山區(qū)高速公路設(shè)計理念及重難點淺析

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摘要：山區(qū)地形地貌特殊，其高速公路的設(shè)計應(yīng)當(dāng)堅持生態(tài)選線、資源節(jié)約、技術(shù)先進(jìn)等理念，不僅要面對復(fù)雜地形地質(zhì)問題、連續(xù)長下坡路段運營安全設(shè)計問題、橋梁選型施工問題，還要面對高橋隧比路段運營安全問題以及互通選址、選型問題。設(shè)計中必須對這些重難點提出應(yīng)對的技術(shù)手段，應(yīng)該根據(jù)與之相應(yīng)的設(shè)計要點及行業(yè)規(guī)范，密切聯(lián)系項目實際條件，明確項目開展的關(guān)鍵問題及主要制約因素，采取切實有效的措施降低工程建設(shè)可能產(chǎn)生的環(huán)境破壞程度，通過全面優(yōu)化設(shè)計實現(xiàn)綜合成本、質(zhì)量、周期、生態(tài)等多項指標(biāo)達(dá)到優(yōu)秀。

關(guān)鍵詞：山區(qū)高速公路；設(shè)計理念；設(shè)計重難點；技術(shù)對策

0引言

G4216線屏山新市至金陽段高速公路工程位于川、滇兩省省界金沙江一帶，起于宜賓市屏山縣新市鎮(zhèn)，經(jīng)雷波，止于金陽，路線全長約167.8km。該項目是《國家公路網(wǎng)規(guī)劃（2013年-2030年）》中G4216線成都至麗江高速公路重要組成部分，亦為《四川省高速公路網(wǎng)規(guī)劃（2019-2035）》中“宜賓-雷波-金陽-寧南-攀枝花”高速公路的重要路段。項目全線按雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計速度采用80km/h，路基寬度25.5m，橋涵設(shè)計荷載采用公路-Ⅰ級。本文主要從山區(qū)高速公路設(shè)計所遵循的基本理念出發(fā)，結(jié)合工程實例分析設(shè)計工作的重難點，并提出與之相應(yīng)的策略，以期能夠為我國基礎(chǔ)工程建設(shè)提供理論參考。

1設(shè)計理念

由于山區(qū)地形地貌的特殊性，山區(qū)高速公路的設(shè)計應(yīng)堅持生態(tài)選線、資源節(jié)約、技術(shù)先進(jìn)等理念，實現(xiàn)尊重、保護(hù)、恢復(fù)自然的公路建設(shè)生態(tài)目標(biāo)。

1.1堅持生態(tài)選線理念

高速公路施工不可避免地會對建設(shè)范圍內(nèi)原有的生態(tài)產(chǎn)生擾動，使其自然平衡發(fā)生變化，同時改變地區(qū)土地配置情況。對于敏感地帶的路段設(shè)計，還應(yīng)當(dāng)考慮生物多樣性的基本原則，適當(dāng)采取避讓、跨越的方式來降低對地區(qū)生態(tài)的不利影響[1]。在生態(tài)敏感地帶的公路選線，應(yīng)當(dāng)力圖避免該地區(qū)敏感區(qū)的破碎化，盡可能保證其具備足夠的整體性，以此為基礎(chǔ)提出相應(yīng)的布線方法：敏感區(qū)邊緣法布線、最大斑塊法布線等。并且應(yīng)當(dāng)從選線、設(shè)計、施工等環(huán)節(jié)入手做到避讓農(nóng)田林地、生態(tài)保護(hù)區(qū)，借助生態(tài)選線、生態(tài)防護(hù)等方式來控制線路選擇導(dǎo)致的土地資源占用。對于項目建設(shè)沿線存在自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝的，路線應(yīng)當(dāng)遵照環(huán)保的基本原則，通過避讓的方式來降低擾動。對于部分難以通過避讓達(dá)到效果的，也可通過無害化穿越的方式來減弱由此導(dǎo)致的敏感點擾動，可借助方案比選來確定最佳線路。

1.2堅持資源節(jié)約理念

公路建設(shè)應(yīng)當(dāng)盡可能做到對土地資源的保護(hù)，積極響應(yīng)我國節(jié)能減排及清潔能源的號召，不斷推進(jìn)廢棄材料的循環(huán)再利用。土地資源是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，也是關(guān)切民生的重要大事，因此在設(shè)計時就需要貫徹落實“節(jié)約用地”的原則，并在施工過程中采取多樣化的措施來提升土地利用率。路基土方工程是公路建設(shè)的基礎(chǔ)，同時也是影響環(huán)境生態(tài)的關(guān)鍵工序，其不僅主導(dǎo)著項目整體的造價及工藝技術(shù)的選擇，同時還可能導(dǎo)致周邊環(huán)境劣化以后需環(huán)境治理的風(fēng)險。在具體高速公路項目中，棄渣是一項比較突出的隱患，常常會導(dǎo)致生態(tài)破壞及安全隱患，棄渣的治理被看作是表征項目綜合綠化水平的指標(biāo)。一方面，以土方平衡的原則需要借助路線優(yōu)化來減少不必要的挖填不平衡問題，以此來控制棄渣量；同時，還應(yīng)考慮到棄渣的合理循環(huán)，將其用于地方土建、反壓護(hù)道等工程建設(shè)中，提升其循環(huán)效率。需要注意的是，棄渣的循環(huán)應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵照“三級篩選”來進(jìn)行篩分，其篩選得到的循環(huán)料主要以就地破碎的形式制備成可再利用的材料，而其中的優(yōu)質(zhì)碎石還可用作隧道襯砌的混凝土骨料，次級碎石能夠被用作碎石墊層，其他的一般用作路基填筑[2]。挖填方是決定土地利用率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是影響環(huán)境保護(hù)的主要因素。該項目按照“零借方、少棄方”的理D念，強化生態(tài)保護(hù)的力度，力圖提升自然和諧的水平。

1.3堅持技術(shù)先進(jìn)理念

合理確定互通式立交的型式及位置：基于當(dāng)?shù)亟煌ㄟ\輸量及地形地勢變化，對立交設(shè)計參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，一般可降低其平縱面指標(biāo)的選擇，并盡可能提升立交與當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)、地形之間的適應(yīng)性，以此來起到控制土方工程量的目的。同時，服務(wù)區(qū)的選址也是一項重要因素：充分考慮立交的設(shè)計位置，依托當(dāng)?shù)氐匦蔚貏輥磉x擇最佳的服務(wù)區(qū)位置，在保證服務(wù)區(qū)場地平整的基礎(chǔ)上減少高填深挖發(fā)生的風(fēng)險，使得立交能夠與周邊自然環(huán)境形成良好的視覺組合，并且考慮到立交與主線的連接。應(yīng)當(dāng)盡可能利用已有自然環(huán)境，使其能夠吸引乘客，集成休息服務(wù)、觀光旅游等多項功能于一體。對以上設(shè)計利用BIM技術(shù)，為公路建設(shè)提供了全新的思路，能夠?qū)Ω黜棴h(huán)節(jié)進(jìn)行動態(tài)專業(yè)設(shè)計[3]。此外，交通安全的創(chuàng)新：譬如借助先進(jìn)反光材料來警示司機(jī)，為其提供醒目的指引。在隧道口位置應(yīng)當(dāng)充分重視生態(tài)修復(fù)工作，秉承綠色、環(huán)保的基本理念，從零開挖、景觀綠化等層面入手進(jìn)行深化設(shè)計[4]。一般而言，隧道口的景觀綠化應(yīng)當(dāng)涵蓋中央三角區(qū)、洞口上方及附近邊坡，可借助灌木喬木進(jìn)行自然裁種，同時在其間點綴適當(dāng)景觀小品，以此來提升隧道口綠化的層次，保證其生動自然。

2設(shè)計重難點及對策分析

2.1復(fù)雜地形地質(zhì)問題

（1）復(fù)雜地質(zhì)情況的隧道。對于山區(qū)高速公路建設(shè)涉及到的特長隧道等影響因素較為復(fù)雜的路段，受到地質(zhì)條件的制約，其構(gòu)造變異性往往也較為突出。該情況需要結(jié)合初步地質(zhì)勘察得到的結(jié)果進(jìn)一步深化平面地質(zhì)調(diào)繪，同時結(jié)合實地調(diào)研與走訪來完善地質(zhì)數(shù)據(jù)；此外，還可借助音頻大地電磁法、高密度電法等方法來進(jìn)行物探，但其一般需要按照縱向進(jìn)行布置，并以此為基礎(chǔ)采取鉆孔取樣的方式來輔助驗證。鉆孔取芯一般需要基于當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件及地形地勢來布置孔位，同時強化對孔內(nèi)狀態(tài)的監(jiān)測，借助地應(yīng)力測試、聲波測井等方法來綜合評價當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況。（2）水庫塌岸。對于該項目而言，水庫塌岸問題主要會對路基、橋梁產(chǎn)生突出的不良影響，通過初步勘察能夠大致確定其穩(wěn)定性評價結(jié)果，而在后續(xù)勘察工作中還應(yīng)當(dāng)深入研究重點位置的穩(wěn)定性發(fā)展情況，尤其是需要關(guān)注塌岸影響范圍內(nèi)橋墩的狀態(tài)，評估其邊坡及隧道口位置的情況，有針對性地調(diào)查取樣獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并可借助庫岸垂直方向上的勘探剖面來描述其構(gòu)造狀態(tài)，結(jié)合原位測試及室內(nèi)試驗結(jié)果得出量化結(jié)果，提出與之相應(yīng)的措施。（3）隧道路段的地質(zhì)環(huán)境中存在大量的灰?guī)r。在該項目中針對巖溶路段的勘察借鑒了大量已有工程經(jīng)驗，同時結(jié)合地質(zhì)測繪來選擇最佳的物探方法。在該工程的勘察方案中主要包括了高密度電法及彈性波CT等，同時基于不同構(gòu)造面的特點來確定與之相應(yīng)的物探技術(shù)，如有必要可綜合使用多種物探技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上解釋鉆孔取芯的分析結(jié)果。若巖溶發(fā)育程度較深，則還應(yīng)當(dāng)做相應(yīng)的水文地質(zhì)勘察。

2.2連續(xù)長下坡路段運營安全設(shè)計

可在設(shè)計中的適當(dāng)位置增設(shè)工程量來平衡各路段的縱坡，使得縱坡坡度被控制在合理范圍內(nèi)，保障行車過程的安全性。此外，還可超前檢測運行速度，并在縱坡的上端設(shè)置服務(wù)區(qū)，該服務(wù)區(qū)應(yīng)不僅能夠為過往車輛提供制動檢查服務(wù)外，還能夠為司機(jī)提供后續(xù)路況信息，建立起集檢查、休息、加油等多項功能為一體的服務(wù)區(qū)。如有必要，服務(wù)區(qū)還應(yīng)當(dāng)對特殊條件下的駕車風(fēng)險及避險車道進(jìn)行預(yù)告，幫助行車人員提供信息服務(wù)。充分基于當(dāng)?shù)氐匦蔚貏莘植?，在長縱坡的坡底位置布置避險車道，以此來為行車提供避險空間。研究表明，設(shè)置適當(dāng)?shù)谋茈U車道，不僅能夠起到分隔車流的作用，減少失控車輛對正常車流的安全危害，還能夠?qū)︸側(cè)氡茈U車道的車輛起到減速、減傷的作用。路側(cè)護(hù)欄的設(shè)置應(yīng)當(dāng)密切聯(lián)系具體交通布置及路側(cè)地質(zhì)條件來確定，并選擇最佳的護(hù)欄型式及防撞等級。

2.3橋梁選型、設(shè)計及施工問題

橋梁型式的選擇往往直接決定著其設(shè)計方案的合理性、施工過程的可行性以及項目整體的經(jīng)濟(jì)性。（1）制定合適的橋型方案：橋型應(yīng)當(dāng)基于工程實際條件及建設(shè)需求來確定，充分發(fā)揮因地制宜的理念，并考慮到施工過程可能出現(xiàn)的各類問題，綜合提升施工的經(jīng)濟(jì)性、安全性等，使得橋型能夠滿足多項工程基本要求。（2）避繞地質(zhì)災(zāi)害：對于存在不良地質(zhì)條件的區(qū)域，一般可借助大跨度橋梁、隧道等來跨越，其不僅能夠避免由此可能產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)損壞，同時還能緩解工程建設(shè)對環(huán)境的擾動。（3）選擇適當(dāng)?shù)南虏拷Y(jié)構(gòu)：為了適應(yīng)不同地形條件，降低施工難度，對于簡支體系一般可采取以下三種方式進(jìn)行處理：首先可以適當(dāng)縮小橋墩間距，這不僅能夠降低樁基之間的相互影響，減弱由此導(dǎo)致的環(huán)境破壞，同時還有助于加快施工效率，提升項目整體經(jīng)濟(jì)效益；其次，可以優(yōu)先選用扁墩設(shè)計，以此來降低開挖工程量，并提升橋梁外部造型的美觀性；此外，還可以選用整幅雙柱結(jié)構(gòu)，減少對原有地形的開挖，適應(yīng)不同地形條件。一般橋梁在設(shè)計時大多依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、固定化的結(jié)構(gòu)而展開。而該項目的設(shè)計則應(yīng)當(dāng)密切聯(lián)系項目當(dāng)?shù)氐牡匦蔚貏萏攸c、附近構(gòu)筑物分布，來對橋梁跨徑、尺寸進(jìn)行深化分析。其上部結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選用裝配預(yù)制式結(jié)構(gòu)，以此來改善項目整體的效率。借助工廠批量生產(chǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)對構(gòu)件的快速成型，而現(xiàn)澆部分也可通過工廠半預(yù)制的方式來改善施工質(zhì)量[5]。

2.4高橋隧比路段運營安全問題

在該項目中，隧道總里程的占比較高，就很容易導(dǎo)致行車人員產(chǎn)生焦慮情緒，影響正常行車。此外，若隧道內(nèi)發(fā)生安全事故，救援工作的開展也將面對較大的難度?？刹扇∫韵麓胧﹣砀纳扑淼肋\營安全性：盡可能擴(kuò)大隧道的邊界，以此來緩解狹窄空間帶來的不安感，同時也為救援工作的開展提供足夠空間；在隧道內(nèi)加設(shè)緊急停車帶，且其長度不應(yīng)小于100m，在其間每隔適當(dāng)距離設(shè)置加長停車帶。強化安全標(biāo)識布置，通過設(shè)置具有誘導(dǎo)作用的標(biāo)識牌來警示行車人員。

2.5互通選址、選型問題

在互通選址時，受到山區(qū)復(fù)雜地形的限制，同時隧道、橋梁分布較為復(fù)雜，這就導(dǎo)致互通的布置難度較大，大部分互通交通存在高差高、地質(zhì)條件惡劣的缺陷。所以互通選址應(yīng)當(dāng)密切聯(lián)系當(dāng)?shù)貙嶋H條件來確定，同時應(yīng)當(dāng)盡可能減小對附近居民及環(huán)境的影響，控制對農(nóng)田耕地的占用，選用合適的平縱線形指標(biāo)。該項目充分考慮實際交通量、長期規(guī)劃、視覺美觀、工程造價等因素，最終選定為互通式。在山區(qū)高速公路中選用互通式，應(yīng)當(dāng)重視匝道的技術(shù)指標(biāo)，使其能夠滿足交通需求及場地條件。若互通式連接主要連接鄉(xiāng)鎮(zhèn)與縣城，則其需要適當(dāng)提高指標(biāo)選擇的標(biāo)準(zhǔn)，確保其功能的可靠性。

3結(jié)束語

總體來看，山區(qū)高速公路應(yīng)當(dāng)確定與之相應(yīng)的設(shè)計要點及行業(yè)規(guī)范，密切聯(lián)系項目實際條件，優(yōu)先選用先進(jìn)理念，明確項目開展的關(guān)鍵問題及主要制約因素，采取切實有效的措施降低工程建設(shè)可能產(chǎn)生的環(huán)境破壞程度，通過全面優(yōu)化設(shè)計實現(xiàn)綜合成本、質(zhì)量、周期、生態(tài)等多項指標(biāo)達(dá)到優(yōu)秀。

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作者:蒲俊霏 單位:四川沿江宜金高速公路有限公司