山區(qū)高速公路總體設(shè)計優(yōu)化思路與方法分析

鄒鋒

【摘要】文章通過回顧筆者參與的部分山區(qū)高速公路項目勘察設(shè)計階段在總體設(shè)計方面的成功案例，提出了幾點復(fù)雜建設(shè)條件下的高速公路總體設(shè)計優(yōu)化思路與方法，希望能給相關(guān)從業(yè)人員帶來一些啟發(fā)。

【關(guān)鍵詞】山區(qū)高速公路; 總體設(shè)計; 優(yōu)化思路與方法

【中國分類號】U412.32【文獻標志碼】A

1 山區(qū)高速公路總體設(shè)計

設(shè)計是工程建設(shè)的靈魂，而總體設(shè)計是公路設(shè)計的綱，統(tǒng)領(lǐng)整個公路項目設(shè)計，能充分體現(xiàn)公路設(shè)計的先進性、適用性、安全性、經(jīng)濟性。實際工作中，總體設(shè)計強調(diào)統(tǒng)一協(xié)調(diào)路線與各相關(guān)專業(yè)及項目內(nèi)外部的銜接關(guān)系，最終實現(xiàn)路線與相關(guān)專業(yè)成為完整的、合適的系統(tǒng)工程，實現(xiàn)安全、環(huán)保、可持續(xù)性發(fā)展的總體目標。

總體設(shè)計貫穿于勘察設(shè)計全過程，其主要內(nèi)容根據(jù)設(shè)計階段、項目特點以及建設(shè)條件的差異而有所側(cè)重。一般來說，高速公路總體設(shè)計的核心內(nèi)容包括深刻理解項目功能，提煉項目特點與技術(shù)重難點，把控項目建設(shè)規(guī)模與建設(shè)方案，堅持環(huán)境保護與資源節(jié)約的設(shè)計理念以及完善設(shè)計檢驗與安全評價的后續(xù)工作等。

山區(qū)高速公路總體設(shè)計直接決定項目設(shè)計質(zhì)量，如何使項目眾多控制因素，包括自然條件、工程規(guī)模、項目安全性、實施難度、運營成本、環(huán)保景觀、資源節(jié)約、社會需求等多方面的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，達到全社會層面互利共贏的局面，是一項具有挑戰(zhàn)性的工作。

2 總體設(shè)計優(yōu)化思路與方法內(nèi)容

2.1 樹立全壽命周期成本的理念

總體設(shè)計以提升高速公路長期社會效益為目標。

案例一：某高速公路工可方案路線全長約169 km，設(shè)計單位為控制連續(xù)長大縱坡路段的平均縱坡，使局部路段繞行距離過長，工程規(guī)模加大，運營里程加長，環(huán)境影響程度加大，全壽命周期成本高等問題突出，可謂得不償失。

初步設(shè)計階段，總體設(shè)計全面審視全線縱斷面情況，合理規(guī)劃控制性工程的縱斷面高程，果斷提出“壓頂抬底，截彎取直”的優(yōu)化思路，采用大幅壓低全線最高點越嶺隧道標高，抬高跨河谷橋梁標高（不改變橋型）的方法（圖1、圖2）。調(diào)整后，雖然越嶺超長隧道的長度由9.8 km增加至14.4 km，但是路線總里程縮短了17 km，有效解決路線繞行問題;在嚴格控制平均縱坡的前提下，縮短了連續(xù)長大縱坡范圍內(nèi)積雪冰凍嚴重影響路段長度，并且縱斷面設(shè)計巧妙將明線段設(shè)為偏緩的2 %，隧道段設(shè)為偏陡的2.3 %～2.5 %，進一步提高積雪冰凍嚴重影響路段的行車安全性;工程規(guī)模也得到控制，總體優(yōu)化成效顯著。

2.2 樹立安全至上的總體設(shè)計理念

尤其對于建設(shè)條件復(fù)雜的項目，總體設(shè)計在勘察設(shè)計全過程均應(yīng)堅持地質(zhì)選線，安全選線的原則。

案例二：某高速公路地形地質(zhì)復(fù)雜路段，初步設(shè)計階段布設(shè)有B12線與K線進行同精度比較;由于B12存在高位崩塌、滑坡、順層、坍岸等問題，最終推薦采用主要以隧道方式繞避地質(zhì)災(zāi)害路段的K線方案，具體如圖3所示。

施工圖階段新發(fā)現(xiàn)斯古溪溝口山脊處發(fā)育大量裂縫，民房、電塔有明顯變形跡象。坡面上發(fā)育4條裂縫，基本垂直山脊發(fā)育，縫寬30～50 cm，高差50～80 cm，現(xiàn)場無人機航拍情況如圖4所示。

經(jīng)綜合地質(zhì)勘察后，該山體被判定為陡傾坡內(nèi)巖質(zhì)重力變形體。從地貌來看，為地質(zhì)歷史時期的變形體，該變形體在水庫蓄水后有變形加劇的跡象;由于變形體均為巖質(zhì)，錯縫呈張性，變形體積大，在設(shè)計周期內(nèi)無有效的手段進行查明。原路線從變形體邊界附近通過，考慮到其規(guī)模大、風險高、不可控因素多，對新場溝隧道、斯古溪特大橋有重大安全影響，地質(zhì)專業(yè)建議調(diào)整路線方案。

總體設(shè)計堅守安全紅線，根據(jù)現(xiàn)場地形、地質(zhì)條件，提出將路線方案調(diào)整至斯古溪溝上游，以隧道方式完全避開重力變形體的方案，具體如圖5所示。改線后路線長度基本無變化，橋梁規(guī)模減小，隧道規(guī)模有所增加，但基本消除了后期工程實施和運營安全的隱患，方案安全、可行。

案例三：某高速公路初步設(shè)計階段主線窩子溝隧道于巨厚（大于70 m）堆積體出洞后，于滑坡體前緣設(shè)置2×81 m T構(gòu)橋斜跨盧家溝，沿原路右側(cè)陡邊坡腰部半填半挖路基通過。該方案存在隧道出口段圍巖條件差，進洞困難;盧家大橋于滑坡體前通過，安全性較差等問題。

施工圖階段，為提高工程安全性，總體設(shè)計提出將路線左移于基巖山嘴處出洞，于原橋下游75 m處設(shè)（65+120+65） m連續(xù)剛構(gòu)橋跨越盧家溝，避開了巨厚堆積體及滑坡，具體如圖6所示。調(diào)線后路線長度略短，橋梁規(guī)模增加，隧道規(guī)模減少，工程造價大致相當;由于繞避了滑坡段，工程更安全，方案更合理。

2.3 以降低工程規(guī)模與投資為目的的總體設(shè)計優(yōu)化思路

案例四：某高速公路項目原方案采用1座7.5 km的特長隧道（另設(shè)1座500 m斜井）穿山體，避開眾多的不良地質(zhì)體，單從地質(zhì)角度做到了安全選線，但是隧道工程規(guī)模遠超前期批復(fù)規(guī)模，投資超概算，方案不可行。

總體設(shè)計緊扣 “嚴格控制投資”主題，提出“避大治小、分級處理、靈活實用”的優(yōu)化設(shè)計思路，采用低填淺挖路基通過次級斷裂帶的方法，成功將原方案7.5 km超長隧道化整為零，分別調(diào)整為1 km長隧道+1.3 km低填淺挖路基+5.5 km特長隧道的組合方案（圖7）。該方案不僅控制了工程地質(zhì)風險，還明顯降低了工程規(guī)模，達到控制投資的目的，不失為更符合項目特點的方案。

2.4 以降低工程實施難度為目的的總體設(shè)計優(yōu)化思路

案例五：某高速公路初步設(shè)計推薦線元寶山隧道與二坪子隧道間的明線長度僅65 m，且為陡崖段（圖8），橋隧施工作業(yè)面設(shè)置困難，填方路堤邊坡防護困難，難以實施。

為降低施工難度，總體設(shè)計根據(jù)現(xiàn)場地形、地質(zhì)條件，提出將路線向右側(cè)調(diào)整取直，合并元寶山隧道、二坪子隧道為一座隧道的方案，具體如圖9所示。調(diào)線后，路線平面指標提高，長度減短，橋梁規(guī)模減小，隧道規(guī)模增加，總造價略有減少，方案更合理。

2.5 方案的合理性

總體設(shè)計應(yīng)統(tǒng)籌考慮系統(tǒng)方案的合理性，為配合其他專業(yè)設(shè)計，協(xié)調(diào)路線方案的調(diào)整。

案例六：某高速公路項目初步設(shè)計階段楊柳壩樞紐立交匝道與紅花溪隧道的最小凈距僅10 m（圖10），不能滿足JTG/TD21-2014《公路立體交叉設(shè)計細則》的要求。

為滿足系統(tǒng)方案的合理性，施工圖階段提出將主線向北側(cè)調(diào)整，沿沖溝斜坡布線，增加明線長度，以滿足互通與隧道的間距要求。調(diào)線后路線長度基本相當，隧道規(guī)模略有減小，橋梁規(guī)模增加，工程造價基本相當，但解決了前述問題，方案更優(yōu)。

2.6 樹立保護環(huán)境、節(jié)約資源的理念

總體設(shè)計應(yīng)優(yōu)先選擇對環(huán)境影響小、資源占用少的方案。

案例七：某高速公路原方案橋樓互通采用變異B 型單喇叭互通（圖11），占地面積22.4 ha;橋樓服務(wù)區(qū)為B 類服務(wù)區(qū)（圖11），占地面積8 ha。互通與服務(wù)區(qū)凈距約1.1 km，符合規(guī)范要求，也滿足功能需要。橋樓服務(wù)區(qū)具有地形條件好，工程簡單，工程規(guī)模較小等優(yōu)點，但是橋樓互通地形條件較差，存在路基大填大挖，對環(huán)境影響較大，占用耕地較多等缺點。

考慮到橋樓互通轉(zhuǎn)換交通量較小，為減小對環(huán)境的影響與節(jié)約耕地，總體設(shè)計“立足項目，著眼長遠”，提出將互通與服務(wù)區(qū)合設(shè)的思路，并選擇于原服務(wù)區(qū)位置設(shè)置互通與服務(wù)區(qū)合并的綜合體（圖12），調(diào)整后的方案采用變異單喇叭+對稱式服務(wù)區(qū)復(fù)合形式，工程簡單，減少了拆遷，對環(huán)境影響小;總占地19.5 ha，較原分設(shè)方案節(jié)省占地約8 ha，符合節(jié)約用地的基本國策，長期社會效益明顯。

案例八：某高速公路初步設(shè)計方案壓覆了砂巖礦區(qū)范圍，存在大額賠償和侵占社會資源的問題。施工圖階段總體設(shè)計提出“將資源占用納入方案比選”的思路，路線平面采用增設(shè)一處交點，往東側(cè)偏移（圖13）。調(diào)整后雖然路線有所增長，工程規(guī)模略有增加，但是減少了壓覆礦產(chǎn)，有效節(jié)約了社會資源，方案更具有價值。

3 結(jié)束語

當前山區(qū)高速公路的總體設(shè)計應(yīng)踐行綠色公路發(fā)展理念，加強多方案的比選論證，正確處理好高速公路建設(shè)與社會經(jīng)濟各相關(guān)層面之間的關(guān)系，打造出“因地制宜、突出特色”的品質(zhì)工程。要做好總體設(shè)計，從具體操作層面上說，需要組建一個通力協(xié)作的項目團隊，更需要一位優(yōu)秀強力的項目負責人。項目負責人應(yīng)具備強烈的責任心和高超的協(xié)調(diào)能力，還要有精益求精的創(chuàng)作意識，能在長期工作中不斷積累經(jīng)驗，并能形成系統(tǒng)的總體設(shè)計理念和方法，才能最終付諸實踐。

參考文獻

[1] JTG D20-2017 公路路線設(shè)計規(guī)范[S].

[2] JTG/T D21-2014 公路立體交叉設(shè)計細則[S].