新晋高速公路块村营至营盘(省界)段总体设计探讨

李峰伟

(河南省交通规划设计研究院股份有限公司，河南 郑州 450052)

0 引言

新晋高速公路块村营至营盘(省界)段全长69.75 km，全部位于河南省新乡市境内，是连接豫、晋两省沿太行山脉蜿蜒布线的高速通道。路线自南向北依次跨越平原、山前重丘、太行山深山三个地貌单元，为克服高差，项目在深山段采用螺旋展线。

1 设计技术标准

本项目采用双向四车道高速公路标准进行设计，桥涵设计车辆荷载：公路Ⅰ级，主要技术指标见表1。

表1 主要技术指标表

2 沿线自然地理条件

项目区域位于华北平原西部边缘和太行山山岭地带，全线共三类地貌单元：路线起点至25 km处，属于平原微丘地形，地表岩性以第四系粉质黏土以及卵石土为主；路线中段25～45 km为溪间及山间盆地地段，属于重丘区地形；路线后段27 km为太行山主脉的中南段，峰峦叠嶂，悬崖陡壁，沟壑纵横，地势起伏极大，海拔高度800～1 730 m，为典型的深山区地形。

项目起点至K11+232地震动峰值加速度为0.20 g，抗震设防烈度8°；K11+232～K26+900地震动峰值加速度为0.15 g，抗震设防烈度7°；K26+900至终点地震动峰值加速度为0.10 g，抗震设防烈度7°。

3 项目特点

3.1 项目地形条件复杂，工程艰巨

路线走廊位于太行山山区，山脉走势连绵起伏，河流蜿蜒曲折，起终点高差大，设计时速80 km/h段桥隧比80.4%，其中K25以后线路为项目实施过程中控制工期的重点和难点工程。

3.2 安全设计重要

项目山区路段为典型的长大纵坡路段，尤其是设计速度80 km/h新庄枢纽至终点段，直线距离7 km，路线需克服高差780 m。如何展线克服高差并结合运行速度检测，加强安全设施设计，适当位置布设休息区、爬坡车道、避险车道，提高行车安全性至关重要。

3.3 本项目沿线自然风光优美、生态环境重要

项目沿线分布有众多的太行山著名旅游景区，如八里沟、万仙山、轿顶山等。路线从轿顶山景区穿过，所以对生态环境的保护是本项目的重点。

3.4 区域地质条件复杂，地勘工作至关重要

区域地质条件复杂，勘察阶段选线中倡导“地质先行”的理念，加强沿线地质勘察，路线布设尽量绕避大型不良地质区段，或采取有效的处治措施，降低工程建设的地质风险。

4 总体设计原则

绿色公路就是以节能减排、资源节约与循环利用和生态环境保护为核心价值理念，减少能源消耗、控制资源占用、保护和改善生态环境、降低温室气体和污染排放。绿色低碳是目前交通行业提出的新的发展理念，新晋高速公路块村营至营盘(省界)段因项目所处地理位置特殊，设计时提出“以人为本，绿色低碳”的设计原则，坚持安全至上的设计理念，贯彻绿色低碳设计。

5 总体设计方案

5.1 路线

5.1.1 地质选线

设计时考虑避让不良地质，降低设计及施工难度，减少工程措施，从而大大降低施工能耗。K49+000～K51+000段南侧为石英砂岩崩塌岩堆群，且山体节理发育，陡崖下面为广泛分布的崩塌体、岩堆，特别在陡崖南侧，为一垮塌体，垮塌体陡峭且厚度很薄，如路基座落其上极不稳定。工可线位基本座落在岩堆上，于陡崖南侧进入隧道，初步设计阶段将隧道入口处线位北移，隧道提前进洞，避开陡崖南侧垮塌体，减少了工程安全隐患(见图1)。

图1 K49+000～K51+000段地质选线平面图

5.1.2 灵活定线

按照地形选线、环保选线的原则，灵活运用设计规范，合理掌握设计标准和技术指标，减少对自然及生态系统的破坏，减少防护等工程措施的工程量，降低建设及运营能耗。为减少路线对轿顶山景区的影响，将路线向西偏移，以全隧道穿越轿顶山核心景区，同时改善南马鞍隧道和北马鞍隧道顺山而行偏压严重的问题(如图2所示)。

图2 穿轿顶山景区段环保选线平面图

5.1.3 道路纵坡控制

新庄枢纽至终点段，直线距离7 km，路线需克服高差780 m，如何展线克服高差，减缓纵坡，降低车辆行驶在大纵坡路段的能源消耗和安全事故以及在合适位置设置避险车道增强行车的安全性，是项目的关键。项目结合地形对路线方案进行多方案比选，采用如图3所示的1#方案进行螺旋展线，并结合运行速度验算，设置4处避险车道及1处停车港湾增加行车安全性。

图3 多方案比选控制道路纵坡设计图

5.2 路基、路面及排水设计

5.2.1 路基设计

路基设计结合项目区域地形、地质、水文等特点，从地基处理、路基填料选择、支挡防护工程、排水系统以及重点部位路基施工技术等方面进行综合设计。本项目地形起伏大，路基填挖交替较为频繁，根据项目区域料源情况，尽量采用石质挖方弃渣，有效减少了路线周边取土量，保护耕地资源。特别注意高路堤、深路堑的边坡稳定问题，对陡坡路堤进行路基稳定性验算；在受地形限制路段，采用纵向分离式路基，较好地适应地形条件，避免产生路基高边坡或深路堑，减少对自然山体的破坏，确保路基的稳定安全和与自然的和谐统一。

5.2.2 路面设计

根据工可提供的交通量数据及现场调查，晋城至新乡方向重车较多，为合理确定路面结构，本项目路面结构分左、右幅分别进行设计。项目推荐的路面结构方案如表2：

表2 填方段路面结构方案表

5.2.3 路基防护设计

边坡防护因地制宜，树立边坡绿色环保的防护设计理念，注重景观与绿化设计，顺应自然、融入自然。

土质路堤和路堑高度H≤5 m时，边坡采用植草+灌木的防护型式；H>5 m时，采用M7.5浆砌片石拱形骨架内植草+灌木防护。岩石挖方路段，采取光面爆破，避免大规模开挖，以保持原有岩体的稳定性，坡面不采用任何防护型式，仅在碎落台修建花坛、种植攀缘植物绿化防护。

5.2.4 路基、路面排水设计

路基排水设计根据填挖及路基高度合理布置排水设施，既要确保路基稳定，不产生冲刷、渗漏，又要与自然环境和谐统一。平原区边沟采用植草蓄水边沟。为防止路基产生冲刷、渗漏，各排水设施之间相接时，入口处均设置集水设施，各排水设施通过急流槽相衔接，出口处设置消水池。

5.3 桥涵设计

平原区段跨南水北调总干渠大桥，进行桥面径流收集专项设计，将桥面水收集至专门的收集池内。桥面水均通过护栏内侧排水槽纵向排至水源保护区以外后，通过竖向引水管，引至桥下。

王海平的《军队思想政治教育接受论》(2002)，对军队思想政治教育接受的本质、特点、类型、过程和机制等做了探讨；王敏的《思想政治教育接受论》(2002)，从纵向和横向两个方面立体地研究了思想政治教育接受机理；张世欣的《思想政治教育接受规律》(2005)，概括了古今中外，人们对思想接受所做的思考，对接受的内涵、特征、机理、接受者进行了分析；近年来有冯颖的《思想政治教育接受心理研究》(2007)、徐永赞的博士论文《思想政治教育接受过程研究》(2006)、赵继伟的《马克思主义意识形态接受论》(2009)、刘丽琼的《思想政治理论课教学接受论》(2009)等。

山区桥高<80 m的桥梁上部构造尽量选用装配式预应力混凝土结构，尽量做到标准化、系列化和施工机械化，在保证工程质量的前提下，加快工程建设进度，加快施工阶段模板周转，降低造价。

为提高结构的使用寿命，降低资源消耗，本项目桥梁结构设计中充分考虑桥梁耐久性需要，结合项目所在地实际情况及项目涉及主要结构物构造特点采取以下措施：

(1)调查沿线周边环境因素，综合考虑确定环境条件为Ⅰ级，进而确定结构混凝土普通钢筋和预应力直线形钢筋最小混凝土保护层厚度，如：基础、桩基承台为40 mm，墩台身、涵洞、梁、板为30 mm等。普通钢筋采用HRB400级钢筋为主，受力钢筋最小直径≥12 mm。

(2)桥面积水的渗漏是影响桥梁耐久性的重要因素，桥面水的及时疏导排放是整个桥梁设计中首先应考虑的问题。本项目从路线纵坡设置开始尽量避免桥上设置凹曲线及重视桥面水的横、纵向的输、排畅通。桥面铺装层与桥面调平层结构之间，设置防水层；桥面调平层与预制板梁之间设置竖向钢筋连接；桥面现浇层设置钢筋网，伸缩缝端面在护栏内向上翘起，避免了缝内水下渗到梁体。

(3)注梁边梁翼板均设置滴水槽，既防止雨水侵入主梁，也利于桥梁美观。

(4)为便于使用过程中主梁的维修、检测和支座等构件的替换，设计时考虑在桥墩及盖梁上预留必要的空间和预埋件。

(5)结构混凝土符合相关规范的要求，最大水灰比0.55，最小水泥用量275 kg/m3，最低混凝土强度等级C25，最大氯离子含量0.30%，最大碱含量3.0 kg/m3。

(6)提高后张法预应力钢筋管道压浆质量的措施，要求预应力钢筋管道压浆所用水泥浆的抗压强度应≥30 MPa，其水灰比为0.4～0.5。为减少收缩，可通过试验掺入适量膨胀剂。后张预应力体系的管道必须具有密封性能，要求采用有良好密封性能的高密度塑料波形管。管道灌浆材料和灌浆方法要事先通过试验检测，尽可能降低浆体硬化后形成的气孔，并采用真空灌浆，必要时还可以在灌浆材料中掺入适量的阻锈剂。

5.4 隧道设计

隧道设计贯彻“安全实用、质量可靠、经济合理、技术先进”的设计原则，在地形、地貌、地质条件、气象、社会人文环境等调查的基础上，对隧道的位置、平纵线形与路线整体走向进行协调：特长、长隧道在有条件的情况下尽量采用标准间距的分离式隧道；中短隧道可采用小净距隧道；短隧道可采用连拱隧道。

隧道内轮廓通过对单心园、扁平三心圆和三心圆三种断面形式进行综合比较，结合隧道衬砌结构受力特性以及工程造价等因素，采用拱部为单心半圆，侧墙为大半径圆弧的单曲墙式衬砌方案。

隧道洞口周围地形平缓时，多设置削竹式洞门，与周围环境相协调；隧道洞口边坡较陡且地质条件较好时多采用环框式洞门；隧道洞口存在偏压等情况，多采用端墙式洞门；当洞口地质条件较差时可选择翼墙式洞门。

隧道弃渣除部分用于路基土石调运外，其余弃渣必须弃放在设计指定的渣场内，不得随意堆砌，避免造成水土流失和环境破坏。

5.5 交叉工程

互通式立交总体规划应服从项目功能的要求，妥善处理路网连接和交通转换问题，使地方交通能快速安全集散。全线设4座互通式立交，平原区和丘陵区3处，均较为常规；山区段的1处位置选择较为困难，主要受地形条件、路线平纵指标及距隧道口间距控制，总体设计时要充分考虑路线平面线位布置与互通形式的布设。

5.6 交通工程及沿线设施

总体设计综合考虑机电工程内容，确保土建工程与机电工程合理衔接，项目重点加强监控设计。LED光源比传统日光灯节能45%以上，启动时无延时、无噪音，光源寿命长，显色性好，维护成本低。因此本项目沿线站、区主楼及附属用房均采用LED灯照明。

服务设施的设置结合本项目前后段落服务设施设置情况综合考虑。项目工可仅在K15+460处设置辉县服务区，辉县服务区距长济高速获嘉服务区35 km，距长济高速凤泉停车区23.4 km，间距合适。辉县服务区距山西省陵侯高速公路陵川服务区86 km，距鹤辉高速辉县停车区33.3 km，鹤辉高速辉县停车区距候陵高速陵川服务区68.2 km，服务区间距不合理，设计时在新庄枢纽互通至省界段增加停车区(如图4)。

图4 服务设施分布图

6 结语

总体设计是一个系统工程，绿色低碳是目前交通行业提出的新的发展理念，总体设计决定了公路的建设和运营的低碳绿色水平。新晋高速公路块村营至营盘(省界)段因项目所处地理位置特殊，设计时提出“以人为本，绿色低碳”的设计原则，体现了绿色低碳理念，符合我国可持续发展战略，可供类似高速公路总体设计参考。