汶馬高速公路總體設計與技術創新

陳朝暉 何云勇,2 劉 平

(1.四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610041； 2.西南交通大學土木工程學院，四川 成都 610031)

0 引言

汶川至馬爾康高速公路地處四川盆地西北邊緣與青藏高原東緣交錯接觸帶；起點順接已建成通車的映秀至汶川高速公路，路線沿國道G317線走廊，途經汶川、理縣、馬爾康，止于四川省阿壩藏族羌族自治州州府馬爾康，路線總長170 km。汶馬高速公路具有“高寒、高海拔、高烈度，地形地質條件復雜”的特點，本文總結了項目總體設計思路，針對路線長大下坡，高烈度地區橋梁、隧道抗震，崩塌、滑坡、泥石流等地質災害處治，狹窄地形條件下互通式立交布設等方面，提出了創新設計方法，該成果可供高烈度高山峽谷區高速公路設計參考。

1 項目特點及重難點

汶馬高速公路處于四川盆地與青藏高原東南緣過渡帶的高烈度艱險山區，地形狹窄，地質條件復雜，沿線分布米亞羅斷裂和松崗斷裂，地層巖性以變質巖為主，其中汶川至理縣段主要為志留—泥盆系千枚巖、變質石英砂巖；理縣至馬爾康段主要為三疊系的變質砂巖與板巖互層，夾千枚巖；地震動峰值加速度為0.10g～0.20g，地震烈度為7度～8度。項目全線分布崩塌、滑坡、泥石流等不良地質災害134處，處治難度大。

本項目鷓鴣山至汶川下行方向，存在局部長大下坡，影響運營安全。汶馬高速公路橋隧比例高，橋梁占比35%、隧道占比57%，高烈度地震區橋梁、隧道抗震設計面臨巨大挑戰。另外，狹窄地形下互通式立交設計、基于地域文化的環保設計等也是本項目的難點。

2 總體設計思路

“安全至上”的安全設計。采用綜合的地質勘察手段，查明沿線重大不良地質，繞避(穿越)重大不良地質災害。采用運行速度的設計方法動態配置技術指標，達到路段內運行速度的均衡、協調，確保行車安全。采用加寬下坡側硬路肩并調整路肩的路面形式，建立積雪冰凍的監測預警系統等，保障冰雪下坡路段行車安全。

“全壽命周期成本”的經濟設計。結合項目的建設條件，合理運用技術指標，對汶川樞紐互通、獅子坪隧道、鷓鴣山隧道以及理縣、米亞羅等城鎮過境路段，進行多層次精細化方案比選，降低建設規模、減小實施難度、控制工程造價是關鍵。

“保護環境、節約資源”的生態設計。通過合理運用技術指標、路線方案優選、分項工程優化設計等，最大限度地保護環境，避免或減少挖方、棄方及棄渣規模；合理布設棄土、棄渣場地，保護沿線環境、維護沿線生態；充分利用暴雨流量較小的平緩支溝合理進行高填路堤設計，利用平緩地形填筑加寬路基兼作為臨時停車區或應急避難場，利用隧道出渣作為自采筑路材料，盡量消化路基棄方及隧道出渣。

以精細化為手段的“新技術新方法”創新設計。采取“空—地”一體的綜合勘察方法，以收集區域地質資料和外業地調測繪為主，輔以必要的鉆探、物探和坑槽探工作，掌握沿線的地質災害情況，開展多層次精細化的方案比選，運用成熟措施治理一般災害，創新的檔防結構治理高位崩塌，提高道路的防災減災能力，實現生命線“避風險、保安全、降造價”的建設目標。

3 關鍵設計技術創新

3.1 長大下坡路段運營安全設計對策

路線縱面高程從汶川1 320 m上升到鷓鴣山3 226 m，高差大，海拔高。受高山分割影響，沿線氣候條件差異大，面臨長大下坡影響高速公路運營安全的潛在風險。

路線縱面設計首先合理選定鷓鴣山越嶺隧道的進出口高程，降低高差。其次變長大連續下坡為非連續下坡，縱斷面在獅子坪隧道設計插入3 km以上的緩坡或反坡進行分段，實現非連續化下坡，從而提高行車的安全性。第三，以服務區或停車區進行分段，實現非連續化下坡。在長下坡路段設置服務區、停車區，為大貨車試剎車、治超標檢測、加水降溫以及疲勞駕駛休息提供場地條件，必要時可強制載重大貨車進入服務區或停車區檢查休息，實現了服務區或停車區將連續長下坡變為非連續化，并輔以剎車失靈緊急撤離車道，使長下坡路段運營中各種不安全因素得到有效控制。第四，增加下行車道數，在獅子坪隧道進口端停車區外，利用硬路肩，并加寬1.25 m，使下坡方向增加一個車道，由兩車道變為三車道，以較小的工程規模，增加一條車道，冬季可讓大貨車靠最右側分段分道行駛[1]。第五，加強交通安全設施設計，達到提高營運安全的目的。

3.2 典型地質災害防治創新設計

1)滑坡處治。

汶馬高速公路工程地質條件復雜，高原高寒施工環境惡劣，創新設計了H形圓形截面抗滑樁，提升圓形抗滑樁抗彎能力，采用機械成孔，降低了施工難度，節約了施工工期，降低施工風險。如圖1所示，H形圓形截面抗滑樁在汶馬高速克枯滑坡、維關滑坡、GZK99+438～GZK99+531斜坡高填路堤等工點得到了推廣和應用，效果良好。

創新設計的抗滑樁錨索框架梁剛柔組合支護結構，將剛性抗滑樁和柔性錨索有效結合，減小了抗滑樁的樁長及截面，提高了抗滑樁的適用性及作用效果。如薛城互通C匝道右側高邊坡處治。

2)泥石流處治。

基于泥石流活動與分布規律進行選線，針對山區道路泥石流成災特點，提出了道路泥石流治理模式，設計采用了泥石流翼型墩匯流結構、速排結構、消能結構等方式，在彭家河壩泥石流進行成功運用。如圖2所示，彭家河壩泥石流溝采用明洞+抗滑樁+排導槽+臨河樁基托梁擋墻+頂沖護岸結合標示標牌等綜合處治，取得良好的效果。

3)高位崩塌危巖處治。

創新提出了一種復雜山區橋隧連接結構，包括防落石高填明洞、明洞回填土石、EPS、輪胎緩沖層、黏土隔水層等緩沖層。如圖3所示，桑坪隧道進口邊仰坡陡峻，危巖發育，防落石高填明洞提高了抗災能力。

為降低落石對行車影響，設計整幅路基的牽手式防落石柔性鋼棚洞。如圖4所示，該防護結構包括兩個交錯布置的防護棚、基座組及減振單元，通過共同作用抵抗危巖落石的威脅。汶馬高速公路K59+800～K60+400右側危巖處治設計，采用了該種防護結構與隧道連拱明洞相接，減小危巖落石對行車的威脅，效果良好[2]。

3.3 橋梁創新設計

針對高烈度、高海拔地區復雜條件下的互通橋梁設計難題，同時原創研發和采用了多種鋼結構橋梁技術，通過結構形式優化與設計創新，提高橋梁施工效率、抗災能力，降低工程造價。汶川克枯大橋位于汶川縣境內，是汶馬高速的重要工點，距離龍門山活動斷裂帶約4 km，50年超越概率2%的地震動峰值加速度達0.35g。設計上，該橋從結構、材料、體系三個不同維度，提出抗震技術的成套解決方案，共同提升了橋梁的抗震能力。采用的高強輕質鋼管混凝土橋梁，與預應力混凝土T梁橋比較，減少混凝土用量55%；與鋼結構橋梁比較，減少鋼材用量38%，節約了資源，保護了環境。

橋梁抗震設計提出“中震可修、大震不倒”的思路，支座采用鉛芯、高阻尼等新型耗能支座；上部構造輕型化、防止落梁措施、長橋變短橋等新理念、新思路[3-6]。

為進一步探索藏區在復雜山區地形、惡劣氣候、生態脆弱、高烈度地震、材料、人工成本逐年增加等建設條件下的適宜中小跨徑橋型結構，汶川克枯、下莊特大橋根據橋位建設條件、技術標準和技術論證，確定主梁、橋墩采用鋼管混凝土桁式結構。

3.4 隧道創新設計

采用“預留加固空間、消能層設計、小段澆筑”的結構型式穿越活動斷裂技術。汶川1號隧道有茂汶斷裂的西支(F1)在隧道洞身段通過，該斷裂具備全新世活動性，屬逆斷兼右旋走滑性質，平均滑動速率為：水平0.9 mm/年～1.1 mm/年，垂直0.9 mm/年～1.1 mm/年。根據其百年位移量，對活動斷裂180 m段落采用“預留加固空間、消能層設計、小段澆筑”的結構型式。內空斷面整體擴大40 cm，采用雙層鋼筋混凝土二次襯砌，在兩層二次襯砌之間設置25 cm厚泡沫混凝土作為消能隔離層，分小段(9 m一模)澆筑二次襯砌并設置5 cm寬的減震縫。

巧借國道架便橋，永臨結合建通道，“長隧短打”保工期。獅子坪隧道是汶馬高速公路控制性工程之一，長13.1 km，埋深1 300 m，進口海拔為2 500 m，出口海拔為2 600 m，為省內最長、通風規模最大的高海拔隧道。該隧道山體渾厚，坡體無深切溝谷，且海拔高，無法設置斜井及豎井。從洞口施工，需要的工期超長。為解決中間段施工通道橫跨獅子坪水庫的問題，設計修建了一座90 m的隧道及長353 m的索道橋作為施工便橋，該索道橋為亞洲最長；設置了3處通風橫洞，分別長2.4 km，1.5 km，1.6 km，將這個隧道分成3.3 km，3.0 km，4.5 km及2.3 km共四段。設計時按照“長隧短打”的指導思想，3個通風橫洞貫通后均參與主線隧道施工。相較于只由主線隧道進出口進行施工，節約工期3年。

設置多功能交通轉換帶，“長隧短運”安全防災與養護創新設計。為改善超特長隧道防災救援與維修的交通轉換條件，在洞內設置了2處交通轉換帶。當隧道內發生交通事故或需檢修封道時，通過交通轉換帶，大大降低了對向車輛行駛的距離，提升了交通安全系數。

3.5 互通式立交創新設計

汶川至馬爾康高速公路針對地形地質所限造成沿線服務管理設施布設場地困難，創新互通與服務管理設施的填方綜合體設置技術，在保障合理交通組織的基礎上，充分利用互通區較好的場地條件、匝道間空地，綜合布設服務及管理設施，自造和集約用地，滿足沿線服務設施和立交的布設。

3.6 藏羌風情景觀創新設計

構建一條藏羌文化風情生態走廊，建設“原上珠鏈、美麗高速”。讓駕乘人員在汶馬高速全程既能欣賞到民族與現代元素撞擊的色彩之美，混凝土樸實無華、自然沉穩的莊重之美，又能感受到獨特絕美的自然風光和羌藏文化的魅力，讓人們在這條蜿蜒盤旋的“云上高速”上獲得獨特的藝術享受[7]。

提出基于地域文化基因的景觀創新設計，如圖5所示，在古城隧道內繪制一幅初夏317線的畫卷，通過洗墻燈色彩渲染，營造走向的曙光意境，提升隧道通行的安全性和舒適性。

如圖6所示，獅子坪隧道進口段以明亮的燈光投射在秋林水墨畫上，駕乘人員不至于枯燥乏味而疲勞，最重要的是特殊的光影段把13 km特長隧道分成了5個不同的部分，從深秋到寒冬，使駕乘感覺在相對短的隧道穿行。

4 結語

汶川至馬爾康高速公路地形狹窄、地質條件復雜，項目建設面臨路線長大下坡，地質災害處治難度大，橋隧比例高，抗震設防要求高等諸多難題。本文從項目重難點切入，總結了總體設計原則，提出了長大下坡安全運營設計對策，創新了崩塌、滑坡、泥石流等地質災害處治設計方法，研究了橋梁、隧道抗震設計措施，提出了基于地域文化基因的景觀設計理念，研究成果可供高烈度高山峽谷區高山公路設計參考。