基于地質安全的山區高速公路路線設計

楊青 YANG Qing

（河南省交通規劃設計研究院股份有限公司，鄭州 450000）

0 引言

路線設計是高速公路項目設計中至關重要的一環，路線設計合理與否直接影響著整個高速公路項目的工期、造價等[1]。特別是在山區建設高速公路時，由于山區地質條件復雜，時常會有滑坡、崩塌、泥石流及巖溶等地質災害，所以路線設計時要重點考慮安全因素，注意避讓地質災害高發區，才能為高速公路建成后的長期安全穩定運行提供保障[2]。

1 工程概況

某高速公路項目位于山區，采取雙向四車道設計，設計時速為100km/h，路基寬度27m，行車道寬度3.75m，中央分隔帶寬度3m，設計汽車荷載等級為公路—Ⅰ級，路面結構形式為瀝青混凝土路面。

2 水文地質概況

2.1 工程地質情況

該項目途徑地段地貌主要為中山和低山山地，且項目路線范圍內的地勢總體表現為中部高、兩側低，山嶺大多呈西南向展布，最高處海拔高程為1502m，最低處海拔高程約150m。路線工程區域內巖層分布情況（由老至新）為：元古代板溪群巖層、新元古代震旦系（Z）巖層、寒武系（∈）巖層、奧陶系（O）巖層、志留系（S）巖層、泥盆系（D）巖層、二迭系（P）巖層、三迭系（T）巖層、白堊系（K）巖層、第四紀全新統（Qh）巖層。其中路線主要經過巖層為奧陶系（O）巖層及三迭系（T）巖層。

2.2 水文情況

經現場勘察可知，項目影響區域內地下水主要類型為松散堆積層孔隙水、碎屑巖類裂隙孔隙水、基巖裂隙水及碳酸鹽類裂隙溶洞水四種，其中屬碳酸鹽類裂隙溶洞水分布最為廣泛，賦存于石灰巖、白云質灰巖等巖層中，平均泉流量為54.73～226.0L/s，泉水流量比較大，整體水質良好，對高速公路無明顯不良影響。松散堆積層孔隙水主要賦存于砂礫石層，泉流量多＜0.1L/s，水量屬中等，現場鉆孔檢測單位涌水量為0.23～2.3L/s·m。碎屑巖孔隙裂隙水分布于白堊系巖層中，泉流量為0.01～0.05L/s。

2.3 不良工程地質情況

該項目區域內地勢陡峻，高差大，多斷裂、褶皺發育，河流及沖溝十分發育。植被覆蓋率達78%，以林地為主，植被條件比較好。但是由于當地人過度砍伐，使原生態植被受到很大破壞，再加上其他筑路工程、隧道工程等的影響，導致項目區域內不良工程地質發育，且地質災害類型比較多。經現場調查發現崩塌有8 處、滑坡有22 處、泥石流有5 處、巖溶有21 處、礦山采空區1 處，增大了該高速公路項目施工的風險。

3 路線設計

為降低地質災害對該高速公路項目的影響，在綜合考慮項目沿線地形地貌、水文條件、不良地質及特殊巖土、礦產資源分布及生態環境保護等基礎上，遵循安全、經濟等原則進行路線設計[3-4]，初步設計兩個方案，具體如下：

3.1 K 線方案

K 線方案總長度為47.60km，起止樁號為AK70+000～AK115+606，該路線方案沿線海拔為480～790m，地形起伏較大，山脊線不明顯，且沿線巖層產狀變化比較大，傾角23°～60°，跟K 線路呈大角度相交。不良地質以地下暗溝、溶洞、崩塌、巖塊滑落等為主。

3.2 A 線方案

A 線方案總長度為51.25km，起止樁號為K73+475～K121+260。該路線方案沿線海拔為490～780m，地形起伏較大，山脊線不明顯，且沿線巖層產狀變化比較大，傾角25°～65°，跟A 線路呈大角度相交。該路線開挖及施工中需重點關注崩塌、地下溶洞、地下河等問題。路線設計圖見圖1 所示。

圖1 路線設計圖

4 方案比選

為在K 線方案及A 線方案中選出最優路線方案，對兩種方案優劣、工程規模及經濟性等方面進行了綜合對比[5]。

4.1 路線方案優劣對比

為驗證K 線方案及A 線方案的優劣，從兩種方案沿線的地貌條件、巖性條件、構造條件、水文條件、不良地質、路網構造、對當地經濟拉動、環境保護8 個方面進行對比分析，具體結果見表1 所示。

表1 兩種路線方案優劣對比結果

通過表1 對比結果可以看出，在地貌條件、構造條件、水文條件、不良地質條件及環保效益5 個方面，K 線方案要優于A 線方案；而在巖性條件、路網構造及對當地經濟拉動三個方面兩個方案是相當的。由此可見，K 線方案比較合適。

4.2 工程規模對比

為進一步確定K 線方案與A 線方案的適用性，從路線長度、占用土地數量、路基工程、路面工程、橋涵工程、隧道工程、交叉工程、連線工程及預計總體投資等方面做了進一步對比，具體結果見表2 所示。

表2 兩種方案工程規模對比

從表2 中可以看出，在工程規模上，A 路線方案總長度為51.25km，預計總投資約為62.05 億元，平均每公里造價約為12107.31 萬元。K 路線方案總體長度為47.60km，預計總體投資約為50.26 億元，平均每公里造價約為10558.82 萬元，并且相比來說，K 路線方案不用建設特大橋梁，隧道數量也比較少。所以整體上K 路線方案的工程規模及總體投資均低于A 路線方案，故K 路線方案比較合適。

4.3 方案評價

山區高速公路項目路線設計中，地貌條件、地質條件、水文條件、地質災害、建設規模及投資造價等對路線的影響程度是不同的。因此，采取打分制對A 路線方案及K 路線方案進行打分，分數為1 分、2 分、3 分、4 分、5 分，1 分最差，5 分最優，最終評分最高者就是最優方案。兩種方案評分結果見表3 所示。

表3 兩種方案評分結果

從表3 中可知，K 路線方案的總評分為46 分，高于A路線方案的33 分，且在經濟拉動性、環保性、經濟性等方面，K 路線方案評分也均高于A 路線方案，說明K 路線方案具有更好的社會效益、經濟效益及環保效益，因此，最終選擇采用K 路線方案進行施工。

5 總結

綜上所述，案例項目通過從工程地質、水文地質、經濟性、社會性及環保性等方面對K 路線方案及A 路線方案進行綜合比選，最終確定K 路線方案為最優方案。由此可以得出結論，在山區高速公路項目路線設計中，要基于項目影響區域內的地質條件、水文條件，從經濟性、社會性及環保性角度出發，合理規劃路線，并進行綜合比選，才能有效降低地質災害對項目的影響，并為項目高效優質建設及后期長久穩定運行奠定基礎。