復雜地質條件下山區高速公路總體設計與投資控制淺析

孔繁星

摘 要：分析山區高速公路勘察設計的重難點，從不良地質的穿越方案、局部路線方案比選、行車安全、生態環境保護、施工組織以及項目投資控制等方面提出總體設計中應重點考慮的問題。

關鍵詞：山區;不良地質;總體設計;安全;投資控制

受到地形、地質條件的直接影響，山區高速公路有著鮮明的特點：地形、地質條件復雜、工程處置難度及工程規模大、生態環保要求高、施工難度大等。筆者通過G7611線昭通（川滇界）至西昌段高速公路項目的總體設計工作，就復雜山區高速公路總體設計及投資控制等若干問題闡述了實踐中的體會與思考。

1 工程概況

G7611 線昭通（川滇界）至西昌段高速公路是《國家公路網規劃》（2013-2030年）都勻至香格里拉高速公路的重要組成路段，東西向連接西昌～昭覺～金陽，向西接西香高速，連接香格里拉～木里～鹽源，向東經金沙江大橋連接昭通。路線全長184公里，設計速度80 km/h，雙向四車道，路基寬度25.5 m，橋隧比72.33%。

2 西昭高速公路重、難點

2.1 地形、地質、氣象極其復雜，抗災要求高

項目區地處川西南橫斷山系東北緣，穿越盆周丘陵、低山、中山、高山峽谷、高原等多個地貌單元，沿線穿越高山峽谷、極高山等復雜地形，海拔高差達2 000 m以上，氣溫差異大，氣候多變，存在霧、冰雪災害。

區域地質構造處于木河活動斷裂帶、安寧河活動斷裂帶及羅西活動斷裂，地層破碎，構造發育，不良地質以大體量崩塌、堆積體、滑坡、泥石流、不穩定岸坡、高危危巖為主，其次為順層、巖溶等，且項目位于Ⅶ～Ⅸ度地震區，震級大，烈度高，活動頻繁，抗災能力要求高。

2.2 項目技術難題多，工程規模大、造價高

全線橋梁、隧道結構物眾多，橋隧比例達72.33%，工程造價高。合理減小建設規模，控制工程造價，節約投資成本是本項目建設的重點，路線方案的優化選擇、橋隧結構物的合理布設、橋隧設計方案的比選是項目的重點和關鍵所在。

2.3 沿線生態環境極其脆弱，環境保護要求高

本項目地處大涼山腹地，項目沿線生態環境十分脆弱，氣候干燥寒冷，空氣稀薄，植被稀少，沿線金沙江水系的河流眾多，水土流失十分嚴重。由于項目隧道比例高，沿線山高坡陡，河谷狹窄，支溝陡峭，棄土場地設置困難，對環境保護提出了高要求和新課題。

2.4 施工條件艱巨、實施極其困難

沿線地形困難，施工場地十分狹窄，進場條件差，施工條件極其惡劣。

3 總體設計解決方案

3.1 重視地質勘察，合理選擇不良地質穿越方案，確保工程安全

利用“空-天-地”等先進勘察手段，通過宏觀地質遙感和地質調繪，配合物探、地質鉆探等手段，全面掌握路線走廊范圍內不良地質發育情況，分析可能的地震次生災害源，開展總體方案的擬定：

3.1.1 卸荷裂隙、危巖段落

以“避大—治小—重監測”的原則，對于線路上方發育的大規模卸荷裂隙或高位危巖，治理可行性不大，后期運營期間安全風險巨大，線路應予以繞避;小規模的危巖，可清除，結合落石軌跡分析，設置欄石墻、主被動防護網，對重點路段，配備不良地質體監測設備，提高運營期間的安全性。

3.1.2 崩塌段落

通過勘察地質調繪，詳細調查崩塌區域成因、范圍、厚度、堆積物成分等信息，對于山坡坡面陡峻、山體不穩定、易發生大規模的崩塌地段，應予以繞避;中小型崩塌，在難以采用繞避方案或采用繞避方案工程規模較大時，可采用工程處置，線路穿越時避免大填大挖，距陡崖坡腳宜有適當距離，并采用清除支撐嵌補錨固，結合柔性防護網、攔石墻等措施予以綜合防護。

3.1.3 滑坡段落

加強地質現場勘察，重視對滑坡形成的工程地質環境的研究。對大型復雜的滑坡，應予以繞避，小型滑坡，應根據其滑動原因和穩定性采取排水、支擋、減載等措施進行處理，線路通過滑坡的位置一般選擇滑坡的上緣或下緣。通過滑坡上緣，以挖方路基為宜，卸載、減輕滑體重量;通過下緣時，采用路堤為宜，反壓增加其抗滑力。

3.1.4 泥石流段落

深入開展泥石流專項勘察，對泥石流的物資、流域、形成條件、物緣、斷面流量等做深入調查分析，對于特大型或大型泥石流，線路應采取繞避;對于間歇期的泥石流，采用橋梁跨越，原則上采用一跨跨越，在灘地布置橋墩，對于橋梁主體結構加強，考慮泥石流淘蝕，基礎相應加強，并對泥石流采用攔擋、排導槽等措施進行防護處理。

3.1.5 順層段落

以路基通過順層地段，路塹開挖（上擋方案）順層切坡高度大，路肩擋土墻（下擋方案）基坑順層切坡高度小，相對而言，上擋方案工程技術風險大，因此，順層地段，“優先采用下擋，盡量不做上擋”。

3.1.6 巖溶段落

結合地質調繪成果，線路盡可能繞避大的坍塌、陷坑、漏斗、暗河，避開有利于巖溶發育的構造帶。越嶺地帶應抬高線路高程，在山頂溶蝕槽谷內露出地面，以路基通過，同時縮短隧道，避開水平徑流帶，使隧道置于巖溶水（泉群或暗河附近）的季節變動帶之上;如有既有公路、鐵路、引水隧道，線路應充分利用既有建筑物形成的漏斗區，盡可能靠近、標高高于并位于該類既有地下建筑物下游方向;巖溶發育的隧道盡可能設計成人字坡，避免反坡排水。

3.2 加強方案比選，充分利用地形，合理規劃線路、互通及沿線設施，降低橋隧工程規模

3.2.1 應建立全壽命周期的經濟比較

大方案的比選，不能簡單的通過二者工程規模的比較來選擇，還應在對外業地質條件充分了解的基礎上，對施工方案、措施、施工及運營期間的風險、環保、運營期間的管理費用、行車安全等諸多方面進行評判。

3.2.2 局部方案比選

區域內存在重大不良地質、復雜地形條件、控制性構筑物、規劃區、自然環境、人文環境等邊界條件，應進行局部路線方案比選，在進行比選之前，應對此區域內的基礎資料進行全面的收集與掌握，核實控制條件及關鍵因素，為后面比選做好支撐。

在充分掌握比選段落邊界條件的基礎上，綜合考慮地形、地質條件、水文、氣象等因素，首先進行總體大思路的考慮（展線位置、重要橋隧工點位置，榜山線選位、越嶺線埡口選位等等），并按不同思路，開展局部總體方案設計。

各個方案比選的過程中，首先要對制約方案的重大問題做好專題研究（如泥石流專項研究、下穿引水隧道的風險專題研究、穿越濕地公園的可行性分析等等），確保方案的可行性;同時在多方案比選的中，應分清主次，分析主要優缺點，缺點是否可通過某些措施改進等等，同時不應忽視環境因素、指標采用、駕駛安全、行車舒適、施工難易度以及全生命周期內的經濟造價情況。

3.2.3 互通立交

山區高速公路一般轉向交通量不大，對于互通立交的指標的采用應綜合交通量預測成果進行合理運用。對于互通立交的選址，應盡量避免選擇在地質發育區域，盡量繞避基本農田;對于交通量較小的互通立交，形式上可采用菱形，在滿足交通功能的前提下，可大幅降低工程投資;對于互通連接線的布設，應結合周邊鄉鎮開發，適應地區發展，打造高速公路落地門戶工程，切實提升山區人民幸福感指數。

3.3 合理運用路線指標，加強安全檢查與評價，確保運營安全

山區高速公路路線設計，受控于地形條件、不良地質等因素，往往造成高填深挖工點、橋隧工程密集，出現線形組合不當、視距不良、越嶺線長陡縱坡超限等影響行車安全的情況。

對于長大縱坡段，在路線設計的過程中，應當重視運行速度進行檢算，選用合理的剎車溫升模型，預測剎車安全臨界點位，合理設置緊急避險車道。同時應結合正向、反向運行速度的預測成果，采取左右幅不同的超高設置，適應上、下坡不同的運行速度。

重點核實小半徑平曲線，貨車考慮下坡修正下，中央分隔帶內側停車視距無法滿足要求的情況，如果在橋梁上，考慮工程投資的因素，可以采取調整路面標線局部適當壓縮硬路肩寬度（最小不應小于1.5 m），加大中分帶內側路緣帶寬度，保證橋面總寬度不變，減小工程規模，降低施工難度。

3.4 強化環保意識，保護耕地，解決巨量棄渣與生態環境協調的技術問題

山區高速公路棄渣量大，且工程區內多為高山峽谷區，山勢陡峭，峰巒疊嶂，溝壑縱橫，谷底幽深，泥石流、崩塌等山地災害頻繁，而地形、地質條件稍好的區域基本為農田或村鎮聚集區。巨量的隧道棄渣場選址困難，堆放處治不當容易誘發次生地質災害。

首先路線盡量繞避農田，平縱面布設、路基邊坡設計方面采取針對性措施，最大限度地避免和減少開挖，減少挖方、棄方及棄渣規模，并把棄渣量納入總體方案比選因素中。

其次需要結合詳盡的外業調查工作，重視棄渣場的選址，做好渣場水土保持設計、行洪論證工作。

最后結合隧道巖性分析，對隧道棄渣進行合理利用，作為筑路材料或路基填料，進一步優化土石方平衡，并合理安排隧道施工和洞外路基填方段施工工序。

3.5 充分考慮復雜艱險段落施工組織，確保工程可行、工籌合理，降低施工措施費用

應從設計著手，需要結合工點的具體施工建設等各種條件，重點對臨時工程及施工措施進行詳細設計，確保工程的可實施性，及全生命周期內的工程造價最優。

3.6 投資控制的總體工作思路

山區高速公路橋隧比高，工程規模大，造價高，由于地形、地質條件復雜，后期隨著勘察設計的逐步深入，前期可研、初設階段批復的投資額往往出現無法控制的局面，為避免或改善這種情況，在勘察設計過程中，應重點對各專業的投資控制進行必要的管控：

宏觀上，召開內部會議，強調項目投資控制的必要性和重要性，按照前階段批復投資額進行投資拆分，給各專業設定投資優化目標，按照制定限額總目標、分解目標、過程控制（設定預警目標）、及時反饋、調整目標、預算編制適度調整、總結進行要求。

確保項目的安全、功能的情況下，做好總體設計，降低構造物的設置數量;比如減少橋梁、隧道長度，降低墩高、減少填挖等，降低工程規模。

加強設計單位的技術擔當，從工程方案上進行調整和優化;優化結構設計參數，調整結構處理措施和方案，比如路基防護工程方案優化、隧道的支護參數調整、通風方案調整、斜井方案調整等。

加強地質勘察，盡可能貼合實際的確保工程安全和優化工程措施。

4 優化成效

在初步設計基礎上，強化勘察手段，查清區域內的不良地質，進而通過總體方案的不斷優化，施工圖定測階段繞避高位危巖及大型不良地質區域，避免運營期間的安全風險;并將全線橋梁工程縮減3.662公里，隧道縮減60 m，橋隧比降低4.35%;在工程規模減小、繞避大規模不良地質體的同時，還將升坡展線段平均坡度2.56%的長陡縱坡，優化至2.5%規范以內，大幅提高運營期間的安全。

5 結語

公路總體設計作為這個項目的設計龍頭，也是項目勘察設計成敗的關鍵，復雜山區高速公路其地形、地質相對復雜，涉及到的構造物眾多，應當加強勘察力度，查清地質條件，選擇合理的工程方案穿越或處置，同時應從工程規模、施工組織、工程造價、生態環境等諸多角度出發，建立全生命周期的綜合比較分析，選擇最優方案，切實保證公路工程項目安全、順利實施。

參考文獻：

[1]《G7611線昭通（川滇界）至西昌段高速公路施工圖外業驗收匯報材料》（中鐵二院集團有限責任公司，2021年3月.

[2]朱穎.復雜艱險山區鐵路減災選線理論與技術[M].科學出版社，2016-12.