乐百高速公路路线方案三维优化技术分析

马长明

(北京建达道桥咨询有限公司，北京　100015)



乐百高速公路路线方案三维优化技术分析

马长明

(北京建达道桥咨询有限公司，北京100015)

摘要：随着计算机软硬件技术和全社会信息化意识的发展，数字公路、智慧公路建设开始全面加速，传统的二维矢量数据在表达上缺乏直观性，已难以满足科学化精细化规划审批工作的需求。以乐业至百色高速公路为依托工程，在路线规划过程中,利用数字地形模型，考虑各种基本的和特殊的因素，对路线进行三维优化分析，较短时间内选择出经济合理的路线方案，大幅度降低工程造价，为同类工程优化设计提供参考。

关键词：智慧公路建设；路线规划；三维优化分析；工程造价

0工程概况

乐业至百色高速公路是国家高速公路网G69(银川至龙邦高速公路)的重要组成部分，也是广西高速公路网布局中“纵7线”天峨(黔桂界)至龙邦高速公路的重要组成部分。本项目起点对接贵州惠水至罗甸高速公路，终点通过百罗高速与在建的百色至龙邦高速公路相连，途经河池市的天峨县、百色市的乐业县、凌云县以及右江区。该项目位于云贵高原向百色谷地的延伸过渡地带，总体地势特点是西北高东南低。根据项目走向沿线地形走势呈“马鞍形”，沿线以山地为主，峻岭纵横，山高坡陡，地形困难。沿线地貌类型主要有八种地貌形态，存在地形、地质条件较复杂,桥隧构造物多,设计与施工技术难度大等问题。

乐百高速公路按双向四车道设计，设计时速为80 km/h,路基宽度24.5 m，最大设计纵坡为5%，圆曲线最小半径400 m，汔车荷载等级为公路—I级，路线主要工程技术指标如表1所示。

表1　主要工程经济指标表

续表1

2路线优化思路

在乐业至百色高速公路项目中，1∶2000地形图上具备完整的地物数据，在进行方案优化之前，工程师对地形图上的各种控制条件进行了分类整理，然后分批导入旷达系统以控制优化后路线方案的合理性。在方案优化之前，该项目中主要设置了以下控制条件：

(1)填挖限值：主要用于控制主线的桥梁、隧道和路基的分界和路基边坡的高度。在该项目中，路线中线位置的填方最大高度一般控制为20 m，挖方最大深度控制为30 m。对于V型沟或U型沟等具备修建高路堤条件的路段，最大填方高度放宽至30～40 m，对于主线横切山脊的挖方路段，路线中线位置的最深挖方深度放宽至40～50 m。全线的最高挖方边坡原则上按照40 m控制，局部个别路段放宽至60 m，挖方路段的一、二级变坡坡率按照1∶0.75控制，三、四级边坡坡率按照1∶1控制。

(2)铁路及高速公路：当主线与既有铁路和高速公路相交时，采用主线上跨或下穿的方式通过。

(3)国省道公路：当主线同国省道等二级公路相交时，原则上采用主线上跨或下穿的方式通过。对于主线同二级公路平行布线且地形条件受限时，优先满足主线布线的需要，适当地改移二级公路。

(4)农村公路：在进行主线方案优化时，原则上不考虑农村公路对主线方案的交叉控制影响，在方案优化结束后确定具体的线位时，结合农村公路同主线的交叉位置，为农村公路预留需要修建通道的位置和净空要求。

(5)高压线：在方案优化时，不考虑高压线对主线方案走向的影响，在优化结束后确定具体的线位时，尽量避让高压铁塔的位置。

(6)河流：在方案优化过程中，主线需要横跨的河流以桥梁的形式通过。对于主线同河流平行布线且地形条件受限时，局部路段结合实际情况适当的改移河道。

(7)城镇规划区：采用主线绕避的方式通过。

(8)居民区：对于成片区、成规模的人口聚集区，主线采用绕避的方式通过，对于零星散落独居的农房，结合主线布线的需要，可考虑拆迁。

(9)滑坡及溶洞：主线采用绕避的方式通过。

(10)水库等环境敏感区：采用主线绕避的方式通过，条件受限时，尽量减少主线对环境敏感区的干扰。

3三维优化技术分析

利用地形图建立三维地模后，定义好路线的起终点坐标、几何设计标准、费用参数和控制条件后进行方案的整体优化，优化情况如图2所示。从图上可以看出，一次性优化后的路线方案基本涵盖了地模上的所有走廊带，其中最为经济的路线方案位于南通道走廊带内(蓝色线位为经济路线方案)。将南通道走廊带内优化后的路线方案同原设计线位进行了对比，发现该路段内有四处具有进一步优化的价值，在不降低技术指标的同时可节约工程投资，分别是K12+300～K17+600路段，K19+900～K32+800路段，K33+300～K46+400路段，K48+400～K64+479路段。

图2　路线方案整体优化示意图

图3中蓝色线位是优化线位，红色线位是初设线位。优化线位从百楼一号隧道引出，过百楼一号大桥后，线位向西偏转，以路基的形式沿西侧的山体布线，可缩减百楼二号大桥的规模。过百楼2号隧道时适当提高路线的设计高程，由于百楼3号隧道的埋深相对较浅且该隧道山脊线的高程相对一致，提高设计高程后，可将百楼3号隧道调整为深路堑的形式通过，路线中线位置的挖深约55 m，路线两侧边坡的最大高度约60 m。该路段经优化后节约工程投资约7 700万元，主要工程数量对比见表2：

图3　K12+300～K17+600路线分段优化示意图

图4　K19+900～K32+800路线分段优化示意图

表2K12+300～K17+600主要工程数量对比表

序号指标名称单位旷达线位初设线位1路线总长km536753232最小圆曲线半径m5159613长大下坡坡度/坡长%/km//4挖方104m311638.45填方104m321.914.26借方104m3007弃方104m311659.98挡墙104m31.010.469挖方边坡防护104m27.152.5610桥梁总长特大桥大桥中桥m/座2075/702075/702393/702393/7011隧道总长长隧道中长隧道短隧道m/座1215/30664/1551/21800/40725/11075/312征地104m320.213.913投资总额万元6840076100

图4中，优化线位自下老互通引出后，平面线位稍微东移，同时降低设计高程，可将交塘大桥调整为高路堤的形式通过。过交塘大桥后，优化平面线位往东南方向调整，过下老隧道后，沿山体布线至百西隧道。优化后线位与地形结合更好，可缩减百西1号，2号大桥的规模。线位出百西隧道后，适当降低路线的平面指标，利用沟渠两侧的地形以路基形式布线，同时线位向西北方向偏转，调整音里隧道的进出口，可缩减音里隧道的长度。巴劳一号大桥至逻西段，由于受河流切割的影响，两岸地形比较凌乱，原初设线位主要沿河流中心布线，以桥梁的形式通过。通过优化将该路段线位推至河流西侧的山脚布线，以路基形式通过，在缩减桥梁工程的同时还可消减弃方。对占用河道的部分，对河道进行改移，该路段经优化后可节约工程投资约21000万元，主要工程数量对比见表3：

4连接线优化分析

如图5所示，乐业连接线的整体优化来看，优化结果主要有初设线位走廊和206省道走廊，其中绝大部分线位都集中在初设线位走廊内，验证了初设线位走廊选择的正确性。将省道206走廊内的旷达线位同原省道206线位进行对比，由于乐业连接线的技术指标较高，优化线位基本不能同206线位吻合，因此沿206省道走廊布线也利用不上206省道的路基。

表3K19+900～K32+800主要工程数量对比表

序号指标名称单位旷达线位初设线位1路线总长km13.19612.92最小圆曲线半径m5277603长大下坡坡度/坡长%/km//4挖方104m32601895填方104m323590.16借方104m3007弃方104m396.71848挡墙104m32.260.89挖方边坡防护104m219.812.210桥梁总长特大桥大桥中桥m/座1799/701471/3328/44108/161929/31775/7404/611隧道总长长隧道中长隧道短隧道m/座3925/502920/21005/34418/503548/2870/312征地104m358.942.213投资总额万元117000138000

图5　乐业连接线整体路线优化示意图

图6　乐业连接线路线方案对比

图6中，蓝色线位是优化线位，红色线位是初设线位，由于方案从起点至终点基本为持续上坡路段，且受地形的控制，因此旷达线位同初设线位在平面位置上差异不大，将两条线位进行综合对比，主要差异为，优化线位同地形结合更好，挖方数量少，填挖更为平衡。初设线位纵断面主要为6%，3%纵坡的陡缓组合，路线的组合坡度超标，优化线位大部分缓坡路段的坡度控制在2.8%左右，该路段经优化后节约工程投资约1 900万元，主要工程数量对比见表4：

表4　乐业连接线主要工程数量对比表

5结语

通过对拟建工程乐业至百色高速公路路线方案进行三维优化技术分析，可以得出如下结论和建议：

(1)全路段经三维线路优化后，缩减桥梁约8 842 m，缩减隧道约4 242 m，全路段内共节约土建工程投资约11.98亿元。乐业连接线优化里程7.2 km，缩减隧道约91 m，全路段内共节约土建工程投资约1 900万元。

(2)通过三维优化系统对路线方案进行优化分析，可帮助公路和铁路规划设计者在选线过程中综合处理复杂的工程、地质、自然环境、社会人文和行车安全等因素，降低和控制工程建设及运营成本，较短时间内选择出经济合理的路线方案。

参考文献：

[1]李德仁,邵振峰,杨小敏. 从数字城市到智慧城市的理论与实践[J]. 地理空间信息, 2011,12(9-6):1-3.

[2]王昌翰,李响. 二维GIS与三维仿真结合的城市规划信息系统的设计与实现[J].城市勘测, 2008,(3):10-13.

[3]常新生,张怡,林骏. 铁路线路整体优化设计系统中人机交互模块的设计[J]. 铁道学报，1994.

收稿日期：2016-05-05

作者简介：马长明(1984-)，男，山东潍坊人，研究生，中级，研究方向：道路路线。

中图分类号：U412

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2016)06-0087-03