山西某高速公路路線方案比選

袁英爽

（鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津市 300251）

山西某高速公路路線方案比選

袁英爽

（鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津市 300251）

在煤儲量豐富的山西，高速公路路線的布設經常會遇到煤礦采空區、煤層氣井、管線、水源地及生態保護區等，因此要求設計者綜合考慮各種控制因素，并針對該地區自然條件的特點，充分考慮當地居民生態環境保護區的要求，合理確定路線方案。本文以山西高沁高速公路為例，進行了路線多方案比選，最終確定了合理的路線方案，為類似地區的路線方案比選提供了參考。

高沁高速；采空區；風景區；路線；方案比選

1　工程概況

高平—沁水高速公路位于山西省晉城市所轄高平市及沁水縣境內。起點位于高平市河西鎮常樂村南，與已建成的高平—新鄉高速公路高平—營盤（省界）段相接，并在此與二廣國家高速公路形成十字交叉樞紐互通立交；終點位于沁水縣龍港鎮中木亭，與陽城—翼城高速公路相接形成丁字交叉樞紐互通立交。高沁高速公路全長69.55 km，本文論述的是前34 km位于煤礦采空區范圍的路線方案的比選，見圖1。

圖1　高沁高速公路地理位置

2　技術標準

根據可研批復意見，高沁高速公路設計速度80 km/h，路基寬度24.5 m，雙向四車道，主要技術標準見表1。

表1　高沁高速公路主要技術標準

3　主要控制因素

高沁高速公路途經晉城市高平和沁水兩市縣，該區域除地形因素外，其他控制因素也較多。路線走向的主要控制點有：起點已建常樂互通、河西鎮采空區及規劃煤礦、高平南互通、河西水源地、南北嶺采空區、馬村服務區、平泉規劃煤礦、馬村生態風景區、既有煤礦鐵路專用線及在建嘉南鐵路、馬村互通、唐東煤礦采空區及全興洗煤廠、老馬嶺隧道、張峰水庫輸水管線、樊莊互通、中石油煤層氣井及管線、玉溪規劃煤礦及辦公區等。

4　路線總體設計方案

針對以上控制因素，結合地形條件，共提出六個比較方案B、C、D、D1、D2、D3，共長32.8 km。其中，D1為路基和高架橋縱斷面比較方案，長2.7 km；其余為路線比較方案，同精度比較線為B、C線，共長12.3 km，定性和定量比較方案為D、D2、D3，長17.8 km，見圖2。

5　路線方案比選

5.1A、B線方案比選

B線方案為原可研路線方案，路線連續穿越新莊利民煤礦采空區、鞏村煤礦采空區、喬村煤礦采空區、小仙煤礦采空區、司家川煤礦采空區等多個采空區，采空區處理范圍較長，同時路線右側緊鄰高壓線。

A線方案從減少路線穿越采空區長度、降低工程造價的角度出發，路線在跨越丹河后由原來在鞏村、喬村南通過改為在村北通過，避開了新莊利民煤礦采空區、鞏村煤礦采空區，僅穿越喬村煤礦、小仙煤礦，減少了采空區的處理長度，見圖3。

圖3　A、B線方案比較

優缺點簡述:

A線優點：（1）A線方案采空區長2 km，較B線（采空區長5.3 km）短3.3 km，處理費用低；（2）A線基本順應地勢，縱坡較為平緩；（3）A線路線長度較B線短190 m；（4）土石方數量較B線少65萬m3，長挖方段落短；（5）遠離高壓線。

A線缺點：（1）A線線形比B線稍差；（2）線位距離喬村較近，對附近居民有一定影響。

B線優點：線形較順直，平面技術指標較高。

B線缺點：（1）B線位通過多處采空區，地面沉陷較為嚴重，處理費用高，對路基穩定性影響大；（2）橋梁長度較A線長；（3）高填方和長挖方較A線長，土石方數量大；（4）路線走行位置高壓線密集。

推薦意見:

經上述經濟技術綜合比較，A線方案較B線方案采空區處理費用低、與高壓線干擾小，土石方數量少，雖然A線方案平面指標低于B線方案，但其線形更符合運行速度的要求，所以推薦A線方案。

5.2A、C線方案比選

C線方案自懸南K8+900偏離A線方案，在楊界線南側向西，經三家莊北、南嶺南、畢家莊北，在馬村鎮南唐安煤礦專用線南側與A線方案相接。C線方案穿越已開采的南嶺煤礦和規劃平泉煤礦，采空區深度最深140 m，處理深度較深，費用高。

A線方案從南嶺和北嶺之間穿過，避開了規劃平泉煤礦開采區，采空區段落較短，采空區深度為60 m，處理費用較低。

A、C線方案比較段終點位于馬村鎮，從鎮區規劃和景觀角度考慮，馬村鎮要求路線在臥佛山以隧道形式通過，因此兩方案在此均為明洞方案，隧道長580 m，見圖4。

圖4　A、C線方案比較

優缺點簡述：

A線優點：（1）A線穿越采空區長度較C線短200 m，采空區處理深度比C線淺，處理費用低；對平泉煤礦影響小，占壓煤礦約0.1 km2，減少了壓煤；（2）馬村臥佛山明洞位于直線路段，不需設置超高，利于行車安全。

A線缺點：（1）A線線形較C線指標稍低；（2）A線長度較C線長約159 m，橋梁長度長355 m。

C線優點：（1）線形指標較高；（2）橋梁長度略短于A線。

C線缺點：（1）占壓國有平泉煤礦約0.63 km2；（2）穿越南嶺煤礦和回山煤礦采空區路段長，處理深度深，工程造價高；（3）馬村臥佛山隧道位于曲線路段，需設置超高，不利于行車安全。

推薦意見：

平泉煤礦是高平市國有重點煤礦，資源數量僅9.6 km2，高平市政府和平泉煤礦要求盡量少占資源，C線方案占壓資源近0.63 km2，A線方案基本避開了煤礦。同時，A線方案采空區處理費用較低，經經濟技術綜合比較，結合地方政府意見，推薦采用A線方案。

5.3A、D線方案比選

該方案為定性、定量方案比較。D線是根據老馬嶺隧道軸線段提出的陰坡方案。D線在閣老村北向西，在老馬嶺隧道入口處與A線分離，設隧道穿越老馬嶺，在樊莊煤焦營業站東側出隧道，路線沿河南岸山嶺繼續向西，與331省道走向基本一致，在賈寨村北向南，在樊莊村331省道東側經過，跨過331省道，穿越樊莊村，在王回村北與A線相接，見圖5。

圖5　A、D線方案比較

優缺點簡述：

A線優點：（1）A線路基為半填半挖，填挖結合，整體填挖比較均衡；（2）A線位于陽坡，對路基穩定較為有利；（3）A線隧道長度短，工程造價較低；（4）占用耕地較D線少，對自然環境影響較小。

A線缺點：（1）路線右側路段山體部分段落較陡、山體風化較為嚴重，局部路基防護工程量較大；（2）走行位置與部分高壓線、輸水管道、煤氣井等交叉干擾。

D線優點：（1）路線長度較A線短214 m，線形指標稍高；（2）與高壓線、輸水管道、煤氣井等交叉干擾小。

D線缺點：（1）D線走行位置1 400 m范圍處于破碎帶中，同時濕陷性黃土分布廣，不良地質路段長，路基防護工程量大；（2）D線地形較A線高程高，出老馬嶺隧道后連續降坡，路基全斷面挖方段落長，填挖方比例為1∶5.3，不夠均衡，挖方量大，對自然環境影響較大；（3）D線位于陰坡，對路基穩定性不利；（4）隧道長2 130 m，較A線長395 m，工程造價高；（5）線位所處位置大部分為耕地，影響沿線居民的生產、生活；（6）終點在樊莊村中心穿過，附近多醫院、學校，對村民生活影響大。

推薦意見：

經經濟技術綜合比較，A線方案布設于陽坡，填挖較均衡，具有占用耕地較少、隧道長度短、地質條件較D線方案好、工程造價低等優點，所以推薦A線方案。

5.4A、D1線方案比選（縱斷面比選方案）

該方案主要考慮高平市河西鎮的意見，從河西鎮發展規劃角度考慮，城鎮向南發展而考慮的縱斷面比較方案，為定性、定量方案比較，比較范圍為K0+400～K3+100，長2.7 km。D1線與A線平面一致，縱斷面抬高，為高架橋段，對應A線為路基方案，并預留部分通道，見圖6。

優缺點簡述：

A線優點：采用路基方案，除既有道路采用通道或橋梁之外，另預留了三個通道，采用路基+通道方案，節省工程造價。

A線缺點：高填方路基對河西鎮規劃有一定限制，對視覺景觀有影響。

D1線優點：采用高架橋方案，對周圍景觀影響小，利于河西鎮向南發展。

D1線缺點：投資規模增很多。

推薦意見：經經濟技術綜合比較，推薦采用路基+通道方案。

5.5A、D2、D3線方案比選

該方案比選路段有唐安煤礦鐵路專用線與A線平行，緊鄰鐵路專用線北側為擬建的嘉南鐵路，兩鐵路北側為馬村大型活動廣場，南側為馬村臥佛山風景區，同時平泉煤礦部分開采區位于臥佛山下，平泉煤礦為高平市國有煤礦，該礦區早期私挖亂采嚴重，據調查，3號煤和9號煤均有不同程度的開采。馬村鎮和平泉煤礦在此路段意見不一致。馬村鎮意見是：路線在風景區通過，不能影響其整體景觀，應以隧道形式通過；平泉煤礦意見是：路線盡可能不占用開采區。針對上述意見分別考慮了鐵路北側躲避平泉煤礦的D3方案、以隧道形式從臥佛山山體中部穿越的D2方案，并與推薦線A線進行了比較，見圖7。

圖7　A、D2、D3線方案比較

5.5.1A、D2線方案比選

A線方案線位緊鄰鐵路專用線南側平行布設，在馬村鎮廣場南側的臥佛山腳下經過，臥佛山是馬村鎮重要的風景區，山上有吉祥寺等景點，山坡種植有烏克蘭櫻桃、薄皮核桃等經濟林。由于馬村鎮政府不同意高速公路隔斷此風景區，所以A線方案在臥佛山設置580 m長的明洞，并考慮洞頂恢復植被、進行綠化美化與周邊景觀協調，見圖8。

圖8　A線臥佛山明洞效果圖

D2線方案通過暗挖隧道在鐵路南側臥佛山山體中部穿越，降低了對臥佛山風景區的影響。路線從北嶺村南偏離A線，向西北局部繞開平泉煤礦邊界，向西修建暗挖隧道長520 m穿過臥佛山中部山體，在平泉煤礦廠區北側與A線相接，見圖9。

圖9　A、D2線方案比較

優缺點簡述：

A線優點：（1）A線采用路基方案，從臥佛山山腳經過，縱坡沿自然地勢，填挖方量較小，工程規模較?。唬?）路線貼近既有鐵路，與鐵路共用走廊帶，盡量減少占用耕地，利于當地的生產生活；（3）通過臥佛山采用明洞方案，滿足馬村鎮以隧道形式通過的要求；（4）占用平泉煤礦資源少（較D2線少0.05 km2），對平泉煤礦影響小；（5）明洞隧道通過臥佛山較暗洞通過施工工期短，工藝相對容易、工程造價低。

A線缺點：（1）隧道頂恢復景觀僅在一定程度滿足當地的景觀要求，并不能完全恢復原風貌；（2）設置隧道增大了工程投資規模。

D2線優點：D2線方案為暗挖隧道方案，對風景區影響小。

D2線缺點：（1）采用暗挖隧道方案穿越臥佛山，隧道位于采空區范圍，與明洞方案相比，處理采空區施工工序復雜，施工周期長；（2）本方案隧道為暗挖連拱隧道，隧道較長，洞頂覆土厚度小，工程施工難度大、風險大，造價較高；（3）隧道從山頂寺廟下穿過，施工期間的爆破震動可能對寺廟磚木結構造成破壞；（4）線位穿越平泉煤礦范圍較A線大，壓煤多，平泉煤礦不同意該方案。

推薦意見：

綜合考慮工程投資、施工難度、地方需求，確定A線明洞方案為該段推薦方案。

5.5.2A、D3線方案比選D3線方案是考慮平泉煤礦的意見，減少壓煤、避免與規劃的煤礦辦公區沖突而設置。 路線與D2線起點相同，都從北嶺村南偏離A線，向西北局部繞開平泉煤礦邊界，之后與D2線分離，路線向北設橋梁跨越唐安煤礦專用線和在建嘉南鐵路，沿既有鐵路向西，穿過馬村鎮廣場南側道路后，在唐東、唐西南設唐安大橋，在唐東煤礦南側與A線相接，見圖10。

圖10　A、D3線方案比較

優缺點簡述：

A線優點：（1）A線采用路基方案，從臥佛山山腳經過，縱坡沿自然地勢，填挖方量較小，工程規模較??；（2）路線貼近既有鐵路，與鐵路共用走廊帶，盡量減少占用耕地，利于當地的生產生活；③通過臥佛山采用明洞方案，滿足馬村鎮以隧道形式通過的要求。

A線缺點：（1）隧道頂恢復景觀僅在一定程度滿足當地的景觀要求，并不能完全恢復原風貌；（2）設置隧道增大了工程投資規模。

D3線優點：（1）路線跨過既有唐安煤礦專用線之后，線位離開平泉煤礦，占壓煤炭資源最少，對平泉煤礦規劃影響最??；（2）縱坡平緩，線形指標較高。

D3線缺點：（1）兩次跨越煤礦鐵路專用線和嘉南鐵路，橋梁長度長、造價高；（2）跨越鐵路后多次跨越既有道路，路基為高填方，土方量大，對當地景觀有較大影響；（3）路線從馬村廣場前規劃新區通過，馬村鎮不同意該方案。

推薦意見：

綜合考慮工程投資、施工難度、地方經濟發展及景觀需求，并經地方政府協調，確定A線明洞方案為該段推薦方案。

6　結　語

在煤礦采空區廣泛分布的山區，路線選線應盡量繞避，不僅可以降低地基處理費用，也可以避免后期的沉降對公路的危害；同時隨著各地經濟的發展，以人為本的設計理念非常重要，修路是造福于民，在路線選擇上除了要結合地形特點外，還要盡量滿足地方要求，尤其在是穿越景觀區、生態區等敏感區域時，更要深入現場，充分征求地方意見，滿足環保需求，確定合理的路線方案。

[1]JTG B01—2003，公路工程技術標準[S].

[2]JTG D20—2006，公路路線設計規范[S].

[3]交通部公路司.新理念公路設計指南[M].北京：人民交通出版社，2005.

[4]交通部公路司.降低造價公路設計指南[M].北京：人民交通出版社，2005.

[5]JTG D70—2004，公路隧道設計規范[S].

U412.3

B

1009-7716（2016）02-0039-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.02.010

2015-09-28

袁英爽（1970-），女，河北人，高級工程師，從事道路設計工作。