樂百高速公路路線方案三維優化技術分析

馬長明

(北京建達道橋咨詢有限公司，北京　100015)

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樂百高速公路路線方案三維優化技術分析

馬長明

(北京建達道橋咨詢有限公司，北京100015)

摘要：隨著計算機軟硬件技術和全社會信息化意識的發展，數字公路、智慧公路建設開始全面加速，傳統的二維矢量數據在表達上缺乏直觀性，已難以滿足科學化精細化規劃審批工作的需求。以樂業至百色高速公路為依托工程，在路線規劃過程中,利用數字地形模型，考慮各種基本的和特殊的因素，對路線進行三維優化分析，較短時間內選擇出經濟合理的路線方案，大幅度降低工程造價，為同類工程優化設計提供參考。

關鍵詞：智慧公路建設；路線規劃；三維優化分析；工程造價

0工程概況

樂業至百色高速公路是國家高速公路網G69(銀川至龍邦高速公路)的重要組成部分，也是廣西高速公路網布局中“縱7線”天峨(黔桂界)至龍邦高速公路的重要組成部分。本項目起點對接貴州惠水至羅甸高速公路，終點通過百羅高速與在建的百色至龍邦高速公路相連，途經河池市的天峨縣、百色市的樂業縣、凌云縣以及右江區。該項目位于云貴高原向百色谷地的延伸過渡地帶，總體地勢特點是西北高東南低。根據項目走向沿線地形走勢呈“馬鞍形”，沿線以山地為主，峻嶺縱橫，山高坡陡，地形困難。沿線地貌類型主要有八種地貌形態，存在地形、地質條件較復雜,橋隧構造物多,設計與施工技術難度大等問題。

樂百高速公路按雙向四車道設計，設計時速為80 km/h,路基寬度24.5 m，最大設計縱坡為5%，圓曲線最小半徑400 m，汔車荷載等級為公路—I級，路線主要工程技術指標如表1所示。

表1　主要工程經濟指標表

續表1

2路線優化思路

在樂業至百色高速公路項目中，1∶2000地形圖上具備完整的地物數據，在進行方案優化之前，工程師對地形圖上的各種控制條件進行了分類整理，然后分批導入曠達系統以控制優化后路線方案的合理性。在方案優化之前，該項目中主要設置了以下控制條件：

(1)填挖限值：主要用于控制主線的橋梁、隧道和路基的分界和路基邊坡的高度。在該項目中，路線中線位置的填方最大高度一般控制為20 m，挖方最大深度控制為30 m。對于V型溝或U型溝等具備修建高路堤條件的路段，最大填方高度放寬至30～40 m，對于主線橫切山脊的挖方路段，路線中線位置的最深挖方深度放寬至40～50 m。全線的最高挖方邊坡原則上按照40 m控制，局部個別路段放寬至60 m，挖方路段的一、二級變坡坡率按照1∶0.75控制，三、四級邊坡坡率按照1∶1控制。

(2)鐵路及高速公路：當主線與既有鐵路和高速公路相交時，采用主線上跨或下穿的方式通過。

(3)國省道公路：當主線同國省道等二級公路相交時，原則上采用主線上跨或下穿的方式通過。對于主線同二級公路平行布線且地形條件受限時，優先滿足主線布線的需要，適當地改移二級公路。

(4)農村公路：在進行主線方案優化時，原則上不考慮農村公路對主線方案的交叉控制影響，在方案優化結束后確定具體的線位時，結合農村公路同主線的交叉位置，為農村公路預留需要修建通道的位置和凈空要求。

(5)高壓線：在方案優化時，不考慮高壓線對主線方案走向的影響，在優化結束后確定具體的線位時，盡量避讓高壓鐵塔的位置。

(6)河流：在方案優化過程中，主線需要橫跨的河流以橋梁的形式通過。對于主線同河流平行布線且地形條件受限時，局部路段結合實際情況適當的改移河道。

(7)城鎮規劃區：采用主線繞避的方式通過。

(8)居民區：對于成片區、成規模的人口聚集區，主線采用繞避的方式通過，對于零星散落獨居的農房，結合主線布線的需要，可考慮拆遷。

(9)滑坡及溶洞：主線采用繞避的方式通過。

(10)水庫等環境敏感區：采用主線繞避的方式通過，條件受限時，盡量減少主線對環境敏感區的干擾。

3三維優化技術分析

利用地形圖建立三維地模后，定義好路線的起終點坐標、幾何設計標準、費用參數和控制條件后進行方案的整體優化，優化情況如圖2所示。從圖上可以看出，一次性優化后的路線方案基本涵蓋了地模上的所有走廊帶，其中最為經濟的路線方案位于南通道走廊帶內(藍色線位為經濟路線方案)。將南通道走廊帶內優化后的路線方案同原設計線位進行了對比，發現該路段內有四處具有進一步優化的價值，在不降低技術指標的同時可節約工程投資，分別是K12+300～K17+600路段，K19+900～K32+800路段，K33+300～K46+400路段，K48+400～K64+479路段。

圖2　路線方案整體優化示意圖

圖3中藍色線位是優化線位，紅色線位是初設線位。優化線位從百樓一號隧道引出，過百樓一號大橋后，線位向西偏轉，以路基的形式沿西側的山體布線，可縮減百樓二號大橋的規模。過百樓2號隧道時適當提高路線的設計高程，由于百樓3號隧道的埋深相對較淺且該隧道山脊線的高程相對一致，提高設計高程后，可將百樓3號隧道調整為深路塹的形式通過，路線中線位置的挖深約55 m，路線兩側邊坡的最大高度約60 m。該路段經優化后節約工程投資約7 700萬元，主要工程數量對比見表2：

圖3　K12+300～K17+600路線分段優化示意圖

圖4　K19+900～K32+800路線分段優化示意圖

表2K12+300～K17+600主要工程數量對比表

序號指標名稱單位曠達線位初設線位1路線總長km536753232最小圓曲線半徑m5159613長大下坡坡度/坡長%/km//4挖方104m311638.45填方104m321.914.26借方104m3007棄方104m311659.98擋墻104m31.010.469挖方邊坡防護104m27.152.5610橋梁總長特大橋大橋中橋m/座2075/702075/702393/702393/7011隧道總長長隧道中長隧道短隧道m/座1215/30664/1551/21800/40725/11075/312征地104m320.213.913投資總額萬元6840076100

圖4中，優化線位自下老互通引出后，平面線位稍微東移，同時降低設計高程，可將交塘大橋調整為高路堤的形式通過。過交塘大橋后，優化平面線位往東南方向調整，過下老隧道后，沿山體布線至百西隧道。優化后線位與地形結合更好，可縮減百西1號，2號大橋的規模。線位出百西隧道后，適當降低路線的平面指標，利用溝渠兩側的地形以路基形式布線，同時線位向西北方向偏轉，調整音里隧道的進出口，可縮減音里隧道的長度。巴勞一號大橋至邏西段，由于受河流切割的影響，兩岸地形比較凌亂，原初設線位主要沿河流中心布線，以橋梁的形式通過。通過優化將該路段線位推至河流西側的山腳布線，以路基形式通過，在縮減橋梁工程的同時還可消減棄方。對占用河道的部分，對河道進行改移，該路段經優化后可節約工程投資約21000萬元，主要工程數量對比見表3：

4連接線優化分析

如圖5所示，樂業連接線的整體優化來看，優化結果主要有初設線位走廊和206省道走廊，其中絕大部分線位都集中在初設線位走廊內，驗證了初設線位走廊選擇的正確性。將省道206走廊內的曠達線位同原省道206線位進行對比，由于樂業連接線的技術指標較高，優化線位基本不能同206線位吻合，因此沿206省道走廊布線也利用不上206省道的路基。

表3K19+900～K32+800主要工程數量對比表

序號指標名稱單位曠達線位初設線位1路線總長km13.19612.92最小圓曲線半徑m5277603長大下坡坡度/坡長%/km//4挖方104m32601895填方104m323590.16借方104m3007棄方104m396.71848擋墻104m32.260.89挖方邊坡防護104m219.812.210橋梁總長特大橋大橋中橋m/座1799/701471/3328/44108/161929/31775/7404/611隧道總長長隧道中長隧道短隧道m/座3925/502920/21005/34418/503548/2870/312征地104m358.942.213投資總額萬元117000138000

圖5　樂業連接線整體路線優化示意圖

圖6　樂業連接線路線方案對比

圖6中，藍色線位是優化線位，紅色線位是初設線位，由于方案從起點至終點基本為持續上坡路段，且受地形的控制，因此曠達線位同初設線位在平面位置上差異不大，將兩條線位進行綜合對比，主要差異為，優化線位同地形結合更好，挖方數量少，填挖更為平衡。初設線位縱斷面主要為6%，3%縱坡的陡緩組合，路線的組合坡度超標，優化線位大部分緩坡路段的坡度控制在2.8%左右，該路段經優化后節約工程投資約1 900萬元，主要工程數量對比見表4：

表4　樂業連接線主要工程數量對比表

5結語

通過對擬建工程樂業至百色高速公路路線方案進行三維優化技術分析，可以得出如下結論和建議：

(1)全路段經三維線路優化后，縮減橋梁約8 842 m，縮減隧道約4 242 m，全路段內共節約土建工程投資約11.98億元。樂業連接線優化里程7.2 km，縮減隧道約91 m，全路段內共節約土建工程投資約1 900萬元。

(2)通過三維優化系統對路線方案進行優化分析，可幫助公路和鐵路規劃設計者在選線過程中綜合處理復雜的工程、地質、自然環境、社會人文和行車安全等因素，降低和控制工程建設及運營成本，較短時間內選擇出經濟合理的路線方案。

參考文獻：

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收稿日期：2016-05-05

作者簡介：馬長明(1984-)，男，山東濰坊人，研究生，中級，研究方向：道路路線。

中圖分類號：U412

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)06-0087-03