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山區高速公路總體設計優化思路與方法分析

來源:華盛論文網 發表時間:2021-09-06 09:00 隸屬于:工業論文 瀏覽次數:

摘要 【摘要】文章通過回顧筆者參與的部分山區高速公路項目勘察設計階段在總體設計方面的成功案例,提出了幾點復雜建設條件下的高速公路總體設計優化思路與方法,希望能給相關從業

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

山區高速公路總體設計優化思路與方法分析

  【關鍵詞】山區高速公路;總體設計;優化思路與方法

  1山區高速公路總體設計

  設計是工程建設的靈魂,而總體設計是公路設計的綱,統領整個公路項目設計,能充分體現公路設計的先進性、適用性、安全性、經濟性。實際工作中,總體設計強調統一協調路線與各相關專業及項目內外部的銜接關系,最終實現路線與相關專業成為完整的、合適的系統工程,實現安全、環保、可持續性發展的總體目標。總體設計貫穿于勘察設計全過程,其主要內容根據設計階段、項目特點以及建設條件的差異而有所側重。一般來說,高速公路總體設計的核心內容包括深刻理解項目功能,提煉項目特點與技術重難點,把控項目建設規模與建設方案,堅持環境保護與資源節約的設計理念以及完善設計檢驗與安全評價的后續工作等。山區高速公路總體設計直接決定項目設計質量,如何使項目眾多控制因素,包括自然條件、工程規模、項目安全性、實施難度、運營成本、環保景觀、資源節約、社會需求等多方面的協調統一,達到全社會層面互利共贏的局面,是一項具有挑戰性的工作。

  2總體設計優化思路與方法內容

  2.1樹立全壽命周期成本的理念

  總體設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169km,設計單位為控制連續長大縱坡路段的平均縱坡,使局部路段繞行距離過長,工程規模加大,運營里程加長,環境影響程度加大,全壽命周期成本高等問題突出,可謂得不償失。初步設計階段,總體設計全面審視全線縱斷面情況,合理規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)。調整后,雖然越嶺超長隧道的長度由9.8km增加至14.4km,但是路線總里程縮短了17km,有效解決路線繞行問題;在嚴格控制平均縱坡的前提下,縮短了連續長大縱坡范圍內積雪冰凍嚴重影響路段長度,并且縱斷面設計巧妙將明線段設為偏緩的2%,隧道段設為偏陡的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;工程規模也得到控制,總體優化成效顯著。

  2.2樹立安全至上的總體設計理念

  尤其對于建設條件復雜的項目,總體設計在勘察設計全過程均應堅持地質選線,安全選線的原則。案例二:某高速公路地形地質復雜路段,初步設計階段布設有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災害路段的K線方案,具體如圖3所示。施工圖階段新發現斯古溪溝口山脊處發育大量裂縫,民房、電塔有明顯變形跡象。坡面上發育4條裂縫,基本垂直山脊發育,縫寬30~50cm,高差50~80cm,現場無人機航拍情況如圖4所示。經綜合地質勘察后,該山體被判定為陡傾坡內巖質重力變形體。從地貌來看,為地質歷史時期的變形體,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,錯縫呈張性,變形體積大,在設計周期內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,地質專業建議調整路線方案。總體設計堅守安全紅線,根據現場地形、地質條件,提出將路線方案調整至斯古溪溝上游,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,橋梁規模減小,隧道規模有所增加,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:某高速公路初步設計階段主線窩子溝隧道于巨厚(大于70m)堆積體出洞后,于滑坡體前緣設置2×81mT構橋斜跨盧家溝,沿原路右側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,總體設計提出將路線左移于基巖山嘴處出洞,于原橋下游75m處設(65+120+65)m連續剛構橋跨越盧家溝,避開了巨厚堆積體及滑坡,具體如圖6所示。調線后路線長度略短,橋梁規模增加,隧道規模減少,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以降低工程規模與投資為目的的總體設計優化思路

  案例四:某高速公路項目原方案采用1座7.5km的特長隧道(另設1座500m斜井)穿山體,避開眾多的不良地質體,單從地質角度做到了安全選線,但是隧道工程規模遠超前期批復規模,投資超概算,方案不可行。總體設計緊扣“嚴格控制投資”主題,提出“避大治小、分級處理、靈活實用”的優化設計思路,采用低填淺挖路基通過次級斷裂帶的方法,成功將原方案7.5km超長隧道化整為零,分別調整為1km長隧道+1.3km低填淺挖路基+5.5km特長隧道的組合方案(圖7)。該方案不僅控制了工程地質風險,還明顯降低了工程規模,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計優化思路案例五:某高速公路初步設計推薦線元寶山隧道與二坪子隧道間的明線長度僅65m,且為陡崖段(圖8),橋隧施工作業面設置困難,填方路堤邊坡防護困難,難以實施。為降低施工難度,總體設計根據現場地形、地質條件,提出將路線向右側調整取直,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。調線后,路線平面指標提高,長度減短,橋梁規模減小,隧道規模增加,總造價略有減少,方案更合理。

  2.5方案的合理性

  總體設計應統籌考慮系統方案的合理性,為配合其他專業設計,協調路線方案的調整。案例六:某高速公路項目初步設計階段楊柳壩樞紐立交匝道與紅花溪隧道的最小凈距僅10m(圖10),不能滿足JTG/TD21-2014《公路立體交叉設計細則》的要求。為滿足系統方案的合理性,施工圖階段提出將主線向北側調整,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。調線后路線長度基本相當,隧道規模略有減小,橋梁規模增加,工程造價基本相當,但解決了前述問題,方案更優。

  2.6樹立保護環境、節約資源的理念

  總體設計應優先選擇對環境影響小、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22.4ha;橋樓服務區為B類服務區(圖11),占地面積8ha。互通與服務區凈距約1.1km,符合規范要求,也滿足功能需要。橋樓服務區具有地形條件好,工程簡單,工程規模較小等優點,但是橋樓互通地形條件較差,存在路基大填大挖,對環境影響較大,占用耕地較多等缺點。考慮到橋樓互通轉換交通量較小,為減小對環境的影響與節約耕地,總體設計“立足項目,著眼長遠”,提出將互通與服務區合設的思路,并選擇于原服務區位置設置互通與服務區合并的綜合體(圖12),調整后的方案采用變異單喇叭+對稱式服務區復合形式,工程簡單,減少了拆遷,對環境影響小;總占地19.5ha,較原分設方案節省占地約8ha,符合節約用地的基本國策,長期社會效益明顯。案例八:某高速公路初步設計方案壓覆了砂巖礦區范圍,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,路線平面采用增設一處交點,往東側偏移(圖13)。調整后雖然路線有所增長,工程規模略有增加,但是減少了壓覆礦產,有效節約了社會資源,方案更具有價值。

  3結束語

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

  參考文獻

  [1]JTGD20-2017公路路線設計規范[S].

  [2]JTG/TD21-2014公路立體交叉設計細則[S].

  《山區高速公路總體設計優化思路與方法分析》來源:《四川建筑》,作者:鄒鋒

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聲明:《山區高速公路總體設計優化思路與方法分析》
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