昆明南連接線高速公路工程總體設(shè)計(jì)

宋 喬

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

1 概述

1.1 工程背景

南連接線高速公路位于昆明市西南滇池以北，為東西走向道路，東起于高岆立交，西止于民辦科技園，與昆玉、安晉、昆安高速公路直接串連，構(gòu)成滇池環(huán)湖高速公路圈。南連接線沿線連接?xùn)|連接線、昆玉高速公路、殘運(yùn)會(huì)主干道、珥璣路、三環(huán)路延伸線、環(huán)湖東路、紅塔東路、廣福路等南北向干道，作為南片區(qū)一條東西向的通過(guò)性干道，同時(shí)又是構(gòu)成“8”字繞城高速公路系統(tǒng)中“一橫”不可或缺的一部分，在南片區(qū)路網(wǎng)和繞城高速公路系統(tǒng)中起著十分重要的作用，交通區(qū)位較為明顯，南連接線也因而成為昆明綜合交通框架系統(tǒng)中的一個(gè)連接轉(zhuǎn)換線，對(duì)于優(yōu)化路網(wǎng)結(jié)構(gòu)有著重要的作用。

1.2 建設(shè)條件

該工程位于昆明市南片區(qū)，走向?yàn)槟媳毕颍貏?shì)為西低東高，線路起點(diǎn)為滇池邊，地勢(shì)較低，海拔在1887 m左右，線路結(jié)尾位于山區(qū)段，海拔在1983 m左右，高差接近100 m，地形起伏較大。擬建場(chǎng)地地層均為第四紀(jì)沖、湖積地層。在地面下72.0 m深度范圍內(nèi)地層除①層屬近代堆積形成外，主要由黏性土、粉砂、泥炭土與粉土組成，分布規(guī)律較為復(fù)雜，軟弱土性質(zhì)比較特殊，泥炭質(zhì)土層的厚度深，性質(zhì)特別差。

1.3 工程規(guī)模

該工程為雙向6車(chē)道高速公路，設(shè)計(jì)速度100 km/h，路線全長(zhǎng)25.12 km，路基全寬33.5 m。沿線共設(shè)置7座互通式立交及眾多跨河及主要道路的橋梁。

2 總體設(shè)計(jì)原則及技術(shù)指標(biāo)的使用情況

2.1 總體設(shè)計(jì)思想

南連接線高速公路部分路段通過(guò)城市區(qū)，它的建設(shè)勢(shì)必對(duì)沿線兩側(cè)土地開(kāi)發(fā)和居民出行及環(huán)境帶來(lái)影響。因此在設(shè)計(jì)中必須以服務(wù)于南連接線高速公路為重點(diǎn)，注重環(huán)境保護(hù)，采用新技術(shù)、新材料，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方針。“交通暢通、環(huán)保優(yōu)先、科技創(chuàng)新、經(jīng)濟(jì)合理、持續(xù)發(fā)展”是該項(xiàng)目研究的總體設(shè)計(jì)思想。

2.2 總體設(shè)計(jì)原則

（1）在路線走向選擇上，根據(jù)路線總方向和公路等級(jí)及其在公路網(wǎng)中的作用，結(jié)合綜合運(yùn)輸條件、城市規(guī)劃、社會(huì)發(fā)展需求、資源狀況與開(kāi)發(fā)利用計(jì)劃、環(huán)境影響以及地形等自然條件綜合考慮，通過(guò)分析比選，最終確定推薦路線方案。

（2）在不過(guò)大增加工程量的前提下，盡量采用較高的技術(shù)指標(biāo)。注意與農(nóng)田基本建設(shè)的配合，少占耕地和高產(chǎn)田、經(jīng)濟(jì)作物田、經(jīng)濟(jì)林園，通過(guò)城鎮(zhèn)、名勝風(fēng)景、古跡地區(qū)的路段注意與周?chē)h(huán)境自然景觀協(xié)調(diào)，適當(dāng)照顧美觀，盡量減少拆遷量。綜合考慮處理好路、橋的關(guān)系。

（3）在路線勘選中盡量避免穿過(guò)不良地質(zhì)地區(qū)，路線原則上不直接穿越不良地質(zhì)地段，特別是較為嚴(yán)重的不良地質(zhì)地段，對(duì)實(shí)在不能避讓的一般不良地質(zhì)地段，在探明地質(zhì)情況，采取有效的工程處理措施后通過(guò)。

2.3 技術(shù)指標(biāo)的總體選用

根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2003）、《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2006），南連接線高速公路路線平縱面布設(shè)受地形和沿線規(guī)劃道路控制點(diǎn)（如立交、大橋等）制約較大，但從適應(yīng)遠(yuǎn)期交通量發(fā)展，保證交通安全，降低工程造價(jià)，增強(qiáng)項(xiàng)目效益方面考慮，結(jié)合道路通行能力與服務(wù)水平分析，該項(xiàng)目除草海隧道外，均采用100 km／h的設(shè)計(jì)速度。

草海隧道內(nèi)設(shè)計(jì)車(chē)速采用80 km/h，一是考慮隧道西端連接的高峣立交草海A、B匝道設(shè)計(jì)車(chē)速為60～80 km/h，隧道設(shè)計(jì)車(chē)速應(yīng)考慮與其協(xié)調(diào)匹配；二是穿跨越江海湖泊大型的橋隧經(jīng)過(guò)全面論證后橋隧與兩端接線允許有設(shè)計(jì)車(chē)速的合理級(jí)差，以節(jié)省橋隧工程投資和確保運(yùn)營(yíng)安全。

平面指標(biāo)選擇與實(shí)際情況相符合的平曲線半徑，豎曲線指標(biāo)與平曲線相協(xié)調(diào)，平縱組合經(jīng)透視圖檢驗(yàn)視線良好，全線在平縱指標(biāo)應(yīng)用上基本均衡統(tǒng)一。

在具體指標(biāo)選用上，平面盡量選擇較高的線形指標(biāo)，同時(shí)注意指標(biāo)應(yīng)用的均衡連續(xù)性，縱斷面指標(biāo)的應(yīng)用在條件允許時(shí)一般不采用極限值，采用了大于一般值的豎曲線半徑。

立交區(qū)內(nèi)，與主線相交的道路為公路的，匝道使用公路規(guī)范；與主線相交的道路為城市道路的，匝道原則上使用公路規(guī)范，在特定條件下可使用城市道路規(guī)范。

2.4 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路分類(lèi)：高速公路。

（2）計(jì)算行車(chē)速度

主線：V=100 km/h（草海隧道段主線：V=80 km/h）；

匝道：V=40～50 km/h（根據(jù)被相交道路計(jì)算車(chē)速選取）。

（3）橫斷面車(chē)道數(shù)

主線：雙向6車(chē)道

匝道：回轉(zhuǎn)匝道采用單車(chē)道，其它匝道根據(jù)交通量采用單車(chē)道或雙車(chē)道。

（4）正常路面橫坡度

橋面、地面道路均采用直線路拱；道路和橋梁的橫坡采用2.0%。

（5）路面

主線、匝道采用瀝青混凝土路面；收費(fèi)站范圍內(nèi)采用水泥混凝土路面。

（6）荷載標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)構(gòu)荷載：公路-Ⅰ級(jí)；

路面結(jié)構(gòu)計(jì)算荷載：BZZ-100型標(biāo)準(zhǔn)車(chē)。

3 總體方案設(shè)計(jì)

3.1 公路功能定位

根據(jù)南連接線在規(guī)劃路網(wǎng)中的地位定性分析，以及南連接線交通量預(yù)測(cè)分析，可以確定南連接線的服務(wù)對(duì)象為：機(jī)動(dòng)車(chē)以貨運(yùn)車(chē)輛為主，兼有為長(zhǎng)距出行的客運(yùn)車(chē)輛服務(wù)。

3.2 公路等級(jí)及服務(wù)水平確定

（1）交通流量預(yù)測(cè)

交通量分布主要根據(jù)“現(xiàn)代新昆明”城市總體規(guī)劃，結(jié)合項(xiàng)目自身的地理位置及功能特點(diǎn)，研究區(qū)域公路網(wǎng)中該項(xiàng)目與周邊路網(wǎng)的關(guān)系與功能定位分析。采用“四階段法”，通過(guò)對(duì)區(qū)域交通量的分布及分配預(yù)測(cè)，并依據(jù)沿線互通式立交設(shè)置對(duì)交通流轉(zhuǎn)換的分析，得到未來(lái)各特征年昆明南連接線各路段交通量預(yù)測(cè)結(jié)果，見(jiàn)表1。

表1 昆明南繞城高速公路交通量預(yù)測(cè)結(jié)果（單位：pcu/d）

（2）公路等級(jí)確定

根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2003）中關(guān)于公路等級(jí)劃分的規(guī)定，公路根據(jù)使用任務(wù)、功能和適應(yīng)的交通量分為高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路、三級(jí)公路、四級(jí)公路五個(gè)等級(jí)。各級(jí)公路遠(yuǎn)景設(shè)計(jì)年限平均晝夜交通量見(jiàn)表2。

表2 各級(jí)公路交通量適應(yīng)范圍表（單位：pcu/d）

根據(jù)項(xiàng)目所處地理位置和走廊帶內(nèi)其他道路的等級(jí)情況，以及上述建設(shè)項(xiàng)目的性質(zhì)和功能分析，高速公路為專(zhuān)供汽車(chē)分向、分車(chē)道行駛并應(yīng)全部控制出入口的多車(chē)道公路。交通量預(yù)測(cè)結(jié)果表明，該項(xiàng)目遠(yuǎn)景年全線各路段交通量均在50000 pcu/d以上，根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)施對(duì)沿線城鎮(zhèn)組團(tuán)的帶動(dòng)作用明顯，且項(xiàng)目具有昆明二環(huán)龐大的過(guò)境車(chē)流和城市交通流，交通功能強(qiáng)大，故該項(xiàng)目公路等級(jí)宜定為高速公路。

（3）服務(wù)水平分析

經(jīng)計(jì)算，服務(wù)水平評(píng)價(jià)期末年（項(xiàng)目遠(yuǎn)景年2030年）該項(xiàng)目所有路段的服務(wù)水平均能維持在二級(jí)服務(wù)水平，在近期（2020年以前）大多數(shù)路段的服務(wù)水平均滿(mǎn)足一級(jí)服務(wù)水平行車(chē)條件，遠(yuǎn)景年2030年該項(xiàng)目所有路段均可滿(mǎn)足六車(chē)道行車(chē)條件，該項(xiàng)目選定的設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是能夠滿(mǎn)足公路通行能力和服務(wù)水平的要求的。本著項(xiàng)目一次性實(shí)施原則，該項(xiàng)目推薦采用六車(chē)道規(guī)模，見(jiàn)表3。

表3 本項(xiàng)目服務(wù)水平評(píng)價(jià)表

3.3 總體方案的確定

3.3.1 路線總體方案

該工程線位起點(diǎn)為昆安高速公路高峣立交（該工程不含此立交），穿越草海后下穿滇池路，隨即經(jīng)過(guò)大壩村、周家地村，在徐家堆處與規(guī)劃環(huán)湖公路、現(xiàn)狀廣福路構(gòu)成樞紐立交，往東南行經(jīng)趙家場(chǎng)、梁家村、龍馬西村、高廟后，在杜家營(yíng)以南上跨昆玉高速公路，隨后路線折向東北方向經(jīng)過(guò)云峰機(jī)械廠，跨越昆河鐵路和南昆鐵路，最終接入昆明東連接線既有主線收費(fèi)站，終點(diǎn)里程為K24+998.258。該項(xiàng)目由于受規(guī)劃紅線控制，路線走向基本確定。

對(duì)與南昆鐵路、昆玉鐵路相交位置的局部路段進(jìn)行比選。A線方案路線長(zhǎng)度最短，投資也略低于K線方案，但A線方案存在兩處高邊坡，且最小圓曲線半徑為800 m，線形相對(duì)較差；B線方案雖然路線最長(zhǎng)，但工程量最小，前期建設(shè)可節(jié)省大量投資，但下穿鐵路施工難度較大，對(duì)鐵路的影響最大；K線方案路線長(zhǎng)度適中，由于橋梁工程量較大，故投資最高，上跨既有鐵路，對(duì)鐵路影響小。最終推薦采用K線方案，見(jiàn)圖1。

圖1 路線比選圖

3.3.2 工程總體方案

（1）穿越草海結(jié)構(gòu)型式的選擇

穿越草海段對(duì)隧道方案和橋梁方案進(jìn)行了論證比選。該項(xiàng)目所經(jīng)滇池草海區(qū)域，位于著名的西山風(fēng)景名勝區(qū)，山水相映成趣，在此建造橋梁雖然可能產(chǎn)生新的景觀，但對(duì)景觀的影響和破壞風(fēng)險(xiǎn)很大。隧道方案在生態(tài)環(huán)境、景觀效果、氣候適應(yīng)性、航運(yùn)影響、漁業(yè)影響、土地利用等多方面均優(yōu)于橋梁方案，尤其是在滇池這一著名風(fēng)景旅游區(qū)建設(shè)工程項(xiàng)目，其景觀效果和對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響更應(yīng)作為重點(diǎn)因素來(lái)考慮。最終穿越草海段采用隧道方案。

（2）草海隧道-徐家堆立交段總體方案

考慮到該工程在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)水系和橫向道路眾多，且該工程在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)大部分路段地質(zhì)條件較差，而地基處理不僅工程沉降不易控制，且會(huì)對(duì)滇池水系的補(bǔ)水產(chǎn)生較大的影響，因此考慮不采用普通的填土路基形式，而采用與常規(guī)填土路基標(biāo)高接近的低架橋的形式作為該工程主線的結(jié)構(gòu)形式。

南連接線草海隧道敞開(kāi)段結(jié)束后，以低架橋的形式跨越西壩河與船房河，主線下穿滇池路后即進(jìn)入主線收費(fèi)口，再以低架橋的形式向東至徐家堆立交，起坡接入立交中南連接主線高架。

（3）徐家堆立交-民辦科技園立交段總體方案

環(huán)湖路-殘運(yùn)會(huì)主干路段采用低架橋形式，殘運(yùn)會(huì)主干路-民辦科技園段為微丘地帶，采用路基形式。

3.4 公路橫斷面方案

（1）主線路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面

路基全寬33.5 m，其各部分組成見(jiàn)圖2，路面橫坡2.0%，土路肩橫坡4.0%。

圖2 道路橫斷面圖（單位：m）

（2）主線橋梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面

橋梁全寬33.5 m，其各部分組成見(jiàn)圖3，路面橫坡2.0%。

圖3 橋梁橫斷面圖（單位：mm）

（3）隧道暗埋段標(biāo)準(zhǔn)橫斷面

隧道暗埋段結(jié)構(gòu)內(nèi)徑寬度為29.20 m，高度為6.0 m（設(shè)有風(fēng)機(jī)壁龕處為6.95 m），見(jiàn)圖4、圖5。

3.5 橫向道路及交叉設(shè)置情況

沿線立交形式以及匝道的布置方式具體形式見(jiàn)表4。

3.6 收費(fèi)站點(diǎn)的布置

全線在起點(diǎn)終點(diǎn)各設(shè)置一個(gè)主線收費(fèi)站，各互通設(shè)置匝道收費(fèi)站及站房。

圖4 隧道暗埋段橫斷面圖（不設(shè)風(fēng)機(jī)壁龕處）（單位：mm）

圖5 隧道暗埋段橫斷面圖（設(shè)風(fēng)機(jī)壁龕處）（單位：mm）

表4 立交形式推薦表

3.7 路基路面排水設(shè)計(jì)

3.7.1 一般路基設(shè)計(jì)

路堤設(shè)計(jì)高度主要根據(jù)設(shè)計(jì)縱斷面的高程決定路堤的填土高度。該項(xiàng)目地表水體分布較多，除高架橋及橋臺(tái)段，一般路段的填土在2.5 m。路基設(shè)計(jì)寬度：本次道路橫斷面按照33.5 m實(shí)施，路基寬度根據(jù)橫斷面實(shí)施寬度加上兩側(cè)放坡寬度和軟土地基引起的路堤底面加寬的寬度。路堤邊坡坡率采用不陡于1∶1.5。

3.7.2 特殊路基處理

主要是隧道與橋梁分界位置及主線收費(fèi)口段，以及立交中地面道路及匝道部分。地基處理基本采用CFG樁，部分地質(zhì)情況較差路段，也采用碎石樁進(jìn)行地基處理。

路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：

（1）新建主線行車(chē)道

4 cm細(xì)粒式瀝青瑪蹄脂SMA-13

6 cm中粒式密級(jí)配瀝青混凝土AC-20C(SBS改性瀝青)

8 cm粗粒式密級(jí)配瀝青混凝土(AC-25C)

36 cm 5%水泥穩(wěn)定碎石

18 cm 3.5%水泥穩(wěn)定碎石

15 cm級(jí)配碎石

（2）橋梁鋪裝結(jié)構(gòu)

4 cm細(xì)粒式瀝青瑪蹄脂SMA-13

5 cm中粒式瀝青混凝土AC-16C（SBS改性瀝青）

防水粘結(jié)層

（3）隧道路面結(jié)構(gòu)

4 cm瀝青馬蹄脂碎石（SMA-13）

6 cm中粒式瀝青混凝土（AC-20C）

12～25 cm C30混凝土鋪裝層

3.7.4 路基路面排水

中央分隔帶排水設(shè)置碎石盲溝排水。路面排水沿橫披至土路肩，橋頭范圍土路肩內(nèi)側(cè)邊緣設(shè)置攔水帶，匯集后通過(guò)泄水口和急流槽排離路堤，其余采用坡面漫流。

路面內(nèi)部排水，滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的水分，先沿路面結(jié)構(gòu)層的層間空隙橫向流入由透水性材料組成的縱向集水溝，并匯流入溝中的帶孔(或槽口)集水管內(nèi)，再由布設(shè)橫向出水管排引出路基。

路基排水，一般路段在路基兩側(cè)設(shè)置排水邊溝，路基邊溝坡度設(shè)置一般不小于0.3%。路塹地段邊溝采用矩形溝，地面橫坡較陡時(shí)塹頂設(shè)截水溝。截水溝、排水溝出口，引至路基以外，防止水流沖刷路基坡面。路堤、路塹邊坡采用多級(jí)時(shí)，平臺(tái)應(yīng)設(shè)置截水溝。

3.8 橋梁工程

上部結(jié)構(gòu)采用外形美觀，結(jié)構(gòu)整體性較好，便于機(jī)械化施工，施工速度快的預(yù)制小箱梁結(jié)構(gòu)。下部結(jié)構(gòu)樁基針對(duì)工程地質(zhì)區(qū)域的特性，分段采用鉆孔灌注樁和PHC管樁。橋梁墩柱采用群樁獨(dú)柱墩，主線加寬段采用雙柱墩，個(gè)別受布墩限制的主線墩和匝道墩采用門(mén)架墩。橋臺(tái)采用埋置式現(xiàn)澆鋼筋混凝土橋臺(tái)，控制臺(tái)厚填土高度不大于3.5 m，樁基采用樁徑1.2～1.5 m鉆孔灌注樁。

3.9 隧道工程

該隧道根據(jù)不同的功能要求，分為隧道暗埋段和隧道引道段（引道段內(nèi)包括隧道光過(guò)渡段）。隧道采用兩孔一管廊、雙向6車(chē)道規(guī)模，明挖施工。變電所、雨水泵房合建設(shè)置于隧道洞口車(chē)道南側(cè)，為地下兩層，內(nèi)部設(shè)有變電所、雨水泵房、消防泵房等。新河變電所、雨水泵房設(shè)置地面風(fēng)口、出入口。隧道以及地下附屬用房、地面風(fēng)口、出入口的耐火等級(jí)為一級(jí)，地面建筑防水等級(jí)為II級(jí)。

4 結(jié)語(yǔ)

昆明市南連接線高速公路的建設(shè)，將發(fā)揮高速公路網(wǎng)體系的整體效應(yīng)，緩解道路交通壓力，改善城市景觀環(huán)境，對(duì)推進(jìn)昆明南部地區(qū)開(kāi)發(fā)及實(shí)施“一湖四環(huán)”、“一湖四片”戰(zhàn)略目標(biāo)，促進(jìn)昆明成為現(xiàn)代化的國(guó)際性城市，增強(qiáng)中心城市的綜合競(jìng)爭(zhēng)力具有十分重要的意義。