高寒高海拔高烈度地區高速公路總體設計研究*

文麗娜， 王萬江， 何健杰， 柯勇

(四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司， 四川 成都 610041)

雅葉(雅安—葉城)高速公路康定過境段起點與雅康(雅安—康定)高速公路相接，終點與康定至新都橋高速公路順接。該項目里程不長，但建設條件復雜，面臨5個“極其”(極其復雜的地形、極其復雜的地質、極其復雜的氣候、極其脆弱的生態條件和極其復雜的建設管理)的建設條件，項目總體設計需考慮的因素多，取舍困難。

1 項目建設條件

該項目工程可行性研究推薦線長17.1 km，其中橋梁4座、長990 m，隧道3座、長15 015 m。設計速度80 km/h，路基寬度25.5 m。按四車道高速公路標準建設，主要技術指標見表1。

表1 雅葉高速公路康定過境段的主要技術指標

項目地處高山峽谷區，地質條件極其復雜，地震烈度高；受城市規劃干擾大；屬于長大縱坡運營路段；特長隧道施工風險大；位于貢嘎山國家級自然保護區實驗區附近，環境保護壓力大。

1.1 地形地貌

該項目位于康定市附近南北向的雅拉河和東西向的折多河谷內，地形南高北低，最高山峰高度大于5 000 m，山谷相對高差1 000～3 000 m，河谷寬度100～250 m，為典型的高山峽谷區。

路線起點升航至終點榆林直線距離約10.5 km，高差約430 m，為連續上坡路段。項目區域內主要為高山峽谷地貌，高山區地面橫坡以25°～45°為主，覆蓋層較厚。路線起點附近存在大量巖堆體，路線中部穿越一處巨厚大型崩坡積體。起點地形見圖1。

圖1 項目起點地形

1.2 地質條件

該項目位于松潘—甘孜造山帶和揚子準地臺大地構造單元之間，區內主要區域性斷裂構造為鮮水河斷裂帶。該斷裂帶為北北西向斷裂構造帶，是馬爾康地向斜與爐霍地背斜、雅江地向斜的分界斷裂帶，也是新構造運動強烈活動帶和活動地塊分界斷裂帶(見圖2)，為四川省活動最強烈的活動斷裂帶。

1為板塊縫合線；2為逆沖斷裂；3為平移斷裂；4為次級大地構造單元界線；GWNB代表岡瓦納大陸；QCB代表羌塘—昌都陸塊；SG代表松潘—甘孜造山帶；YZB代表揚子陸塊；NB1代表龍門山前陸逆沖楔；NB2代表鹽源前陸逆沖楔；Ⅰ為川中臺拱；Ⅱ為川東陷褶束；Ⅲ為上揚子臺褶帶

路線穿越鮮水河斷裂帶中段3條斷裂，分別為雅拉河斷裂、康定—色拉哈斷裂和折多塘斷裂。3條左旋走滑斷裂呈梭狀排列，近于平行展布，其幾何形態和內部結構比北西段復雜。3條斷裂均為全新世活動斷裂(見圖3)。

圖3 項目區地質構造

該項目跨多個地層分區，主要為三疊系、二疊系、石炭系、泥盆系、志留系、震旦系及第四系等。共有7處不良地質，其中泥石流1處、滑坡2處、崩塌2處、不穩定斜坡2處。

1.3 地震

該項目所在地區的鮮水河—折多山北西向構造帶是四川省重要的地震發生帶。根據相關資料，該地震帶內曾發生≥7級地震8次，四川省發生的7級以上地震近半數發生在鮮水河—折多山地震帶。根據四川賽思特科技有限責任公司編制的《雅康高速公路康定過境連接線工程場地地震安全性評價報告》，該項目地震危險性概率見表2。

表2 工程場地地震危險性概率

根據2015年《中國地震動加速度反應譜特征周期區劃圖》及《中國地震動峰值加速度區劃圖》，地震動峰值加速度為0.40g，地震動反應譜特征周期值為0.40 s，其相應地震基本烈度為Ⅸ度。根據JTG/TB 02-01—2008《公路橋梁抗震設計細則》，E1設防水準為50年超越概率63%，加速度峰值由設計地震(50年超越概率10%)結合結構重要性系數確定，重現期100年；E2設防水準為50年超越概率2%，重現期2 000年。

1.4 城鎮規劃

康定市位于南北向的雅拉河和東西向的折多河河谷，峽谷區地形狹窄，道路擁堵，老城區現已趨于飽和狀態。根據康定市城市發展規劃，康定榆林規劃為另一個城市組團。鑒于康定市現狀及規劃所限，該項目主要以隧道形式穿城而過，盡量減小對城市的干擾(見圖4)。

圖4 項目區與城鎮規劃的關系

1.5 環境敏感區分布

該項目終點附近以隧道形式穿越貢嘎山國家級自然保護區實驗區，隧道進出口設在自然保護區之外，不涉及核心區和緩沖區。

項目沿線附近有龍洞水電站(在建)、金升水電站等，對路線布設有一定影響。龍洞水電站位于大渡河右岸一級支流瓦斯河上，為低閘引水式電站，即將開工建設。康定互通及服務區布設與其有干擾。金升水電站位于瓦斯河上，已建成使用，為小型水電站，跑馬山1號隧道進口段與金升水電站相鄰，影響范圍大部分為隧道段。

2 總體設計原則

2.1 項目特點

項目地處川西高原山地與東部盆地西緣山地接觸帶的大雪山中段，地理條件及環境條件十分特殊，面臨極其復雜的地形、地質、氣象、環境等建設條件，存在工程技術、環境保護、投資大、實施困難等建設難題。主要特點如下：

(1) 地形、地質、氣候條件復雜，抗災要求高。

(2) 區域生態環境十分脆弱，環境保護要求高。

(3) 橋隧比例高，工程規模大，造價高。

(4) 地震烈度高，結構物抗震要求高。

(5) 建設工程技術難題眾多，勘察設計難度大。

(6) 施工條件艱巨，環境惡劣，實施難度極大。

(7) 互通式立交的選型及布置要求高。

2.2 總體設計原則

該項目地處高寒、高海拔、高地震烈度區，建設中遵循“強化管理、深入研究、詳實勘察、精心設計”的總體設計原則。重點做好如下工作：1) 靈活應用技術指標，多層次方案優選，減小工程規模；2) 高烈度地震區、地質災害多發區公路的防災、抗災；3) 連續長大下坡與冰雪組合段的運行安全及應急救援；4) 極其脆弱生態環境的保護，巨量棄渣的合理處置；5) 復雜艱巨條件下施工組織，造價控制；6) 復雜地形、地質、氣候條件下綜合地質勘察；7) 極其復雜地形、地質、氣候條件下隧道的修建；8) 高山峽谷、高烈度地震區橋梁選型、設計及施工；9) 高寒、高海拔地區路面結構抗凝冰與耐久性技術；10) 高山峽谷地形互通選型及沿線設施場坪布設。

3 路線總體方案

3.1 初步設計方案

該項目路線起點位于康定城東升航村，與在建雅康高速公路順接，終點位于康定新城榆林，起終點高差約430 m。為克服高差，路線從康定城區以南過境，受地形限制，主要以隧道形式展線。考慮地形地貌、不良地質現象、城市現狀干擾、道路運營安全、投資規模、隧道洞口選址、建設工期等因素，初步設計階段擬定A、B、C、D、E、F、G、H、I、K共10種路線方案進行綜合比選(見圖5、表3)。

圖5 初步設計階段擬定的路線方案示意圖

表3 初步設計階段擬定的路線方案

上述10種路線方案主要圍繞隧道露頭位置進行不同的展線，共計4處隧道露頭位置，分別為康定水廠、海船石、救災應急中心、戰斗壩。在康定水廠露頭的方案有G線、H線，在海船石露頭的方案有K線、C線，在救災應急中心露頭的方案有B線、D線、E線、G線、H線、I線，在戰斗壩露頭的方案有H線。

3.2 路線方案比選

3.2.1 論述方案

結合地形地貌、不良地質現象、城市現狀干擾、道路運營安全、投資規模、隧道洞口選址、建設工期等因素，對擬定的B線、C線、E線、F線、G線、H線方案進行論述比選(見表4)。

表4 論述方案對比分析

3.2.2 同精度比選方案

K線、I線、D線起點位于康定城東升航村，接雅康高速公路。K線設康定互通接G318線，設跑馬山1號隧道(長5 705 m)至海船石，設跑馬山2號隧道(長2 505 m)至康定市救災防災應急中心，設跑馬山3號隧道(長6 750 m)，止于康定南榆林新城，路段長17.134 km。I線設康定互通接G318線，設跑馬山1號隧道(長8 780 m)至康定市救災防災應急中心，設跑馬山2號隧道(長7 395 m)至康定榆林駟馬橋村，路線止于榆林新城，設康定榆林互通接G318線，路線長18.044 km。D線設跑馬山1號隧道(長8 665 m)至康定市救災防災應急中心，設跑馬山2號隧道(長6 700 m)至榆林，路線長17.134 km。K線、I線、D線的比較(見表5)：

表5 同精度比選方案主要技術經濟指標對比

(1) 平縱指標。I線平面指標值較高，隧道進出口采用大半徑曲線，隧道內縱坡均≤2.5%，明線段設置緩坡段；D線特長隧道部分段落縱坡為2.85%。I線平縱指標優于K線、D線。I線道路平均縱坡為2.38%，且隧道露頭段設置長2 km的緩坡；K線、D線道路平均縱坡為2.5%。從道路運營安全方面比較，I線優于K線、D線。

(2) 工程地質條件。K線海船石段隧道洞口為崩坡積體，洞口偏壓嚴重，成洞條件差，處置難度大，施工及運營風險高；救災防災應急中心段斷裂帶分布較廣，K線、I線、D線均與其交叉，D線以大角度與其交叉，K線、I線受斷裂帶影響的范圍相當，D線略優。

(3) 與城區的干擾。海船石段K線以明線形式通過，且為崩坡積體路段，施工對加油站、變電站的影響較大，存在施工及運營風險；I線、D線以隧道形式通過，對其干擾較小。

(4) 工程規模。I線設2座特長隧道，共計16 175 m，斜井規模較大，通風效果較差，施工周期長；K線設3座隧道，共計14 960 m，隧道規模較小，斜井規模、通風效果等較優；D線設2座特長隧道，共計15 365 m，斜井規模較小。從工程規模比較，K線優于D線，D線優于I線。

綜上所述，雖然I線工程規模較大，但平縱指標較優，道路平均縱坡最小，有利于運營安全，同時對城區的干擾小。因此，初步設計階段將I線作為推薦方案。

4 建設難題的解決措施

I線建設中面臨兩大難題，即抗震設防烈度高和長大縱坡運營安全保障。

(1) 抗震設防烈度高。根據表2計算，跑馬山2號隧道出口處的地震動峰值加速度大于0.40g，相應地震基本烈度大于Ⅸ度，抗震烈度高。跑馬山2號隧道出口緊接榆林互通，該處需跨越榆林河、折多河，榆林互通處橋梁高度需按抗震設防要求嚴格控制。經抗震計算，將該處橋梁高度控制在30 m以下，且全部采用鋼結構橋梁、薄壁輕型墩、鋼蓋梁等，滿足抗震要求。

(2) 長下坡運營安全措施。1) 根據道路安全性評價結論，為提高I線的運營安全，降低運營風險，在工程可行性研究路線起點設置互通綜合體的基礎上，在路線終點設置榆林停車區，提高未來康新(康定—新都橋)高速公路自新都橋出發至康定62 km長下坡的運營安全；同時在跑馬山2號隧道與1號隧道之間增設一處避險車道。2) 該項目主線右幅跑馬山2號隧道-康定榆林互通及主線左幅跑馬山1號隧道-康定互通隧道出口與匝道分流鼻間距均小于明適應距離+識別距離367 m的要求，且隧道出口與漸變段起點間距均小于明適應距離+完整認讀標志并操作距離287 m，為此，對跑馬山1號隧道出口段、跑馬山2號隧道出口段進行特殊結構設計，拓寬一條車道作為輔助車道。3) 考慮隧道內長下坡段較長，I線跑馬山1號隧道左線(車輛下行方向)每間隔一處將停車帶加長至100 m，以便車輛應急停靠。4) 考慮到跑馬山1號、2號隧道之間海拔較高，處于彎道和隧道洞口交界處，易受冰雪天氣影響，路面設計中采用主動抑制冰雪技術，添加鹽化物材料，延緩冰雪凝結。

5 結語

雅葉高速公路康定過境段總體設計中圍繞項目控制性因素，以不遺漏任何有價值的方案為原則，認真比選，提出研究方案多達30余條，最終篩選出具有價值的10條路線方案。從地質條件、運營安全、工程規模、實施難度等方面綜合比較，將相對較優的I線作為推薦方案。

圍繞推薦方案，針對抗震設防烈度高的問題，提出斷裂帶附近橋梁高度控制在30 m以下，且橋梁全部采用鋼結構、薄壁輕型墩、鋼蓋梁等措施；針對長下坡的運營安全保障問題，提出跑馬山2號隧道與1號隧道之間增設一處避險車道、在跑馬山1號隧道出口段和跑馬山2號隧道出口段拓寬一條車道作為輔助車道、跑馬山1號隧道左線(車輛下行方向)每間隔一處將停車帶加長至100 m、隧道間路面采用主動抑制冰雪技術等措施。