陕北黄土地区路线方案比选实例

王　瑛，王维荣，屠　彬

(西安公路研究院， 西安　710065)



陕北黄土地区路线方案比选实例

王瑛，王维荣，屠彬

(西安公路研究院， 西安710065)

摘要：基于对陕北黄土地区神米高速公路佳县至米脂段建设条件及控制因素的分析，介绍其路线布设原则、方案比选经过及推荐方案，为同类建设条件下高速公路路线方案设计提供参考。

关键词：黄土地区；神米高速公路；路线方案；比选

1工程概况

神木—米脂高速公路(简称神米高速公路)是陕西省“2367”高速公路网规划的一条南北纵向联络线，其北端与榆神高速公路衔接，南端与榆绥高速公路衔接，中间与榆佳高速公路共线，且共线两端为新建段落。神米高速公路路线全长141.02 km，其中，新建里程113.80 km，与榆林至佳县高速公路共线27.22 km。

神米高速公路全线采用双向4车道高速公路标准建设。神木—佳县段( 67.00 km)设计速度为 100 km/h，路基宽26 m；佳县—米脂段( 46.80 km)设计速度为80 km/h，路基宽24.5 m。汽车荷载等级采用公路-I级，设计洪水频率为1/100(特大桥 1/300)，地震动峰值加速度 0.05g，其余技术指标按JTG B01—2003《公路工程技术标准》执行[1]。

佳县—米脂段起于榆佳高速公路佳县互通式立交K97+812.713，止于米脂互通式立交K144+610.247，路线全长46.798 km。全段设桥梁19 721.7 m/77座，隧道1 920 m/2座，3处互通式立交，1处服务区，1处匝道收费站。

2建设条件及主要控制因素

2.1建设条件

佳县—米脂段高速公路地处陕北黄土高原东部，属黄土高原丘陵沟壑区。由于黄土质地疏松，侵蚀强烈，在流水冲刷下，黄土高原被切割成千沟万壑，支离破碎，形成了梁、沟、峁等特有的黄土地形。根据地貌成因，可将地形划分为黄土工程地质区和河谷工程地质区2个地貌单元。

黄土工程地质区基本覆盖了整个项目区。该区出露地层为第4系上更新统马兰组黄土及中更新统离石组黄土，沿较大河谷两岸及深切沟谷底部有基岩出露。

河谷工程地质区主要指佳芦河、乌龙河和无定河及其支流河谷分布区。佳芦河地处路线起点端(佳县)，乌龙河地处路线中部乌龙镇，无定河地处路线终点端(米脂县)。这3条较大的河流河谷较宽阔，谷底地形平坦，发育冲洪积砂土、砂砾土、圆砾土，局部夹有卵砾石、漂石等。

该地区地震动反应谱特征周期为0.35 s，地震动峰值加速度为0.05g，对应地震基本烈度为6度。

2.2主要控制因素

路线走廊内的地形、地质条件，城镇村庄分布，米脂县城规划区，水源保护区，榆佳、榆绥高速公路等均是项目的主要控制因素。

路线起点与现榆佳高速公路佳县互通式立交同址。本次设计结合交通量分布情况，对原佳县单喇叭互通式立交进行改造利用，故不会降低高速公路通行功能。

路线终点与榆绥高速公路连接。米脂互通式立交设置主要根据米脂县规划、无定河上的接线位置、米脂县城水源保护区位置及地形地物条件来寻找合适的接线位置及型式，拟定合理的互通式立交方案。

佳县—米脂段高速公路沿线主要城镇有佳县佳芦镇、刘家山乡、乌镇、米脂县印斗镇、高渠乡和银州镇。主要地物控制点为榆佳高速公路、佳芦河、南沟、乌镇、印斗镇、无定河、榆绥高速公路等。

3路线布设原则

佳县—米脂段高速公路路线走向明确，控制点具体，路线方案布设主要结合地形、地貌、地质、水文等自然条件，采用合理的平纵面线形，严格控制路基填挖高度，合理布设构造物，尽量少占良田，减少拆迁，同时重视环境保护[2]。路线布设主要遵循以下原则。

1) 路线走向应符合陕西省高速公路网总体规划，起点须考虑与榆佳高速公路佳县互通式立交的衔接，终点与榆绥高速公路的接线位置及衔接方式是路线布设的重点。

2) 根据路网规划及现状，结合相邻高速公路服务设施布局来合理设置本项目服务设施。选择合适的互通式立交位置，合理确定与地方道路的交叉衔接方式，方便沿线居民出行，并根据沿途工农业生产及居民生活习惯合理布置分离式交叉[3]。

3) 路线布设须与沿线城镇规划(佳县与米脂县城规划)、农林水利规划和经济布局规划相协调，尽量避开米脂县城水源保护区，并充分征询地方政府和相关行业部门的意见。

4) 路线布设尽量避开居民区及管线设施，尽量减少拆迁量，避免和减少对现有公路的干扰。

5) 路线布设时，须根据不良工程地质的分布范围以及对工程方案的影响程度，尽量避绕不良地质地段(滑坡及崩塌)，减少过量开挖而影响山体的稳定性。所经区域不可避免途经淤积坝路段时，应通过充分论证来选择最经济合理的路线方案。

6) 根据沿线特有的地质、地形条件和水文气候特征灵活选择路线线形指标，做到指标均衡、线形连续，同时对路线平纵面进行运行速度检验。本项目黄土梁峁沟壑区应选择合适的桥址与隧址，以满足施工及营运期的安全要求。在不过多增加工程量的前提下，尽可能采用较高的技术指标，充分发挥项目功能，提高服务水平及营运效益[4]。

4路线方案布设及比选

由于神米高速公路佳县—米脂段地形比较复杂，路线控制因素较多，故初步设计外业阶段提出了多条同深度比选的路线方案。经过多次现场踏勘及方案论证会议讨论，在初步设计内业阶段摒弃了意义不大的路线方案，仅保留了2条同深度路线方案用于比选[4-5]：B1线，拓家硷至柴家岔段(K107+298.796～K122+153.289)；B2线，冯渠至终点段(K141+287.120～K144+610.247)。

4.1拓家硷至柴家岔段路线方案比选

拓家硷至柴家岔段比较段落起点位于南沟拓家硷村，终点位于印斗镇柴家岔村，比较段落长14.854 km。路段内设置互通式立交1处，服务区1处。路段内，南沟至榆坬村路段属于黄土梁峁沟壑区，榆坬村至乌镇段为乌龙河支流及乌龙河沟谷区，地形起伏较大，相对高差75 m，在乌镇乌龙河谷处相对高差达143 m，故其是拓家硷至柴家岔相对高差较大的一段。

综合地形、互通式立交及服务区选址、房屋拆迁、与地物的干扰等因素，按照“干扰小、规模低、用地少、造价低”的原则，分别沿黄土梁峁区及黄土梁峁斜坡地布设高、低2条路线方案[6]，即K1线(高线方案)和B1线(低线方案)，路线平面见图1，纵断面见图2。路线方案比较见表1。

从表1可以看出，拓家硷至柴家岔段路线设计的主要控制因素是黄土隧道与高桥的取舍。B1线(低线方案)虽然桥高较低，但桥梁大多设置在黄土梁峁斜坡上，由于陕北黄土区滑坡较发育，边坡破碎，桥梁施工风险性较大，加之黄土隧道围岩级别较低，施工期间不可预见因素也较多。K1线(高线方案)仅有1座控制性工程即乌镇大桥，该桥主跨为2×100 m的连续刚构，桥墩高度分别为76.5 m和72 m。虽然较常规桥梁相比桥段高度较高，但对于连续刚构桥来说，80 m以下的桥高施工难度相对要小一些。考虑到此控制因素，拓家硷至柴家岔段舍弃了隧道、低桥方案。

图1　K1、B1路线方案平面

图2　K1、B1路线方案纵断面示意

K1线(高线方案)纵断面设计时，为了减少路基挖方，K111+500～K115+140段3.64 km连续下坡平均纵坡为2.008%(施工图设计时，K111+520～K114+865段平均纵坡优化为-1.711%/3 345 m)。后对运行速度进行了检验，结果表明该段小客车及大货车均满足运行速度要求。此段交通安全设施也设置了连续下坡警告标志、横向减速振动标线，且增加了“雨、雾、冰、雪减速慢行”等警示标志。

分析表1可知，K1线(高线方案)采用“山脊”线，解决了互通式立交、服务区设置受地形限制及地表附着物干扰严重的问题，解决了黄土斜坡桥梁施工风险性大的问题，同时取消了隧道的设置；B1线(低线方案)为“沿溪”线，受地形限制，互通式立交、服务区设置较为困难，黄土边坡桥梁施工风险性大，黄土隧道施工不可预见因素较多；从投资方面看，由于K1线取消了2座隧道的设置，工程造价比B1线减少较多。经多次方案论证并结合地方政府意见，拓家硷至柴家岔段设计推荐采用K1线即高线方案[7]。

4.2冯渠至终点段路线方案比选

冯渠至终点段比较段落起点位于高渠乡冯渠村，终点位于无定河接榆绥高速公路。路段内设置互通式立交1处。

冯渠至王沙沟村路段属于黄土梁峁沟壑区，地形起伏较大，相对高差最大80 m，且地形地质条件一般。榆林沟沟道由宽变窄，沟道内多为淤积坝地形，地形起伏较大，相对高差最大90 m，且地形、地质条件较差。

综合地形、互通式立交选址、与水源保护区及米脂县城规划区的干扰等因素，分别沿王沙沟及榆林沟布设2条路线方案，即K2线(王沙沟方案)和B2线(榆林沟方案)，见图3。路线方案比较见表2。

从表2可以看出，K2线(王沙沟方案)终点对米脂县水源保护区有干扰，因为米脂互通式立交位于米脂县水源保护区2级保护区范围内，故需采取必要的保护措施；B2线(榆林沟方案)米脂互通式立交位于米脂水源保护区取水井及保护区下游，对水源保护区干扰小。

表1　K1、B1路线方案技术经济综合比较

图3　K2、B2路线方案

比较项目K2线(王沙沟方案)B2线(榆林沟方案)比较结果起讫桩号K141+287.120~K144+533.946B2K141+287.120~B2K145+433.742路线长度/km3.3234.147K2短0.824地形地貌1.为黄土梁峁沟壑地形;2.路线沿黄土梁峁区布设,地形地貌完整1.为黄土梁峁沟壑地形;2.路线基本沿黄土梁峁区斜坡布设,边坡破碎,左侧为榆林沟淤积坝K2线优地质条件1.地层以新、老黄土为主,下伏砂岩;2.黄土滑坡清除防护2处;3.特殊岩土(非自重湿陷性黄土)地基路段长0.154km,较B2线短1.391km1.地层以新、老黄土为主,下伏砂岩;2.黄土滑坡清除防护3处;3.特殊岩土(非自重湿陷性黄土)地基路段长1.545kmK2线优自然条件1.路线布设空间小;2.万佛洞石窟对路线方案影响较大1.路线布设空间大B2线受限因素少社会条件1.征用土地35.4hm2,拆迁房屋5210m2,拆迁电力电讯65处;2.米脂立交位于米脂县2级水源保护区,方案的成立取决于环保部门审批;3.地方政府支持该段线位走向1.征用土地35.7hm2,拆迁房屋2741m2,拆迁电力电讯42处;2.米脂立交位于米脂水源保护区下游,不会影响水源保护区;3.米脂立交布设位置与米脂县城规划有影响K2线影响因素多,B2线影响因素少线形指标1.平面指标:平曲线个数3个,圆曲线最小半径720m/1处;2.纵面指标:最大纵坡2.4%/1处,最短坡长640m/1处;3.连续下坡路段平均纵坡1.793%/1.12km1.平面指标:平曲线个数6个,圆曲线最小半径550m/1处;2.纵面指标:最大纵坡2.55%/1处,最短坡长460m/1处;3.连续下坡路段平均纵坡2.55%/0.96kmK2线优工程规模1.挖方40万m3;填方1.7万m3;防护排水0.6万m3;2.桥梁2344m/4座;3.隧道862.5m/1座1.挖方141万m3;填方15.3万m3;防护排水3.6万m3;2.桥梁2501.5m/4座;3.桥、隧总长度较K2线短705mB2线桥隧总长度短,路基数量多工程条件1.隧道长度较B2线长862.5m;2.榆绥高速特大桥需加宽改造,难度较大;3.黄土隧道施工难度较大1.桥梁长度较K2线长157.5m;2.隧道长度比K2线短862.5m;3.对榆绥高速公路构造物改建规模小B2线优投资概算工程总造价60780万元,平均18291万元/km工程总造价44759万元,较K2线减少16021万元;平均10793万元/kmB2线优结论推荐

K2线终点位置位于米脂规划区北缘以北约3 km，对县城规划无影响，地方政府支持该段线位走向。B2线米脂互通式立交布设位置与米脂县城规划有影响，地方政府反对该路线走向。

综上所述，文中提出了一种基于国产平台的安全存储系统设计与实现架构。安全存储系统中的数据加解密由硬件系统完成，实现时可以采用FPGA等方式。以FPGA为例，硬件加解密模块工作时通过PCIE总线将国产存储阵列接收的数据传输到安全加解密模块的缓存中，FPGA从缓存中读取数据并启动加解密模块进行处理，处理后的数据存放至缓存中，最后通过PCIE总线将处理后数据传回至存储阵列内存。

从投资方面看，由于设置了王沙沟隧道，K2线工程造价比B2线增加较多。经多次方案论证并结合地方政府意见，冯渠至终点段设计推荐采用K2线即王沙沟方案。

5推荐线平纵面指标

神米高速公路佳县—米脂段平面线形以曲线为主。根据地形及结构物设置条件，确定推荐路线采用整体式和分离式线位，整体式路段长41.566 km，分离式路段长2.829 km(扣除起、止点互通式立交范围)。

佳县—米脂段共设平曲线56个，平均每km设1.26个，最小平曲线半径480 m/1处，平曲线占路线总长73.35%。同向曲线间最小直线长度484.36 m，反向曲线间最短直线长度174.34 m。

佳县—米脂段共设竖曲线59个，平均每km变坡次数1.33次，最短坡长400 m/1处，最大纵坡3.75%/1处。竖曲线最小半径凸形12 000 m/3处，凹形10 000 m/1处，竖曲线长度占路线总长54.94%。

6结论

本文对神米高速公路佳县—米脂段路线方案进行了比选。从神米高速公路佳县—米脂段路线方案比选可以看出，陕北黄土地区路线方案比选主要控制因素有以下几方面。

2) 从工程造价方面看，黄土地区工程造价的主要影响因素是黄土隧道与高桥的选择。陕北黄土地区隧道工程造价均较高，因此须进行充分论证对比来选用合适的高桥方案，以降低工程造价，减少后期运营费用。

3) 设计时首先要考虑地形、地质、自然环境、地方规划、环境保护等客观条件，其次要充分征求当地政府及群众意见，以确保路线方案与自然协调且技术可行，工程规模适中，造价合理，运营功能齐全，行车安全舒适[8]。

参 考 文 献

[1]交通运输部公路局.JTG B01—2003公路工程技术标准[S].北京：人民交通出版社，2003.

[2]中交第一公路勘察设计研究院.JTG D20—2006公路路线设计规范[S].北京：人民交通出版社，2006.

[3]黄振英.高速公路的互通立交方案比选研究及应用[D].广州：华南理工大学，2012．

[4]张忠民．高速公路路线方案比选论证方法应用[J].华东公路，2006(2)：44-47．

[5]杨崇民.公路平面设计中圆曲线最小半径的运用探讨[J].公路，2009(5)：229-335．

[6]王科，刘晏荣，胡昌亮.榆佳高速三皇梁一佳县段路线方案设计[J].交通标准化，2014(2)：64-68．

[7]龚昌游.某高速公路路线设计探究[J].交通标准化，2013(14)：48-50．

[8]唐林.山区高速公路路线设计的几点体会[J].山西建筑，2007(15)：22-24．

Examples of Comparison and Selection of Route Schemes in Loess Area in Northern Shaanxi

WANG Ying, WANG Weirong, TU Bin

Abstract:Based on analysis for construction conditions and control factors at Jia County to Mizhi Section of Shenmu-Mizhi Expressway in loess area in northern Shaanxi, this paper introduces the principles of route layout, process of comparison and selection of schemes and recommended schemes to provide a reference for design of route schemes of expressways under the same construction conditions.

Keywords:loess area; Shenmu-Mizhi Expressway; route scheme; comparison and selection

文章编号：1009-6477(2016)01-0026-06

中图分类号：U412.3

文献标识码：B

作者简介：王瑛(1972-)，女，陕西省澄城县人，硕士，高工。

收稿日期：2015-08-31

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.01.007