藏東南地區庫區省道總體設計探討

摘要：為解決西藏東南部承擔大件運輸的庫區省道綜合選線問題，文章對省道521線如美至曲孜卡段總體設計過程進行了研究，總結了公路等級選用、坍岸預測、庫區選線、壩址區布線、庫區橋梁方案擬定、提高道路安全性、環保等設計原則和方法。結果表明：該地區庫區省道設計時，宜提高公路等級至三級公路；“兩段法”為適合該地區公路的坍岸預測方法，庫區選線需合理繞避或處治水庫坍岸，壩址區布線需考慮電站設計及施工影響，庫區橋梁需優化橋址、提高其抗震性能，加強棄方利用、棄土場設計，可節約造價、有利環保。

關鍵詞：省道；庫區；坍岸預測；總體設計；大件運輸

中圖分類號：U412.3A210653

0 引言

西藏境內規劃的梯級電站主要位于昌都市、林芝市。根據電站水輪機、主變、廠房橋機等大件生產企業的分布和川、滇、青的路網布局，大件經云南麗江，由滇藏通道運至電站場址。藏東南地區道路交通落后，尚未與相鄰的云南省通鐵路，也沒有高等級公路，主要通道為滇藏（G214線）公路。G214線滇藏界至芒康段為三級公路，局部路段為四級公路，無法承擔擬建電站的大件運輸。沿瀾滄江規劃的省道521線如美至曲孜卡段（簡稱“省道521如曲段”），是藏東南實施的第一條兼具庫區復建公路功能、滿足大件運輸的省道。本文以省道521如曲段為背景，提出了該地區承擔大件運輸的庫區省道總體設計原則和方法，以期對瀾滄江、怒江、雅江流域的同類工程提供經驗。

1 工程概況

省道521如曲段位于西藏昌都市境內，是由滇入藏的又一便捷通道，全長86.5 km，采用設計速度30 km/h的三級公路標準，路基寬7.5 m，荷載等級為公路-Ⅱ級（滿足電站大件運輸），橋梁、隧道提高一個設計等級［1］。起、終點與G318線、G214線相接，沿瀾滄江兩岸布線，路線走廊帶單一，受復雜的地形地質條件、大件運輸、規劃的古學（蓄水位2 535 m）和邦多（蓄水位2 615 m）壩址、淹沒區坍岸預測等多因素控制。相較于一般省道，其總體方案的選定工作尤為復雜。

2 公路技術等級選用

（1）水利水電工程移民安置復建工程建設要求。按水利水電工程行業規范，庫區復建道路的建設標準需符合“三原”（原規模、原標準、原功能）原則［2］。胡洹等［3］研究指出，隨著社會經濟的快速發展，“三原”原則嚴重阻礙地方交通網絡建設和后期扶持政策實施，需聽取地方政府和群眾的合理訴求［4］。

（2）交通行業部門的規劃要求。庫區蓄水后，有利地形、地質條件被占用，走廊帶變得更稀缺。根據庫區道路的定位、在路網中地位及作用、相銜接公路的技術等級、道路提質升級等因素，綜合確定道路的技術等級。

（3）電站大件運輸需求。為減少對公路技術指標、荷載等級的影響，降低工程造價，電站建設方一般采用分節、散件方式運輸大件。公路采用的最低技術指標，需同時滿足電站最重件、最長件、最高件、最寬件的運輸需求。

根據以上原則，改變該地區省道設計中對困難路段降低技術等級的通行做法，改為采用三級公路標準，將橋梁、隧道的設計提高一個等級。既滿足“三原”原則，適度超前，又滿足路網規劃、道路提質升級需要、電站大件運輸需求。

3 總體設計原則

3.1 水庫坍岸和岸線選擇

庫區公路具有不同于一般公路的顯著特性和要求［5］。在一般公路地形、地質選線的基礎上，更應深入研究水庫坍岸對總體方案的影響。

3.1.1 工程地質概況

庫區以高山峽谷地貌為主，河谷切割深，坡度大，局部達50°～70°，多呈“V”字型。無斷層，地下水主要為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。地震動峰值加速度為0.20 g，地震動反應譜特征周期（以K223+200為界）分別為0.40 s和0.45 s。主要地層為第四系崩坡積層、沖積層和洪積層，侵入于中-晚三疊世竹卡群中的花崗巖和三疊系竹卡群英安巖、流紋巖、石英砂巖、板巖、片巖和礫巖。不良地質主要有崩塌、泥石流和水庫坍岸。

3.1.2 水庫坍岸預測方法

水庫蓄水后，庫區局部庫岸的松散堆積層和破碎風化巖受庫水浸泡、風浪及波浪沖擊、水流侵蝕、水位變化及干濕交替等影響，巖土體抗剪強度降低及庫水漲落引起庫岸地下水動水壓力變化，形成庫岸侵蝕的再造變形和庫岸后移，即水庫坍岸［6］。

目前，水庫坍岸的預測主要有卡丘金法、佐洛塔廖夫法、兩段法、庫岸結構法等方法。郭維祥等［7］研究認為，卡丘金法用于山區峽谷型水庫時，實際坍岸寬度要比預測的小得多，預測結果偏于安全；佐洛塔廖夫法考慮了水下堆積淺灘的作用，而在山區型水庫的坍岸過程中，較難在岸邊形成堆積淺灘，因而其結果與實際相差甚遠；兩段法和庫岸結構法均適合山區型水庫坍岸預測，其中兩段法適用于均質或類均質松散堆積體坡岸的坍岸預測，庫岸結構法適用于松散堆積體坡岸物質結構復雜和水庫死水位以上存在相對靜水帶的坍岸預測。

結合庫區的特點、庫岸地質結構和松散體物質組成，選用兩段法作為預測方法。在路線走廊帶內，根據區域地質遙感成果、航拍影像資料，從宏觀角度對可能發生坍岸的工點做出初判，再進行現場地質調查、物探、鉆探等工作。用兩段法預測坍岸發生的范圍，為地質選線提供技術支撐。

對膠結較好的堆積體，還需驗算在飽和狀態下堆積體沿土巖界面的安全穩定性。

3.1.3 庫區岸線選擇

庫區選線時，若對水庫坍岸預測重視不夠，會導致運營期間的大量道路病害。昌都市境內某電站庫區復建公路，總長約23 km，其設計高程在正常蓄水位以上10～30 m，蓄水2年后，全路段共產生54處病害，影響交通運行，造成嚴重不良后果。高紹清等［8］研究認為，為確保庫區復建公路安全，覆蓋層岸坡段應高于庫區正常蓄水位50 m，完整硬巖地段應高于庫區正常蓄水位10～20 m，風化破碎硬巖、軟巖地段應高于庫區正常蓄水位30～40 m。在此原則上，靈活應用適應地形的技術指標［9］，重點優化水庫坍岸范圍內路線方案。

（1）能繞盡繞。對預測范圍大、厚度大的水庫坍岸，可采用回頭展線或提前調整路線高程等方式予以繞避；對無條件通過明線繞避的路段，應采用隧道方案，隧道洞門、洞身均需避開坍岸影響。

（2）合理繞避+處治。研究表明，路基外邊緣坍塌體厚度≤10 m時，設置樁基托梁擋土墻、擴大基礎擋土墻、樁板墻等工程措施，能消除坍岸對公路安全的威脅。對坍塌規模小和大型坍塌體后緣需要布線的區域，可通過坍岸厚度預測坍岸范圍，以路基不超出該范圍為控制進行布線。

K258+200～K261+450段位于水庫坍岸影響范圍內，受滇金絲猴國家級保護區（2 800 m以上范圍）、K258+640～K259+280及K260+450～K261+350預測坍岸范圍、地形等控制，采用“合理繞避+處治”的原則，在路基上邊坡坡口不侵入保護區的前提下，路線盡可能布設于預測坍岸范圍后緣，未能繞避的路基下邊坡采用擴大基礎擋墻、樁板墻防護，防護長度僅357 m，極大地節省了工程造價，確保了路基安全。水庫坍岸段路線方案見圖1。

3.2 壩址區線位選擇

為不影響省道通行能力，方便電站進出場，減少對電站施工干擾，確保壩址區開挖時省道的運營安全，需從以下幾方面研究壩址段的合理布設：

（1）發揮省道功能，減少電站建設對通行能力的影響。電站建設周期長且需投入大量施工人員和機械，應采取“近而不進”的原則，以保持與電站施工場區的距離，消除施工車輛與社會車輛的相互影響。

（2）方便電站施工和運營期的進出需要。預留進出電站施工場區和管理區的接線條件，方便物資特別是大件經由該路運入施工場地。

（3）處理好路線與壩址開挖的關系。為防止壩址處山體開挖中斷交通，應選用隧道繞行壩址區。壩址開挖設計線需保持與隧道的安全距離，確保爆破施工對隧道安全無影響；隧道標高應控制在蓄水位以上一定高度，不影響壩體的防滲處理；庫區的隧道洞口，還需避開水庫坍岸的影響。

按以上原則，擬定邦多電站壩址段路線方案，見圖2。該電站壩址處地質條件較好，河谷狹窄，壩體兩側山體開挖設計最大高度約100 m。壩址下游臺地為電站施工場站，電站建設工期6年。采用2 986 m長的隧道繞避壩址區，隧道進口附近的路基標高高于蓄水位53 m，隧道洞身與設計的壩體開挖線最小距離176 m，洞身高于壩體防滲處理范圍55 m，避開了對電站施工的干擾。壩址下游的路基段預留接線位置，并合理控制進場道路的工程規模。

3.3 庫區橋梁方案擬定

（1）適當提高設計等級。現階段，跨江橋及跨支溝大橋的施工難度小。蓄水后的庫水位和水深相對平穩，變化較小，但新建橋梁的施工難度顯著加大，導致工程投資急劇增加。加之為規劃省道，除按照規范和道路等級選擇相應的設計標準外，還應考慮道路提質升級改造的需要，適當提高橋梁建設等級、標準。

（2）合理優化橋址。庫區的橋址除了按該地區省道的設計原則選定外，還需針對預測坍岸的影響，按岸坡結構、穩定條件以及坍岸的影響程度［10］，將橋址的岸坡劃分為穩定、不穩定類型，預測是否發生坍岸，做出穩定性評價，給出優化橋址建議。對需要優化的橋址，應綜合路線指標、路基防護、隧道方案、施工難易度、工程造價等比選論證，確保優化后方案的安全、耐久、適用、經濟、合理。

（3）提高強震區深水大跨連續剛構橋梁的安全性。水電站建成后，跨庫區橋梁的部分橋墩將被淹沒于蓄水位以下，由旱橋變成深水墩橋梁。在強震區，樁-土相互作用、動水效應以及地震作用下橋墩流固耦合作用［11］對橋墩乃至全橋產生不利影響。該公路跨江橋的跨徑組合為［2×20+（75+140+75）+2×20］m，橋長371.5 m，主墩最大高度為102 m（蓄水后淹沒80.3 m），為典型的強震區高墩深水大跨連續剛構橋。設計中，充分考慮其不利組合影響，提高橋梁安全性。

（4）做好水環境保護。集中排除橋面匯水，在橋頭合適位置設置油水分離池，保護水環境的同時，滿足應急管理要求。

3.4 道路安全性能提升

在設計中樹立“以人為本、容錯糾錯”的寬容性設計理念，提高道路的安全性能［12］。

（1）路線方案擬定時，做好平、縱、橫三者的均衡組合，并與自然環境協調。方案確定后，根據雙向車輛運行速度模擬檢驗結論進行協調性評價，優化協調性差路段的平、縱面指標，以形成連續的速度平衡。

（2）為消除臨崖、臨庫路段的安全隱患，宜提高路側安全防護等級，確保道路安全運營。

3.5 環保與景觀

公路沿線的地面橫坡陡峻，地形、地質、水文條件復雜，地質病害多，生態環境脆弱，植被如被破壞，則很難恢復現狀［13］。全線棄方量巨大，需多方消納，本著“不破壞就是最大的保護”原則，盡可能減少對環境的影響。

（1）做好施工組織設計。合理選取棄土場位置及對應的棄土范圍，明確要求路基挖方段采用小劑量爆破工藝，從源頭遏制隨挖隨棄，防止破壞公路標高以下坡面的脆弱植被。

（2）合理消納，減少棄方。將挖方中的硬質巖石加工成塊片石、碎石和機制砂。該公路共加工利用挖余石方約290×104 m3，節省工程造價約8 700萬元，減少了棄方的占地面積，經濟、社會效益顯著。

（3）棄土場的專項設計。為防止發生水土流失、滑坡、泥石流等次生災害，需加強地勘工作，合理規劃棄土場的選址［14］，并進行棄土場的穩定性、防護、排水、綠化等專項設計［15］。

4 結語

受大件運輸特性、地形、地質、庫岸等影響，臧東南地區兼顧大件運輸的庫區省道總體設計時，宜改變困難路段降低技術等級的通行做法，采用三級公路標準；適合本地區地形、地質條件下的水庫坍岸預測方法為“兩段法”；水庫庫區選線時，要充分考慮水庫坍岸影響，合理繞避或處治，確保公路全壽命周期內的運營安全；壩址區布線時，需兼顧電站設計、施工及進場道路，避免受電站施工影響；庫區橋梁方案擬定需優化橋址，并提高深水大跨橋梁的抗震性能；為增強道路安全性，應均衡選用路線指標組合，并提高路側安全防護等級；做好棄方消納，棄土場設計，可有利于節約工程造價、有效保護環境。

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收稿日期：2024-03-11

作者簡介：張正偉（1978—），高級工程師，主要從事公路總體、路基路面專業勘察設計工作。