烏長高速公路路線方案優化設計研究

李孝晉 LI Xiao-jin

（中國鐵建昆侖投資集團有限公司，成都 610000）

0 引言

①貴州省烏當至長順高速公路（簡稱烏長高速公路）為貴陽市的第二環城公路，其設計時速為100km/h、路線長度128.56km。項目位于黔中經濟區核心區域，是規劃建設的高速骨干網的組成路段，對完善貴州省高速公路網絡，加快黔中經濟區建設、支撐區域工業化和新型城鎮化進程，構建貴陽都市經濟圈、分擔過境交通，加快貴安新區建設具有重大意義。

②烏長高速公路項目由于立項決策時間較早，以至于項目開始實施時，國家和地方政策發生變化導致原有路線方案不符合環水保要求；規劃開發、地形地貌改變，人為活動影響造成原方案征拆數量增加；工可土地預審方案研究較早，造成用地指標不足；材料上漲，補償標準提高導致項目投資超出較多。為了順利推進項目，將上述風險控制在允許范圍內，施工圖選線設計不光要關注“地質選線”“環保選線”還要兼顧“經濟選線”“用地選線”[1]。只有滿足以上要求，才能保證又快又好地完成這一重大工程。

1 項目的特點和難點

本項目為貴陽繞城公路，具有以下特點和難點：

①項目周邊環境復雜：位于貴陽及周邊縣市，沿線經濟較為發達，城市規劃、生態環境、廠礦建筑等制約因素多。尤其廠礦和民居密集，電力設施較多，拆遷協調問題突出。

②項目沿線地質條件復雜：沿線巖溶發育，煤系地層和礦產豐富，存在煤層瓦斯、采空區等較多不良地質段，施工期間風險極大。

③土地指標不足：項目為雙線六車道，路基斷面寬，路線較長。初步設計階段棄方達到1755 萬m3，主體工程永久用地和棄土場臨時用地占壓耕地和林地增多，遠遠超出工可土地預審批復的用地指標。

④環水保要求高：本項目沿線空地植被茂密，局部路段自然景色優美，耕地較多，棄碴場設置困難。減少工程建設對環境的破環，避免水土流失要求迫切。

⑤投資控制要求嚴：項目采用PPP 模式由社會投資人投資建設，投資控制要求嚴格。由于初步設計概算為213 億元，超出社會投資人投標測算8 億元，因此需要通過設計優化將施工圖預算控制在205 億以內，滿足投資人內部收益要求。

2 項目的優化原則和思路

線路方案的選擇直接影響著國民經濟、施工難度、社會政治意義等多個重要方面，是一項系統工程[2]。本項目受規劃、地形地質、環保、投資等眾多因素影響。在初步設計重要控制點已經確定的前提下，施工圖階段主要解決路線局部性方案優化工作。即在大控制點之間結合地形、地質、水文、氣候等條件逐段比選細化[3]，具體原則和思路如下。

2.1 樹立紅線意識，確保工程安全[4]

本項目的選線優化是在滿足國家和地方相關規范、標準和細則，確保高速公路建設和運營安全的前提下進行方案比選和精細化設計[5]。項目在施工圖設計階段始終堅持“安全至上”的理念，堅守安全底線和紅線。對于不良地質段，選線注意避讓，無法繞避則應從規模小、對工程影響較少的不良地質體通過，并采取合理的工程形式和工程措施[6]。

2.2 減少工程用地，節約土地資源

貴陽周邊土地資源稀缺，選線重視了耕地的戰略價值，盡量利用山地、荒坡地、荒灘地等非耕地布設路線[7]。施工圖設計階段通過進一步優化平、縱、橫三維設計，避讓基本農田和經濟作物區，減小工程占地規模。整個設計過程始終堅持建設在工程造價可控的前提下盡量節約用地指標，保護耕地和林地。

2.3 尊重自然，保護環境

選線設計始終貫徹“尊重自然，保護環境”的理念，重視植被破壞、環境污染、水土流失[8]及地質災害等問題，通過紙上定線、實地踏勘，廣泛征求地方政府意見，結合地形地貌特點，繞避環境敏感點，保證原有生態系統的連續性，維持原有水系通道，避免水土流失，對于不可繞避的環境保護點，采用切實可行的保護方案，將不利影響降到最低[9]。

2.4 降低工程規模，合理控制工程造價[10]

本項目采用“PPP”融資和建設管理模式，投資人不但關注社會效益，同時也關注經濟效益。因此通過設計優化實現投資控制也是項目的重要要求，項目選線設計堅持“設計節約就是最大的節約”理念，按照“強制性指標嚴格執行，一般性指標靈活運用，低限指標論證采用，超限指標不得采用”[11]的原則，結合地勘成果和現場實際，認真研究，在滿足工程安全和質量的前提下，通過設計優化實現了項目的投資控制目標。

3 項目典型路段的優化

3.1 羅杠沖段隧道方案優化

該處工點的優化重點是降低風險，關注項目施工和運營期安全。選線考慮的主要因素是消除羅杠沖隧道安全隱患，實現本質安全，同時在此前提下，盡量保護環境，減少占地。

初步設計羅杠沖段以1460m 隧道通過，隧道進口段為煤系地層，且存在多處采空區，采煤巷道已延伸至隧道設計線位以下；隧道進口段有一條發育斷層，與隧道基本呈正交關系，破碎帶寬度為5～10m，巖性破碎，成洞自穩能力較差；根據地勘成果結合現場地質調繪，隧址區范圍內存在大小巖溶洼地和落水洞共20 余處，巖溶極強發育，落水洞的底板距隧道設計線位最小距離僅20m，開挖揭露隱伏溶洞的可能性大，施工中易發生坍塌、涌水、涌泥、甚至冒頂等危險。施工圖階段經過仔細研究認為初步設計位置隧道面臨瓦斯、采空區、斷層等不良地質，隧道風險極高。經現場調查、地質勘察、方案比選，將線路向南偏移，從埡口位置通過，取消羅杠沖隧道，以1040m 特大橋連接兩側山體。降低施工運營風險的同時也避免了公路建設對原地下水系的破壞。具體線位優化對比如圖1 所示。

圖1 羅杠沖段路線優化示意圖

施工圖優化以橋換隧雖增加了橋梁長度1334m，但減少了隧道長度1460m。該段選線優化棄碴增加了46.8 萬m3，永久用地增加了80.24 畝，臨時用地增加了87 畝。雖然施工圖方案確保了項目建設和運營的安全，但是占用土地較多，需要在其他工點加大優化土地節約力度。

3.2 修文服務區電力走廊帶方案優化

該工點的優化重點是減少鐵塔拆遷，節約投資。選線考慮的主要因素是避讓鐵塔集中的走廊。在滿足主要因素的條件下，減少占地，優化投資。

初步設計路線經小堰北側后從小營坡與小營磚廠之間通過，避開貴州電網公司220kV 扎佐變電站后沿山坡林地布線，以響水洞大橋跨越305 省道后，從堆煤場西南側山頂通過。沿線多次與高壓鐵塔位置沖突，且經過現場踏勘發現與線路平行位置存在一條新建電力線，在K21+300～K22+300 和K26+200～K28+000 兩段分別與110kV 軋鋼線和110kV 扎光線共走廊帶。需拆除110kV 及以上高壓鐵塔22 座。具體線位優化對比如圖2 所示。

施工圖定測階段將路線經小堰北側后較向北偏移，避開110kV 軋鋼線走廊，從小營磚廠前通過，在貴州電網公司220kV 扎佐變電站北側與初設線位相交后，向南偏移沿地勢平坦地區布線，避開110kV 扎光線走廊和鐵塔密集的山包。有效減少了高壓鐵塔拆遷規模，減少了電力遷改對供電系統的影響。

施工圖優化通過繞避鐵塔走廊帶，減少高壓鐵塔拆遷20 座，減少橋梁長度318m，棄碴增加12 萬m3，永久用地減少91.66 畝，臨時用地增加22.4 畝。在減少鐵塔拆遷的同時減少了項目用地，節約投資600 萬左右。

3.3 K45+100～K45+600 段深挖路基方案優化

該工點的優化重點是節約用地，關注減少項目占地，降低路基風險。選線考慮的主要因素是降低邊坡高度，減少棄碴。在滿足主要因素的條件下，應綜合考慮保護環境，優化投資。

初步設計K45+100～K45+600 段經過爛溝水庫后，在黃楊樹位置以深挖通過，該段深路塹挖方最大高度達到70m，該段棄方量高達150 萬m3。

施工圖定測階段，根據現場地形，路線經爛溝水庫后，平面線位向北偏移36m，在小山堡大橋大里程橋臺處與初步設計線位重合。具體線位優化對比如圖3 所示。

圖3 K45+100～K45+600 段路線優化示意圖

在該段路線向北偏移的同時優化縱斷面，通過偏移平面，抬高縱斷面，黃楊洞大橋和小山堡大橋連接在一起形成特大橋，最大橋高59.2m，橋梁長度增加了1299m。路塹挖方最大高度降為49.6m，挖方量降低為50 萬m3。縱斷面優化對比如圖4 所示。

圖4 K45+100～K45+600 段縱斷面優化示意圖

施工圖通過平縱面優化，降低了開挖邊坡高度，減少了施工和運營的風險，同時節約了大量用地，對棄土進行了優化設計。經過優化設計，該項的棄渣[12]數量減少約100萬m3。永久用地減少了68.75 畝，臨時用地減少290.47 畝。

4 結論

烏長高速公路施工圖階段通過科學合理的路線方案研究，對控制點之間的路線方案進行細化研究，每個工點都明確優化目標兼顧其他方面優化要求，從而在項目整體上滿足了土地預審用地指標，減少了環境影響，降低了拆遷量，有效地控制了投資。

①項目注重施工和運營安全，通過降低高邊坡，繞避不良地質段，以橋換隧的方式優化了羅杠沖段隧道，降低了涌水突泥和采空區沉降的風險。②項目在土地預審用地指標已經批復且嚴重不足的情況下，不但沒有增加用地反而減少永久用地285.24 畝，臨時用地159.59畝，節約了土地資源。③項目選線注重環保，盡量避讓生態紅線，避免水土流失，全線減少棄碴約900 萬m3，順利通過環評和水保審批，為項目順利推進奠定了良好的基礎。④項目選線兼顧了投資人的利益，通過選線優化并輔以結構優化將投資嚴格控制在測算的205 億元以內，滿足了投資人的收益要求。

項目在滿足安全的前提下，實現了項目整體上社會效益和經濟效益的結合，為后繼的高速公路建設提供一定的借鑒和參考。