西藏山區公路改建項目設計分析

鄧建華

[悉地（蘇州）勘察設計顧問有限公司湖南分公司，湖南 長沙410000]

0 引言

該項目是西藏地區某新通道，設計速度20km/h的四級公路，路基寬度6.5m 和4.5m，大部分路段為雙向兩車道，局部路段為單車道。現有道路大部分路段平縱面指標良好，局部路段指標偏低，需進行改善。部分路段防排水設施不足，個別路段還存在崩塌、碎落、路基塌陷等不良地質問題，需進一步處理。全線舊路為碎石、砂礫及手擺片石路面，部分路段設置有波形護欄。道路整體行駛舒適性和安全性不足，抗災能力差，路況不良。受積雪影響，一年只能保證5～10月份正常通行，嚴重制約了沿線少數民族脫貧致富的步伐。改善地區交通條件，將豐富的資源優勢轉化為經濟優勢，是改變該地區落后面貌的迫切需要。

該項目該標段路線全長64.239km，其中主線60.892km，支線長3.347km。該項目全部位于西藏某地區境內。該次改建主要工程內容包括：提高道路等級，改善路線平縱面指標；整治病害、整修和加寬路基，鋪筑瀝青路面；增加橋涵和防排水工程；增設必要的交通安全和管養設施等，使之改建為以三級公路為主，大型橋涵、隧道構造物滿足三級公路標準，局部困難路段指標不低于四級公路的國道主干線。

該項目是我國西南邊陲重要的國防通道、快捷的經濟聯絡通道、環境優美的休閑旅游通道和面向東南亞的開放大通道，可顯著改善西藏東南地區的運輸格局，對該地區經濟社會跨越式發展具有深遠的戰略意義；對提高路網運行效率和應急保障能力、鞏固邊防、提高繁榮經濟、社會穩定、民族團結等方面將發揮不可替代的重要作用。

1 控制性工程介紹

1.1 十一道拐特殊困難路段

K36+380～K42+380 段，該段地形陡峭，原有公路長度6km，設置11 處回頭曲線展線，克服高差219m，平均縱坡6.06%，6.5m 雙車道，上下盤公路之間距離較小，設置有較多高擋墻，外露最大高度約16.5m，高于9m 的擋墻長度639m，高于14m 的擋墻長度288m。

原有公路設計速度20km/h，平縱指標方面存在主要問題：10 處回頭彎半徑不滿足極限值（15m），8 處回頭曲線縱坡超極限值（4.5%），縱斷設計未考慮合成坡度，最大坡長超標，2 段縱坡超10%。如圖1 所示。

圖1 十一道拐特殊困難路段

1.2 隧道

K55+180～K60+400：原有老路翻越某埡口段，長度為12.56km，埡口海拔4700m。該段每年11月開始降雪積雪，12月～次年6月雪崩嚴重（20 多處），發生頻率高，養護清理工作量大，全年通行時間短。雨季邊坡塌方嚴重。為此選取隧道等多個方案進行比選論證，以下為隧道等各方案對比情況，如圖2 所示。

圖2 K 線與A4、A5、A6、A7、A8 線路線方案圖

1.2.1 K 線方案即推薦方案（隧道方案）

優點：其一，隧道平縱面線形指標好；其二，進洞條件良好，山坡穩定，無偏壓情況；其三，隧道進口坡面平緩，采取簡單措施可避免雪崩對隧道的影響。

缺點：隧道長度較長，造價較高。

1.2.2 A4 線方案(舊路拓寬方案)

優點：其一，充分利用老路資源；其二，工程造價低；其三，后期維護費用低。

缺點：其一，施工期間，開挖邊坡及防護工程砌筑等，不利于生態環境保護；其二，建設期間影響過往車輛安全、正常運營；其三，冬季斷交時間長。

1.2.3 A5 線方案（隧道方案）

優點：其一，隧道線形指標較好，進出口進洞條件良好；其二，進出口洞外均為填方路基，雪季積雪影響小，采取簡單的工程措施，可以有效避免雪崩及風吹雪的影響，保證運營期間行車的安全；其三，隧道長度適中，相比其他隧道方案，造價較低。

缺點：其一，路線方案里程較長，填方量大；其二，特殊路基段較多，支擋結構較其他比較線多。

1.2.4 A6 線方案（工可隧道方案）

優點：其一，隧道平縱面線形指標好；其二，進洞條件良好，山坡穩定，無偏壓情況，隧道進口坡面平緩，采取簡單措施可避免雪崩對隧道的影響；其三，隧道長度適中，相比其他隧道方案，造價較低。

缺點：其一，隧道進口位于地形低洼地帶，雪季洞外路基段積雪清除困難，風吹雪影響行車安全；其二，隧道出口淺埋段較長，地質條件較差，工程處理造價較高；其三，隧道進口出洞后接小半徑曲線，行車舒適性差，且存在一定的安全隱患。

1.2.5 A7 線方案（隧道方案）

優點：其一，線路里程最短；其二，隧道出口遠離既有道路，施工過程對既有道路運營影響小。

缺點：其一，隧道線形指標差，進口出洞后接小半徑曲線，行車舒適感差，隧道縱坡達到3%，后期運營成本高，且存在一定的安全隱患；其二，隧道長，造價較高。

1.2.6 A8 線方案（隧道方案）

優點：其一，線路里程較短；其二，隧道出口遠離既有道路，施工過程對既有道路運營影響小。

缺點：其一，隧道線形指標差，進口出洞后接小半徑曲線，行車舒適感差，隧道縱坡2.88%，后期運營成本高，且存在一定的安全隱患；其二，隧道進口位于地形低洼地帶，雪季洞外路基段積雪清除困難，風吹雪影響行車安全；其三，隧道較長，工程造價較高。

經過多次與專家溝通，對路線方案進行多次比選論證，選取K 線方案作為推薦方案。

2 主要技術標準

該項目全線采用三級公路標準，采用的主要技術標準如下：

一是設計速度30km/h(局部地方限速段設計速度為20km/h)；

二是路基寬度7.5m，路幅組成為2×（0.5m 土路肩+3.25m 行車道）；

三是路面類型，采用瀝青混凝土路面，路面寬為6.5m；

四是汽車荷載等級，公路-Ⅱ級；

五是設計洪水頻率，大、中橋為1/50；小橋涵及路基為1/25；

六是橋梁寬度，凈寬7m，帶防撞欄桿8m；

七是隧道寬度9.0m。

根據道路的使用功能，沿線地形、地質條件，結合《西藏自治區交通運輸廳委托書》及《工可》的要求，該項目該標段全線基本采用三級公路標準，設計速度30km/h，路基寬7.5m，路面寬6.5m，瀝青混凝土路面。局部受限地段（K16+300～K19+050、K23+640～K33+680、K36+480～K42+160）采用四級公路標準，設計速度20km/h，路基寬7.5m，路面寬6.5m；隧道段（K55+505～K58+480）采用二級公路標準，設計速度40km/h，隧道寬度9.0m，瀝青混凝土路面。

局部困難路段降低技術指標，瀝青混凝土路面，橋涵荷載標準為公路-II 級。

3 主要設計要點分析

3.1 總體設計

第一，各標段勘設難度不同，設計時間節點不同，總體設計協調難度大。

第二，該項目路線里程長，地形、地質條件復雜，受地形、地質構造和氣候環境影響，沿線滑坡、泥石流、崩塌等不良地質發育，項目區水毀、雪害也時常發生。

第三，項目區內新構造運動活動強烈，多條斷層交匯，地震活動頻繁且強度大，對公路工程和結構物抗震設防要求高。

第四，項目區大部分路段為沿溪（河）線，項目區降雨充沛，河流冬夏季流量差異大，應重視水文地質調查。

第五，舊路改擴建路段，應合理選用技術指標，提高舊路路基利用率，盡量避免二次開挖破壞，減少環境破壞，減少新增占地。

第六，該項目隧道為高海拔寒區隧道，對于該地區的隧道，防水是基礎，排水是核心，保溫是關鍵，做好隧道設計技術難度大。

第七，項目沿線降雨豐富、植被茂密，沿線城鎮、人口稀少，既有城鎮規模小，部分路段為無人區，測設及后勤保障難度大。

第八，項目建設資金由中央財政直接撥款，因此要合理控制工程規模。

3.2 路線設計

3.2.1 平面設計

（1）平面設計主要技術參數（見表1）

表1 平面主要技術參數表

（2）直線長度

首先，直線的長度不宜過長，受地形條件或其他特殊情況限制而采用長直線時，應結合沿線具體情況采取相應的技術措施[1]。

其次，同向曲線間直線長度。

改擴建路段：同向曲線間最小直線長度（以米計）以不小于設計速度（以km/h）的3 倍控制；困難路段可按不小于設計速度（以km/h）的2 倍控制[2]。

新建路段：同向曲線間最小直線長度（以米計）以不小于設計速度（以km/h）的6 倍控制[3]。局部困難路段可適當降低指標。

最后，反相曲線間直線長度。

改擴建路段：反向曲線間最小直線長度（以米計）以不小于設計速度（以km/h）的1 倍控制[4]。

新建路段：反向曲線間最小直線長度（以米計）以不小于設計速度（以km/h）的2 倍控制。

（3）回頭曲線平面設計

回頭曲線應選擇在地形較為平緩的位置設計回頭半徑，避開滑坡體等不良地質。線形設計時，圓曲線中心點盡量做到零填挖，線形盡量設置成“燈泡”型，一旦完成回頭后盡快拉近上下盤路的距離，減少上盤路邊坡開挖和下盤路的填方高度。

3.2.2 縱面設計

第一，縱斷面設計應充分利用地形、地勢，結合水文、地質、橋涵、隧道、通道、土石方等因素綜合設計。

第二，越嶺路線連續上坡（或下坡）路段，相對高差為200～500m 時平均縱坡應不大于5.5%；相對高差大于500m 時平均縱坡應不大于5%，且任意連續3km縱坡不應大于5.5%。

第三，當連續陡坡由幾個不同坡度值的坡段合成時，應對縱坡長度受限制的路段采用平均坡度法進行驗算，其組合坡長不得大于平均坡度的限制長度，限制坡長后應設值不小于最短坡長的緩坡，緩坡路段縱坡不大于3%。

第四，利用舊路改建路段，在滿足規范前提下盡量設置與舊路縱面相符的變坡點，避免高填深挖，減少改建路段路基土石方工程量。

第五，隧道路段縱面線形設計。

其一，該項目隧道為長隧道及特長隧道，有條件設置為人字坡。

其二，隧道內的縱坡應不小于0.5%，不大于3%，并建議特長隧道最大縱坡控制在2.0%以下。

其三，隧道洞口內外側各3 秒設計速度行程范圍內的平、縱線形應一致。一般情況下需保證判斷隧道洞口所需的識別視距的要求，地形特別困難地段，條件受限時，可以采用較小的豎曲線半徑，但也應保證隧道洞口1.25 倍的停車視距要求。

其四，隧道洞口3s 行程內不宜布設凹形豎曲線，不得已應保證洞口縱橫向排水順暢；凸形豎曲線半徑不應小于視覺要求值。

3.3 路基設計

3.3.1 路基橫斷面布置

（1）技術標準

綜合考慮項目功能、地形環境、建設資金及交通量預測結果，推薦該項目新建、改建段設計速度采用30km/h 三級公路技術標準，路基寬度采用7.5m。設計荷載采用公路-Ⅱ級。

若是完全利用舊路的段落，可按維持原來的技術標準進行設計。

（2）路基橫斷面布置方案

新建、改建路基按交通部頒《公路工程技術標準》(JTG B01—2014)中雙車道三級公路標準建設，路基寬度采用7.5m，其路基標準橫斷面布置見表2。

表2 路基標準橫斷面布置一覽表

3.3.2 不良地質路段設計

（1）深挖路基

K23+220～K23+410 右側路塹石質高邊坡。

工點地質：高10～30m，坡腳75～85o，成分主要為板巖和石英山巖，節理產狀109∠81,293∠81,181∠75，較完整，挖方邊坡最高36m。

處置措施：

路線內側偏移，折線放坡，一級邊坡為1∶0.3 巖石裸露，二級邊坡為1∶0.5 巖石裸露，一坡到頂。經驗算下滑力5112kN, 抗滑力10205kN，整體穩定性1.996，滿足規范要求。

（2）崩塌、危巖

崩塌與巖堆是全線最為普遍的地質災害，其規模以大、中型為主，其中崩塌共有9250m/51 處，治理措施如下：

第一，線路盡量避繞；

第二，對地質活動性不強的、穩定性較好的崩塌（危巖、巖堆），可通過放緩邊坡坡率，并加強清理養護；

第三，對活動性強、穩定性差的崩塌（危巖、巖堆）設置上擋墻，同時結合擋墻放坡，并清除對線路影響較大的危巖。

（3）泥石流

該項目區泥石流較為發育，按形態分為山坡泥石流和溝谷泥石流兩類。泥石流的活動性明顯受季節影響，雨季（六、七、八月）活動頻繁強烈，特別是暴雨的影響最為顯著，并且泥石流年年發生。而到旱季時，則處于相對穩定狀態。道路沿線共發育泥石流有40m/2 處，K8+200空擋橋跨越，K17+750 修建涵洞。治理措施主要為：首先，以涵洞形式通過；其次，上游設置攔擋墻，下游設置導流堤。

（4）雪害

海拔高程在4000m 以上的路段（主要為埡口段）一般在11月至次年4月負低溫現象嚴重，受積雪影響大，由于積雪量較大、積雪時間長、晝夜溫差較大，白天積雪融化，晚上融雪水結冰。因積雪和積雪產生的融水結冰所產生的危害方式和程度差別較大。有時下雪天刮風，雪花彌漫影響視線而造成行車困難；積雪量過大產生陷車；積雪被壓實或涎流冰使汽車打滑，行車困難或不能通行，甚至滑出公路造成翻車。沿高山峽谷地貌陰坡布線，光照時間相對較短，可能產生冰雪害，特別在近南北向地帶，冰雪害影響較為嚴重。該項目沿線雪害共計21.365km，分別位于：K36+540～K60+880。

雪害治理措施為：

首先，在選線上考慮路線走向盡量與冬季主導風向平行或者交角盡量減小，在越嶺線盡量選擇最低標高啞口，路線盡量設在陽坡或者迎風坡上，充分利用開闊的谷地、山脊等。盡量減少挖方，路塹少，積雪就少；

其次，不定期清理積雪，以機械鏟除清理為主，維持交通；

最后，道路邊線設置積雪標桿、積雪平臺，加強養護清理。

（5）涎流冰

根據外業地質調查，在K58+705～K58+745、K59+150～K59+200 下山路段易出現涎流冰現象，受地形及當地氣候的影響，地下水及地表水在此凍結，形成涎流冰。結合當地地形和野外地質調查資料，此段涎流冰處治措施為：加強截排水設施，上游設置聚冰坑。

3.4 路面設計

該項目路面結構設計分為新建路段和老路利用路段。路面采用瀝青混凝土路面，路表驗收彎沉值為57.3（0.01mm）。

新建路段:

該項目路面采用瀝青混凝土路面，路表驗收彎沉值為57.3（0.01mm）。

新建及加寬部分：

面層：5cmAC-16C 中粒式改性瀝青混凝土；

封層：1.0cm 透層及封層；

基層：20cm 厚水泥穩定碎石（5%）；

底基層：20cm 厚級配碎石；

防凍層墊層：15cm 厚碎石（海拔>4000m）；

總厚度：46cm(海拔>4000m 時61cm)。

新建橋梁部分：

上面層：5cmAC-16C 中粒式改性瀝青混凝土；

下層：防水層黏結層；

總厚度：5cm。

瀝青混凝土舊路利用路段：

該項目根據設計高程與舊路差值不同采用不同利用方式。高差10cm 以內，對瀝青混凝土舊路洗凈或銑刨處理后鋪筑黏層、平均3cm 瀝青調平層及5cmAC-16C 中粒式改性瀝青混凝土。高差大于10cm，按照新建路段設計。具體如下：

主線K5+740～K5+940、K8+045～K8+330、K9+840～K9+920、K11+280～K11+500 處，對舊路進行平縱面優化，路面結構采用新建處理。其他舊瀝青段，采用參考設計標高，進行加鋪處理。

混凝土舊路利用路段：

該項目支線對混凝土舊路修補、清縫、洗凈處理后，撒黏層油，鋪筑5cmAC-16C 中粒式改性瀝青混凝土。

路面結構：

面層：5cmAC-16C 中粒式改性瀝青混凝土（+3cm瀝青調平層）；

粘層：黏結層；

下層：舊路修補、清縫、洗凈；

總厚度：5.0cm。

4 結語

該項目為西藏某地區山區公路改建項目，現有道路大部分路段平縱面指標偏低，需進行改善。防排水設施不足，個別路段還存在崩塌、碎落、路基塌陷、雪害等不良地質問題。這些問題都是西藏地區共性問題，此次設計從實際出發，結合相關規范，本著安全適用、經濟合理的原則，有效地解決了設計中的關鍵問題，取得了良好的效果，可為以后西藏改建工程的設計提供借鑒。