直線路段，不需設(shè)置超高，利于行車安全。

A線缺點(diǎn)：（1）A線線形較C線指標(biāo)稍低；（2）A線長(zhǎng)度較C線長(zhǎng)約159 m，橋梁長(zhǎng)度長(zhǎng)355 m。

C線優(yōu)點(diǎn)：（1）線形指標(biāo)較高；（2）橋梁長(zhǎng)度略短于A線。

C線缺點(diǎn)：（1）占?jí)簢?guó)有平泉煤礦約0.63 km2；（2）穿越南嶺煤礦和回山煤礦采空區(qū)路段長(zhǎng)，處理深度深，工程造價(jià)高；（3）馬村臥佛山隧道位于曲線路段，需設(shè)置超高，不利于行車安全。

推薦意見：

平泉煤礦是高平市國(guó)有重點(diǎn)煤礦，資源數(shù)量?jī)H9.6 km2，高平市政府和平泉煤礦要求盡量少占資源，C線方案占?jí)嘿Y源近0.63 km2，A線方案基本避開了煤礦。同時(shí)，A線方案采空區(qū)處理費(fèi)用較低，經(jīng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合比較，結(jié)合地方政府意見，推薦采用A線方案。

5.3A、D線方案比選

該方案為定性、定量方案比較。D線是根據(jù)老馬嶺隧道軸線段提出的陰坡方案。D線在閣老村北向西，在老馬嶺隧道入口處與A線分離，設(shè)隧道穿越老馬嶺，在樊莊煤焦?fàn)I業(yè)站東側(cè)出隧道，路線沿河南岸山嶺繼續(xù)向西，與331省道走向基本一致，在賈寨村北向南，在樊莊村331省道東側(cè)經(jīng)過(guò)，跨過(guò)331省道，穿越樊莊村，在王回村北與A線相接，見圖5。

圖5　A、D線方案比較

優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)述：

A線優(yōu)點(diǎn)：（1）A線路基為半填半挖，填挖結(jié)合，整體填挖比較均衡；（2）A線位于陽(yáng)坡，對(duì)路基穩(wěn)定較為有利；（3）A線隧道長(zhǎng)度短，工程造價(jià)較低；（4）占用耕地較D線少，對(duì)自然環(huán)境影響較小。

A線缺點(diǎn)：（1）路線右側(cè)路段山體部分段落較陡、山體風(fēng)化較為嚴(yán)重，局部路基防護(hù)工程量較大；（2）走行位置與部分高壓線、輸水管道、煤氣井等交叉干擾。

D線優(yōu)點(diǎn)：（1）路線長(zhǎng)度較A線短214 m，線形指標(biāo)稍高；（2）與高壓線、輸水管道、煤氣井等交叉干擾小。

D線缺點(diǎn)：（1）D線走行位置1 400 m范圍處于破碎帶中，同時(shí)濕陷性黃土分布廣，不良地質(zhì)路段長(zhǎng)，路基防護(hù)工程量大；（2）D線地形較A線高程高，出老馬嶺隧道后連續(xù)降坡，路基全斷面挖方段落長(zhǎng)，填挖方比例為1∶5.3，不夠均衡，挖方量大，對(duì)自然環(huán)境影響較大；（3）D線位于陰坡，對(duì)路基穩(wěn)定性不利；（4）隧道長(zhǎng)2 130 m，較A線長(zhǎng)395 m，工程造價(jià)高；（5）線位所處位置大部分為耕地，影響沿線居民的生產(chǎn)、生活；（6）終點(diǎn)在樊莊村中心穿過(guò)，附近多醫(yī)院、學(xué)校，對(duì)村民生活影響大。

推薦意見：

經(jīng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合比較，A線方案布設(shè)于陽(yáng)坡，填挖較均衡，具有占用耕地較少、隧道長(zhǎng)度短、地質(zhì)條件較D線方案好、工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，所以推薦A線方案。

5.4A、D1線方案比選（縱斷面比選方案）

該方案主要考慮高平市河西鎮(zhèn)的意見，從河西鎮(zhèn)發(fā)展規(guī)劃角度考慮，城鎮(zhèn)向南發(fā)展而考慮的縱斷面比較方案，為定性、定量方案比較，比較范圍為K0+400～K3+100，長(zhǎng)2.7 km。D1線與A線平面一致，縱斷面抬高，為高架橋段，對(duì)應(yīng)A線為路基方案，并預(yù)留部分通道，見圖6。

優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)述：

A線優(yōu)點(diǎn)：采用路基方案，除既有道路采用通道或橋梁之外，另預(yù)留了三個(gè)通道，采用路基+通道方案，節(jié)省工程造價(jià)。

A線缺點(diǎn)：高填方路基對(duì)河西鎮(zhèn)規(guī)劃有一定限制，對(duì)視覺(jué)景觀有影響。

D1線優(yōu)點(diǎn)：采用高架橋方案，對(duì)周圍景觀影響小，利于河西鎮(zhèn)向南發(fā)展。

D1線缺點(diǎn)：投資規(guī)模增很多。

推薦意見：經(jīng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合比較，推薦采用路基+通道方案。

5.5A、D2、D3線方案比選

該方案比選路段有唐安煤礦鐵路專用線與A線平行，緊鄰鐵路專用線北側(cè)為擬建的嘉南鐵路，兩鐵路北側(cè)為馬村大型活動(dòng)廣場(chǎng)，南側(cè)為馬村臥佛山風(fēng)景區(qū)，同時(shí)平泉煤礦部分開采區(qū)位于臥佛山下，平泉煤礦為高平市國(guó)有煤礦，該礦區(qū)早期私挖亂采嚴(yán)重，據(jù)調(diào)查，3號(hào)煤和9號(hào)煤均有不同程度的開采。馬村鎮(zhèn)和平泉煤礦在此路段意見不一致。馬村鎮(zhèn)意見是：路線在風(fēng)景區(qū)通過(guò)，不能影響其整體景觀，應(yīng)以隧道形式通過(guò)；平泉煤礦意見是：路線盡可能不占用開采區(qū)。針對(duì)上述意見分別考慮了鐵路北側(cè)躲避平泉煤礦的D3方案、以隧道形式從臥佛山山體中部穿越的D2方案，并與推薦線A線進(jìn)行了比較，見圖7。

圖7　A、D2、D3線方案比較

5.5.1A、D2線方案比選

A線方案線位緊鄰鐵路專用線南側(cè)平行布設(shè)，在馬村鎮(zhèn)廣場(chǎng)南側(cè)的臥佛山腳下經(jīng)過(guò)，臥佛山是馬村鎮(zhèn)重要的風(fēng)景區(qū)，山上有吉祥寺等景點(diǎn)，山坡種植有烏克蘭櫻桃、薄皮核桃等經(jīng)濟(jì)林。由于馬村鎮(zhèn)政府不同意高速公路隔斷此風(fēng)景區(qū)，所以A線方案在臥佛山設(shè)置580 m長(zhǎng)的明洞，并考慮洞頂恢復(fù)植被、進(jìn)行綠化美化與周邊景觀協(xié)調(diào)，見圖8。

圖8　A線臥佛山明洞效果圖

D2線方案通過(guò)暗挖隧道在鐵路南側(cè)臥佛山山體中部穿越，降低了對(duì)臥佛山風(fēng)景區(qū)的影響。路線從北嶺村南偏離A線，向西北局部繞開平泉煤礦邊界，向西修建暗挖隧道長(zhǎng)520 m穿過(guò)臥佛山中部山體，在平泉煤礦廠區(qū)北側(cè)與A線相接，見圖9。

圖9　A、D2線方案比較

優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)述：

A線優(yōu)點(diǎn)：（1）A線采用路基方案，從臥佛山山腳經(jīng)過(guò)，縱坡沿自然地勢(shì)，填挖方量較小，工程規(guī)模較小；（2）路線貼近既有鐵路，與鐵路共用走廊帶，盡量減少占用耕地，利于當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)生活；（3）通過(guò)臥佛山采用明洞方案，滿足馬村鎮(zhèn)以隧道形式通過(guò)的要求；（4）占用平泉煤礦資源少（較D2線少0.05 km2），對(duì)平泉煤礦影響小；（5）明洞隧道通過(guò)臥佛山較暗洞通過(guò)施工工期短，工藝相對(duì)容易、工程造價(jià)低。

A線缺點(diǎn)：（1）隧道頂恢復(fù)景觀僅在一定程度滿足當(dāng)?shù)氐木坝^要求，并不能完全恢復(fù)原風(fēng)貌；（2）設(shè)置隧道增大了工程投資規(guī)模。

D2線優(yōu)點(diǎn)：D2線方案為暗挖隧道方案，對(duì)風(fēng)景區(qū)影響小。

D2線缺點(diǎn)：（1）采用暗挖隧道方案穿越臥佛山，隧道位于采空區(qū)范圍，與明洞方案相比，處理采空區(qū)施工工序復(fù)雜，施工周期長(zhǎng)；（2）本方案隧道為暗挖連拱隧道，隧道較長(zhǎng)，洞頂覆土厚度小，工程施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)大，造價(jià)較高；（3）隧道從山頂寺廟下穿過(guò)，施工期間的爆破震動(dòng)可能對(duì)寺廟磚木結(jié)構(gòu)造成破壞；（4）線位穿越平泉煤礦范圍較A線大，壓煤多，平泉煤礦不同意該方案。

推薦意見：

綜合考慮工程投資、施工難度、地方需求，確定A線明洞方案為該段推薦方案。

5.5.2A、D3線方案比選D3線方案是考慮平泉煤礦的意見，減少壓煤、避免與規(guī)劃的煤礦辦公區(qū)沖突而設(shè)置。 路線與D2線起點(diǎn)相同，都從北嶺村南偏離A線，向西北局部繞開平泉煤礦邊界，之后與D2線分離，路線向北設(shè)橋梁跨越唐安煤礦專用線和在建嘉南鐵路，沿既有鐵路向西，穿過(guò)馬村鎮(zhèn)廣場(chǎng)南側(cè)道路后，在唐東、唐西南設(shè)唐安大橋，在唐東煤礦南側(cè)與A線相接，見圖10。

圖10　A、D3線方案比較

優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)述：

A線優(yōu)點(diǎn)：（1）A線采用路基方案，從臥佛山山腳經(jīng)過(guò)，縱坡沿自然地勢(shì)，填挖方量較小，工程規(guī)模較小；（2）路線貼近既有鐵路，與鐵路共用走廊帶，盡量減少占用耕地，利于當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)生活；③通過(guò)臥佛山采用明洞方案，滿足馬村鎮(zhèn)以隧道形式通過(guò)的要求。

A線缺點(diǎn)：（1）隧道頂恢復(fù)景觀僅在一定程度滿足當(dāng)?shù)氐木坝^要求，并不能完全恢復(fù)原風(fēng)貌；（2）設(shè)置隧道增大了工程投資規(guī)模。

D3線優(yōu)點(diǎn)：（1）路線跨過(guò)既有唐安煤礦專用線之后，線位離開平泉煤礦，占?jí)好禾抠Y源最少，對(duì)平泉煤礦規(guī)劃影響最小；（2）縱坡平緩，線形指標(biāo)較高。

D3線缺點(diǎn)：（1）兩次跨越煤礦鐵路專用線和嘉南鐵路，橋梁長(zhǎng)度長(zhǎng)、造價(jià)高；（2）跨越鐵路后多次跨越既有道路，路基為高填方，土方量大，對(duì)當(dāng)?shù)鼐坝^有較大影響；（3）路線從馬村廣場(chǎng)前規(guī)劃新區(qū)通過(guò)，馬村鎮(zhèn)不同意該方案。

推薦意見：

綜合考慮工程投資、施工難度、地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展及景觀需求，并經(jīng)地方政府協(xié)調(diào)，確定A線明洞方案為該段推薦方案。

6　結(jié)　語(yǔ)

在煤礦采空區(qū)廣泛分布的山區(qū)，路線選線應(yīng)盡量繞避，不僅可以降低地基處理費(fèi)用，也可以避免后期的沉降對(duì)公路的危害；同時(shí)隨著各地經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以人為本的設(shè)計(jì)理念非常重要，修路是造福于民，在路線選擇上除了要結(jié)合地形特點(diǎn)外，還要盡量滿足地方要求，尤其在是穿越景觀區(qū)、生態(tài)區(qū)等敏感區(qū)域時(shí)，更要深入現(xiàn)場(chǎng)，充分征求地方意見，滿足環(huán)保需求，確定合理的路線方案。

[1]JTG B01—2003，公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

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

[3]交通部公路司.新理念公路設(shè)計(jì)指南[M].北京：人民交通出版社，2005.

[4]交通部公路司.降低造價(jià)公路設(shè)計(jì)指南[M].北京：人民交通出版社，2005.

[5]JTG D70—2004，公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

U412.3

B

1009-7716（2016）02-0039-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.02.010

2015-09-28

袁英爽（1970-），女，河北人，高級(jí)工程師，從事道路設(shè)計(jì)工作。