南丹至天峨下老高速公路總體設計分析

莫秋金，石忠利，萬 謙，孔凱歌

(廣西交通設計集團有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

南丹至天峨下老高速公路是《廣西高速公路網規劃》(2018—2030)高速公路網布局方案中的“橫2”線，是廣西通往貴州方向的高速公路通道，是連接G75蘭海高速公路和G69銀百高速公路的重要紐帶通道，同時也是對廣西高速公路網體系的補充和完善，對充分發揮高速公路網絡連通效應，形成東靠西聯、北進南下的現代綜合交通運輸體系有著重要作用。

南丹至天峨下老高速公路路線自東向西，起點位于河池市南丹縣城關鎮關西村附近，依次經城關鎮、羅富鄉、天峨縣六排鎮、坡結鄉、向陽鎮、下老鄉、樂業縣邏西鄉，終點在下老鄉下老村附近接G69銀百高速公路，路線全長104.904 km，采用四車道高速公路標準，設計速度為100 km/h，整體式路基寬度為26.0 m，分離式路基寬度為13.0 m。設互通立交6處，其中樞紐互通兩處。橋隧比為74.3%。本文從項目工程特點、總體設計原則和要點等方面進行論述，為后續山區復雜高速公路的總體設計提供經驗借鑒。

1 項目工程特點

(1)項目控制性工程多，地形條件復雜，勘察設計難度大。

本項目所在地區以剝蝕低山地貌為主，自然坡陡，邊坡穩定性差。全線地層以砂巖、泥巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖等軟質巖為主，地質條件復雜。控制性工程多，有特長隧道5座，其中燕來隧道長6 311 m，為目前廣西第一長隧道；特大橋6座，連續剛構橋11座，橋隧比高達74.3%，勘察設計難度大。

(2)環保水保要求高

本項目路線方案穿過龍灘自然保護區，還有6處二級水源保護區，環保水保要求高。

(3)協調工作量大

路線受制約因素較多，勘察設計期間，路線方案設計需充分考慮基本農田占地、沿線城鎮規劃、重要環境敏感點、重要水利設施的分布情況、與鐵路和原有高速公路的交叉關系以及紅水河的通航要求等因素，需要重點加強與地方政府、鐵路、國土資源等部門的溝通和協調，合理確定路線方案。

2 總體設計原則

(1)積極吸收和借鑒國內外、各省區山區高速公路勘察設計的成功經驗，準確把握技術標準，合理運用技術指標，注重環境保護，嚴格控制建設規模，確保實現建設“綠色南天、智慧建造”的總體目標。

(2)在勘察設計中反復嘗試各種可能的總體組合方案，對特長隧道、長隧道、大橋、高路堤與橋梁、深路塹與隧道、擋墻、高邊坡與半邊橋等工程組合方案，進行全壽命周期成本的綜合比較。

(3)全面落實交通運輸部《關于實施綠色公路建設的指導意見》相關要求，在設計過程中貫徹綠色公路、“零棄方、少填方”“綠色服務區”“拓展旅游功能”的設計理念。

(4)項目隧道數量多達26座，隧道占路線長度的46.6%，分離式路基多。在國家關于“公路建設中實行最嚴格的耕地保護制度”的指導精神下，盡可能少占用耕地，特別是基本農田。

(5)堅持地質選線的原則，避免地質災害對項目實施和運營產生不良影響。對不良地質地段、環境保護地段，在路線選線過程中應注意合理繞避，避免硬性穿越。

(6)對特大橋、特長隧道等控制性工程，在路線總體進行多方案比選，綜合考慮地質條件、工程造價、施工風險、運營成本等因素，擇優推薦。

3 總體設計要點

3.1 路線起終點的銜接

路線起點：位于河池市南丹縣城關鎮關西村附近，在起點設置關西樞紐互通接G75蘭海高速公路。

路線終點：位于天峨縣下老鄉下老村附近，設置下老樞紐互通連接樂業至百色高速公路。終點接線位置銀百高速公路設有下老互通，并有隧道位于接線點兩側，路線終點互通方案經過多方案比選，最終將樞紐互通匝道均設置匝道隧道接入，并與原有下老互通設置輔助車道連接。

3.2 技術指標的應用

本項目主要技術指標[1-2]的采用情況見表1。

表1 主要技術指標采用情況表

3.3 路線方案的比選

本項目地質條件復雜，控制性工程多，路線展線和布設非常困難，設計需結合地形、地質、環境敏感點等因素進行多方案綜合比選。

3.3.1 貫徹地質選線，做好橋、隧方案比選

通過總結以往山區高速公路勘察設計的經驗[3]，充分認識到地質選線在規避建設風險中的關鍵性作用。K86+880～K87+120段經過向陽鎮車賴屯西北側附近的山坡處，地貌上呈北西向南東扇形分布，上部地形較平緩，前部整體地形陡峻，坡腳為S317省道，為低山丘陵地貌。結合地貌特征及鉆探驗證，可判定該處為滑坡堆積體，擬建高速公路推薦路線的車賴高架大橋位于滑坡體的前緣部位，在強降雨、車輛荷載、地震上部荷載加大等不利因素作用下可能誘發滑坡堆積體的滑動，因此設計避開滑坡堆積體的方案二進行對比(見圖1和表2)。

由圖1和表2可知：(1)路線長度：方案一較方案二短197 m；(2)工程地質條件：方案一經過滑坡堆積體前沿，地質條件相對較差，方案二以隧道的形式避開了滑坡堆積體；(3)安全情況：方案一橋梁跨越滑坡堆積體前沿，橋梁樁基及便道的施工易引發滑坡堆積體復活，施工及運營風險大，方案二以隧道形式穿過山體，施工風險相對較小；(4)工程規模：方案一較方案二橋梁長600 m，隧道短863 m，工程規模相對較小。

圖1 K86+880～K87+120段路線方案對比圖

表2 兩方案優缺點對比分析表

從以上四個方面進行綜合比選分析，方案二較方案一路線長197 m，工程造價較高，但地質條件較好，避開了滑坡堆積體，施工及運營風險較小，因此確定了方案二作為施工圖設計方案。

3.3.2 對控制性工程進行多方案研究比選

本項目龍鳳隧道長7 780 m，為廣西最長的隧道群。根據地質調查結果，龍鳳隧道位于灰巖區和砂巖區交界處，本項目龍鳳隧道共布設5個方案(見圖2)進行比較，依次為工可方案(6 391 m)、工可優化方案(6 500 m)、K線方案(7 310 m)、B4線方案(7 460 m)、B5線方案(3 790 m隧道+44 m橋+3 990 m隧道)。結合工程地質、施工工期、運營成本、工程造價等方面對5個隧道方案進行綜合比選分析(見圖2)。

圖2 龍鳳隧道段路線方案對比圖

本項目施工工期為3年，工可方案(6 391 m)、工可優化方案(6 500 m)斜井長度均>2 000 m，難以在規定工期內完成，且兩方案均從灰巖區中經過，調查發現有幾處較大的地下河出入口及落水洞位于隧道上方，兩方案在施工過程中存在涌水突泥的風險；K線方案斜井長度為755 m，工期能滿足要求，但位于灰巖與砂巖交界面處，鉆探結果顯示地質條件較差，施工風險大；B4線方案斜井長度為322 m，位于砂巖區，工期能滿足要求，地質條件相對較好；B5線方案將龍鳳隧道拆分成3 790 m和3 990 m的隧道群，兩隧道中間為山谷，中間設置橋梁連接，無須設置斜井。由此可知，工可方案(6 391 m)、工可優化方案(6 500 m)工期無法滿足要求，且施工風險大；K線方案地質條件差，施工風險大。因此，以上3個方案只進行論述，不進行進一步比選，保留B4線方案和B5線方案進行同深度比選(見表3)。

表3 兩方案綜合對比分析表

綜合比選分析：B4線方案路線較B5線短350 m，隧道短310 m，路線平縱面指標高；B5線采用全縱向機械通風，具備在兩隧道之間設置聯絡道的條件，運營方便，且隧道施工工作面多，工期短，工程造價低。因此，確定了B5線方案做施工圖方案。

3.4 高陡路基設計

本項目橋隧比高達74.3%，路基比例小，邊坡總數量相對其他項目較少，但由于地形地貌等影響，沿線邊坡多為高陡坡，坡體多以強風化層為主，巖質較軟，多存在軟弱夾層，穩定性較差，尤其是順層邊坡，需控制邊坡高度，同時加強防護。

(1)采用錯幅路基方案，以降低邊坡高度。本項目向陽2號隧道出口段地形高陡，右側挖方邊坡高，左側填方邊坡高，且填方已占用左側省道，故采用左幅低右幅高的路基形式，有效降低右側挖方邊坡高度，同時降低左幅填方邊坡高度，避免對省道的侵占。

(2)采用半路半橋方案。本項目K88+600～K88+810段由于地形高陡，總體上考慮右幅路基、左幅橋梁的方案，避免了高邊坡的出現。

(3)采用明洞設計方案。本項目向陽5號隧道左幅進口原路基開挖邊坡很高，總體設計上將左幅縱斷面抬高，明洞延長50 m，在明洞右側做擋土墻，同時在明洞前設100 m的抗滑樁，避免了高邊坡的出現。

3.5 橋梁工程設計

本項目地形起伏大，不良地質多，水文條件復雜，橋涵等結構物勘察設計和施工都特別困難。為降低橋梁施工難度，減少對環境的破壞，采用標準化設計和施工，同時控制墩臺邊坡高度，防止大開大挖。

(1)進行標準化設計和施工，加快建設速度，降低工程成本。橋梁結構主要采用預制構件，全線墩高較高，橋跨多以40 m為主。為適應本項目地形情況，并盡可能減少橋梁結構形式及孔徑的種類，減少橋墩邊坡開挖，本項目主線常規橋梁全部采用40 m裝配式預應力混凝土T梁，最大程度實現“標準化、系列化及施工工業化”。

(2)控制墩臺邊坡高度，防止大開大挖。本項目大部分墩臺位于陡坡上，在施工過程中，平臺的開挖易造成邊坡滑坍等病害，因此在設計時須合理設計平臺寬度和位置，并對復雜地形路段橋下施工便道和承臺位置進行專門設計。對于墩臺邊坡，必須及時進行邊坡防護，采用錨桿掛網噴混凝土進行坡面支護，避免后期坡面滑坍，影響墩臺穩定。

3.6 隧道工程設計

全線主線共布設隧道26座，互通布設4座匝道隧道。隧道的設計根據所處的總體線形、地形、地質條件，結合施工、運營、管理等情況，遵循“安全、經濟、合理、環保”的原則進行設計。

(1)注重隧道位置選擇。本項目設置特長隧道5座，其中最長的燕來隧道長6 311 m，建成時是廣西最長的隧道。在總體設計中，對特長隧道均進行了不同位置和方案比選，盡可能選擇對地方環境影響和破壞少的線位，綜合比選分析工程造價和路線長短。

(2)進行洞口排水專項設計。為提高隧道工程防災減災能力，充分借鑒近年來因極端天氣導致的隧道水患問題和經驗教訓，結合隧址區水文地質情況，制定了本項目隧道專項排水方案和巖溶處治專項措施。

(3)對隧道進出口“三秒行程一致性”控制。本項目隧道多，控制性工程多，路線方案布設困難，對特殊困難路段造成不滿足進出口“三秒行程一致性”要求的隧道進行技術經濟比選論證[4]，論證后將個別隧道洞口設置在緩和曲線上，同時在洞口處增設誘導標，加強線形誘導。在隧道入口前150 m范圍的左右兩側硬路肩內均設置斜向行車方向的導流線和隆聲帶，確保行車安全。

3.7 綠色公路與品質工程設計

綠色公路與品質公路工程的勘察設計，其重點在于

設計必須貫穿全壽命周期，并且達到“安全、環保、舒適、經濟、和諧”的目的。

本項目向陽互通和向陽服務區、停車區交通量小，且受地形、特大橋、特長隧道等構造物布設的控制，互通和服務區獨立布設困難，因此考慮了合并方案，將向陽互通、向陽服務區、停車區三者合并修建。同時，考慮到向陽鎮自然風景優美，公路兩側有規劃的休閑碼頭、公園等旅游設施，服務區采用開放式單側布設，不分高速公路上下行交通流進服務區。服務區緊鄰龍灘水庫布設，停車區布設于場地中間，周圍設置綜合樓、游玩設施，與地方旅游規劃融為一體。服務區通過平交口與單喇叭A型的向陽互通相接，極大地節約了用地規模和工程造價，且能更有效地與地方旅游融合發展。該互通和服務區的設計，統籌了資源利用，實現了集約節約。

4 結語

高速公路總體設計是一個系統工程，對于南丹至天峨下老高速公路來說，因其地形地質復雜，控制性工程多，橋隧比例高，勘察設計難度大，總體設計起著至關重要的作用。對此，總體設計者除了對各專業有全面的掌握和認識外，還需根據項目的特點統籌規劃。本文從項目工程特點、總體設計原則和要點等方面做了充分的論述，希望為后續山區復雜高速公路的總體設計提供設計經驗。