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山区高速公路总体设计优化思路

期刊目录网交通运输论文发表2021-09-03 16:29关注(1)

  文章通过回顾笔者参与的部分山区高速公路项目勘察设计阶段在总体设计方面的成功案例,提出了几点复杂建设条件下的高速公路总体设计优化思路与方法,希望能给相关从业人员带来一些启发。

山区高速公路总体设计优化思路

  【关键词】山区高速公路;总体设计;优化思路与方法

  1山区高速公路总体设计

  设计是工程建设的灵魂,而总体设计是公路设计的纲,统领整个公路项目设计,能充分体现公路设计的先进性、适用性、安全性、经济性。实际工作中,总体设计强调统一协调路线与各相关专业及项目内外部的衔接关系,最终实现路线与相关专业成为完整的、合适的系统工程,实现安全、环保、可持续性发展的总体目标。总体设计贯穿于勘察设计全过程,其主要内容根据设计阶段、项目特点以及建设条件的差异而有所侧重。一般来说,高速公路总体设计的核心内容包括深刻理解项目功能,提炼项目特点与技术重难点,把控项目建设规模与建设方案,坚持环境保护与资源节约的设计理念以及完善设计检验与安全评价的后续工作等。山区高速公路总体设计直接决定项目设计质量,如何使项目众多控制因素,包括自然条件、工程规模、项目安全性、实施难度、运营成本、环保景观、资源节约、社会需求等多方面的协调统一,达到全社会层面互利共赢的局面,是一项具有挑战性的工作。

  2总体设计优化思路与方法内容

  2.1树立全寿命周期成本的理念

  总体设计以提升高速公路长期社会效益为目标。案例一:某高速公路工可方案路线全长约169km,设计单位为控制连续长大纵坡路段的平均纵坡,使局部路段绕行距离过长,工程规模加大,运营里程加长,环境影响程度加大,全寿命周期成本高等问题突出,可谓得不偿失。初步设计阶段,总体设计全面审视全线纵断面情况,合理规划控制性工程的纵断面高程,果断提出“压顶抬底,截弯取直”的优化思路,采用大幅压低全线最高点越岭隧道标高,抬高跨河谷桥梁标高(不改变桥型)的方法(图1、图2)。调整后,虽然越岭超长隧道的长度由9.8km增加至14.4km,但是路线总里程缩短了17km,有效解决路线绕行问题;在严格控制平均纵坡的前提下,缩短了连续长大纵坡范围内积雪冰冻严重影响路段长度,并且纵断面设计巧妙将明线段设为偏缓的2%,隧道段设为偏陡的2.3%~2.5%,进一步提高积雪冰冻严重影响路段的行车安全性;工程规模也得到控制,总体优化成效显著。

  2.2树立安全至上的总体设计理念

  尤其对于建设条件复杂的项目,总体设计在勘察设计全过程均应坚持地质选线,安全选线的原则。案例二:某高速公路地形地质复杂路段,初步设计阶段布设有B12线与K线进行同精度比较;由于B12存在高位崩塌、滑坡、顺层、坍岸等问题,最终推荐采用主要以隧道方式绕避地质灾害路段的K线方案,具体如图3所示。施工图阶段新发现斯古溪沟口山脊处发育大量裂缝,民房、电塔有明显变形迹象。坡面上发育4条裂缝,基本垂直山脊发育,缝宽30~50cm,高差50~80cm,现场无人机航拍情况如图4所示。经综合地质勘察后,该山体被判定为陡倾坡内岩质重力变形体。从地貌来看,为地质历史时期的变形体,该变形体在水库蓄水后有变形加剧的迹象;由于变形体均为岩质,错缝呈张性,变形体积大,在设计周期内无有效的手段进行查明。原路线从变形体边界附近通过,考虑到其规模大、风险高、不可控因素多,对新场沟隧道、斯古溪特大桥有重大安全影响,地质专业建议调整路线方案。总体设计坚守安全红线,根据现场地形、地质条件,提出将路线方案调整至斯古溪沟上游,以隧道方式完全避开重力变形体的方案,具体如图5所示。改线后路线长度基本无变化,桥梁规模减小,隧道规模有所增加,但基本消除了后期工程实施和运营安全的隐患,方案安全、可行。案例三:某高速公路初步设计阶段主线窝子沟隧道于巨厚(大于70m)堆积体出洞后,于滑坡体前缘设置2×81mT构桥斜跨卢家沟,沿原路右侧陡边坡腰部半填半挖路基通过。该方案存在隧道出口段围岩条件差,进洞困难;卢家大桥于滑坡体前通过,安全性较差等问题。施工图阶段,为提高工程安全性,总体设计提出将路线左移于基岩山嘴处出洞,于原桥下游75m处设(65+120+65)m连续刚构桥跨越卢家沟,避开了巨厚堆积体及滑坡,具体如图6所示。调线后路线长度略短,桥梁规模增加,隧道规模减少,工程造价大致相当;由于绕避了滑坡段,工程更安全,方案更合理。

  2.3以降低工程规模与投资为目的的总体设计优化思路

  案例四:某高速公路项目原方案采用1座7.5km的特长隧道(另设1座500m斜井)穿山体,避开众多的不良地质体,单从地质角度做到了安全选线,但是隧道工程规模远超前期批复规模,投资超概算,方案不可行。总体设计紧扣“严格控制投资”主题,提出“避大治小、分级处理、灵活实用”的优化设计思路,采用低填浅挖路基通过次级断裂带的方法,成功将原方案7.5km超长隧道化整为零,分别调整为1km长隧道+1.3km低填浅挖路基+5.5km特长隧道的组合方案(图7)。该方案不仅控制了工程地质风险,还明显降低了工程规模,达到控制投资的目的,不失为更符合项目特点的方案。2.4以降低工程实施难度为目的的总体设计优化思路案例五:某高速公路初步设计推荐线元宝山隧道与二坪子隧道间的明线长度仅65m,且为陡崖段(图8),桥隧施工作业面设置困难,填方路堤边坡防护困难,难以实施。为降低施工难度,总体设计根据现场地形、地质条件,提出将路线向右侧调整取直,合并元宝山隧道、二坪子隧道为一座隧道的方案,具体如图9所示。调线后,路线平面指标提高,长度减短,桥梁规模减小,隧道规模增加,总造价略有减少,方案更合理。

  2.5方案的合理性

  总体设计应统筹考虑系统方案的合理性,为配合其他专业设计,协调路线方案的调整。案例六:某高速公路项目初步设计阶段杨柳坝枢纽立交匝道与红花溪隧道的最小净距仅10m(图10),不能满足JTG/TD21-2014《公路立体交叉设计细则》的要求。为满足系统方案的合理性,施工图阶段提出将主线向北侧调整,沿冲沟斜坡布线,增加明线长度,以满足互通与隧道的间距要求。调线后路线长度基本相当,隧道规模略有减小,桥梁规模增加,工程造价基本相当,但解决了前述问题,方案更优。

  2.6树立保护环境、节约资源的理念

  总体设计应优先选择对环境影响小、资源占用少的方案。案例七:某高速公路原方案桥楼互通采用变异B型单喇叭互通(图11),占地面积22.4ha;桥楼服务区为B类服务区(图11),占地面积8ha。互通与服务区净距约1.1km,符合规范要求,也满足功能需要。桥楼服务区具有地形条件好,工程简单,工程规模较小等优点,但是桥楼互通地形条件较差,存在路基大填大挖,对环境影响较大,占用耕地较多等缺点。考虑到桥楼互通转换交通量较小,为减小对环境的影响与节约耕地,总体设计“立足项目,着眼长远”,提出将互通与服务区合设的思路,并选择于原服务区位置设置互通与服务区合并的综合体(图12),调整后的方案采用变异单喇叭+对称式服务区复合形式,工程简单,减少了拆迁,对环境影响小;总占地19.5ha,较原分设方案节省占地约8ha,符合节约用地的基本国策,长期社会效益明显。案例八:某高速公路初步设计方案压覆了砂岩矿区范围,存在大额赔偿和侵占社会资源的问题。施工图阶段总体设计提出“将资源占用纳入方案比选”的思路,路线平面采用增设一处交点,往东侧偏移(图13)。调整后虽然路线有所增长,工程规模略有增加,但是减少了压覆矿产,有效节约了社会资源,方案更具有价值。

  3结束语

  当前山区高速公路的总体设计应践行绿色公路发展理念,加强多方案的比选论证,正确处理好高速公路建设与社会经济各相关层面之间的关系,打造出“因地制宜、突出特色”的品质工程。要做好总体设计,从具体操作层面上说,需要组建一个通力协作的项目团队,更需要一位优秀强力的项目负责人。项目负责人应具备强烈的责任心和高超的协调能力,还要有精益求精的创作意识,能在长期工作中不断积累经验,并能形成系统的总体设计理念和方法,才能最终付诸实践。

  参考文献

  [1]JTGD20-2017公路路线设计规范[S].

  [2]JTG/TD21-2014公路立体交叉设计细则[S].

  作者:邹锋

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