复杂地形地质条件下的巫镇高速选线研究

祝建平，邹 云，李家龙

(1.招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆 400067； 2.重庆奉建高速公路有限公司，重庆 404699)

重庆巫溪至陕西镇坪高速公路(重庆段)是国家高速公路网银百高速联络线(陕西安康—湖北来凤)G6911中的一段，也是重庆市高速公路网规划“三环十二射七联线”中“一联线(镇坪—巫溪—建始)”的北段。本项目是重庆市三峡库区出省和三峡旅游资源开发的主要通道，也是重庆连接我国西北地区的主要通道，它的建设有利于渝陕两地建立新的水陆联运，对完善国家高速公路网，促进区域社会经济快速发展意义重大。路线项目位置如图1所示。

本项目南起重庆巫溪县墨斗城与奉溪高速相接，向北经巫溪县宁厂镇、大河乡、白鹿镇、徐家镇、鱼鳞乡，止于镇坪县钟宝镇瓦子坪与平镇高速相接，总长约48.691 km，采用双向4车道高速公路技术标准，设计速度80 km/h，路基宽度为25.5 m，全线设置桥梁8 237.5 m/19座(特大桥2 839.75 m/3座)，隧道35 925.9 m/11座(其中特长隧道 30 833.4 m/6座)，互通式立交3座，服务区1处，桥隧比达90.7%[1-7]，是目前重庆在建高速公路中桥隧比最高的项目。

图1 项目地理位置

1 项目难点及主要控制因素

1.1 地形条件复杂，桥隧比例高

项目位于重庆市东北部，呈南北向纵贯巫溪县北部地区，横穿“四山三河”(四山：巫溪大山、宝山、贝母山、金架山；三河：后溪河、西溪河、东溪河)，如图2所示，沿线地形地貌复杂，地形切割强烈，崇山峻岭连绵不断，悬崖峡谷随处可见，路基修建异常困难，从而造成本项目主要以桥隧结构物为主，桥隧比占路线总长度91%左右。

图2 沿线地形地貌

1.2 起终点高差大，路线纵坡长

本项目为长江沿岸峡谷地带向大巴山东段南麓山区过渡，受两地高程影响，从巫溪至省界为上坡路段，如图3所示，设计标高从280 m逐步上升至 1 010 m，高差达730 m，虽然平均纵坡只有1.6%左右，但是连续坡长达到45 km，属长纵坡[8]。

图3 路线纵面地势

1.3 地质条件复杂，不良地质多

项目区位于大巴山弧形构造与新华夏构造体系的交接复合部位[9]，南、北板块强烈接触部位，褶皱及断裂极发育，共穿越28个褶皱和7条断裂带。线路区出露地层中可溶性碳酸盐岩分布较广，占整个线路区70%左右。区内地质构造受区域性南北强烈挤压影响，地质构造以东西向紧密褶曲和断裂构造为主，南北向断裂不发育，受F1、F2断裂带影响，水平溶洞、暗河系统发育，顺岩层走向、构造走向发育。

本项目特长隧道均穿越二叠系、三叠系灰岩区域，大部分隧道埋深较深(达900 m～1 300 m)，岩溶较发育，暗河系统发育，隧道施工风险较大[10]。复杂的地质构造造成隧道内普遍存在煤层瓦斯、采空区、石膏地层、岩爆、高地应力等不良地质现象，给隧道施工带来诸多困难。

对于路基、桥梁段，地形虽然相对较缓，但所处区域均为志留系页岩分布地区，岩体破碎，分布了滑塌、不稳定斜坡、危岩、断层破碎带、软土等不良地质现象，给路基、桥梁施工带来的难度也相当大。

1.4 桥梁坡陡设墩，隧道绝壁进洞

由于项目区位于大巴山褶皱与长江台地之间，强烈的河道切割，深切峡谷，地形地貌特点突出，受两地的高差以及南水北调补水规划影响[11](规划大宁河取水西线工程剪刀峡水库，规划正常蓄水位为360 m)，路线线位设计较高，造成桥梁和隧道线位相对较高，大多数隧道直接从上百m的直立悬崖直接进洞或出洞，洞口无施工场地，而桥梁则是距河流水面高差大，桥面距河面高达数百m，桥隧施工相当困难。东溪河特大桥位置如图4所示。

图4 东溪河特大桥地形地貌

1.5 路基明线段落短，互通设置困难

本项目桥隧结构物多，地形陡峻，可利用有利地形较少，互通立交布设受限因素多，布设困难；路线线位高，与现状道路高差大，如图5所示；大河互通主线与地方道路最大高差达到110 m，地形陡峭，立交展线相当困难。

图5 大河互通段地形地貌

另外，本项目笔架山隧道至谭宝山隧道间唯一一段连续2.9 km的明线路段，是中坝互通及服务区集中设置区域，交通组织较为复杂。

1.6 地形条件极为复杂，弃土场和施工便道设置极为困难

项目位于大宁河沿岸，沟谷路段地形陡峭、群山连绵，沟谷相互交错，隧道全长约35.9 km，全线隧道洞渣及路基工程弃方量非常大，共计约768.5万m3，受地形影响，全线无大型沟谷填筑弃渣，弃土场的选择是本项目工程实施的又一难题。

另外，由于本项目桥隧工点设计位置较高，沿线地形陡峭，施工便道设置亦相当困难，部分便道需要设置隧道和桥梁，全线设置主便道45.18 km/15条，桥梁桩位施工支便道8.6 km/9条，全线便道合计53.78 km。

1.7 沿线城区及场镇规划

本项目路线方案主要经过巫溪县城及沿线场镇，受起点接线以及巫溪县城布局影响，本项目必须穿越县城规划区，对项目走向控制影响较大，选线时只能在其预留规划通道内通过。

1.8 沿线文物及风景区

本项目位于大宁河沿岸，人文历史遗迹及自然风景点较多，路线所在区域主要有：全国重点文物保护单位——巫溪荆竹坝岩棺群、巫溪大宁盐场遗址；重庆市文物保护单位——大宁河古道、宁厂秦氏民居；中国历史文化名镇——宁厂古镇；路线方案选择时需避让沿线文物保护单位以及尽量减少对景区造成影响。

2 路线方案比选

2.1 路线方案阶段布置情况

由于项目区地形地质条件复杂，控制因素较多，大多数地方人迹罕至，为了不遗漏有价值的路线方案甚至走廊带，充分贯彻“安全、畅通、耐久、环保、节约”的设计新理念，路线选线期间采用无人机航拍+VR技术进行路线方案选线[12]，在合理利用走廊带资源的基础上，尽可能采用适中均衡的技术标准，合理控制构造物、土石方、防护工程及拆迁数量，拟定多路线方案进行比选。

本项目在路线方案研究阶段初步研究达300 km以上，相对全线贯通K线(中线)分别提出了A线(西线)和E线(东线)2个走廊带，以及3个走廊带中的A1、A2、B1、B2、C1、C2、D、E、F、G线等10条局部比较路线，经综合比选后选择K线为初步设计贯通的路线方案，其中B2、C1、D、F线作为初设阶段同精度比较路线方案。

2.2 路线初设阶段布置情况

初设阶段结合路线规范的要求，充分考虑地形、地质、工程规模、结构物特点、环保、施工难度及后期运营等因素，充分按照山岭区“宜避不宜扰、宜硬不宜软、宜逆不宜顺、宜稳不宜乱、宜高不宜低、宜陡不宜缓、宜边不宜垭、宜阳不宜阴”的地质选线原则[13]，灵活采用技术指标，做到路线与地形、地物等环境相协调，在不显著增加工程量的前提下，采用较高的设计指标，使得线形平顺、流畅、连续、均衡，与周边自然环境协调。初设阶段拟定A、B、C、D线4段路线方案进行同精度比选，同时对沿溪线方案(X线)进行进一步比选论证。初设阶段路线如图6所示。

2.3 路线比选

2.3.1 巫溪县城—沈家段(K线、A线、D线)

针对K线巫溪隧道、后溪河大桥、宝山隧道、大石板隧道、西溪河大桥以及大河互通的位置，就工程规模、地质复杂程度、隧道进出口、路线线形指标以及对宁厂古镇的影响等，于巫溪县城—沈家段，提出相对K线的巫溪隧道，从大宁河西岸以隧道群通过的路线方案(A线)和经大河乡明线通过的路线方案(D线)，线位关系如图7所示。

K线，过巫溪县城穿巫溪隧道(6 388 m)后设后溪河大桥(主跨为2×115 m T构)，穿宝山隧道(4 225 m)，于沈家设大河互通，后设西溪河特大桥跨西溪河(主跨为100 m+2×180 m+100 m连续刚构)后止于大河乡双河口附近，路线长23.74 km。

图7 K线、A线、D线路线方案布置

A线，从巫溪县城北侧通过，沿大宁河西岸前进，设置巫溪隧道群(949 m、3 702 m和2 273 m，共计6 924 m)从宁厂古镇规划区东侧(靠大宁河)通过，设后溪河特大桥(主跨为110 m+180 m+110 m连续刚构桥)，穿宝山隧道(4 049 m)，于范家坪设大河互通，后设西溪河特大桥(主跨为100 m+180 m+100 m连续刚构桥)跨西溪河后止于大河乡双河口附近，路线长24.523 km。

K+D+A线，过巫溪县城北面穿巫溪隧道(6 400 m)后设后溪河大桥(2×115 m T构)，穿宝山隧道(4 288 m)后接入A线，于范家坪设大河互通，后设西溪河特大桥(主跨为100 m+180 m+100 m连续刚构桥)跨西溪河后止于大河乡双河口附近，路线长23.025 km。

以上3段路线的综合比较情况如表1所示。

由表1可知，在该段路线方案比较中，K+D+A线方案路线顺直，较K线短715 m，桥梁虽然增加 2 052 m，但隧道长度减少2 190 m，有利于后期运营安全；路线从宁厂古镇西侧通过，对古镇规划影响较小，符合地方意见；大河段施工难度虽然相对K线有所增大，但西溪河特大桥绕避了滑坡区，有利于工程建设安全。经综合比选后，推荐采用K+D+A线方案。

表1 K线、A线、D线综合比选

2.3.2 中坝—东溪河段(K线、B线)

中坝属河谷冲积堆积地貌区，地形较缓，K线在白鹿镇中坝村附近向西展线设置中坝服务区和中坝互通。针对K线谭宝山隧道长度较长，地质情况复杂，中坝服务区连接线距徐家镇较远等因素，就中坝—东溪河段提出将隧道方案改为桥、隧组合方案，互通位置更靠近徐家镇的路线方案(B线)，线位关系如图8所示。

图8 K线、B线路线方案布置

K线，起于檀木村设隧道(4 985 m)，穿越笔架山后向西侧中坝河河谷进行展线，设置服务区和互通后，于上坝村位置设谭宝山隧道(4 940 m)，止于东溪河特大桥桥头，路线长12.343 km。

B线，起于檀木村设隧道(5 070 m)，穿越笔架山后跨越中坝河，穿朱家山隧道(2 425 m)后，设置徐家互通，设龙花村特大桥后穿谭宝山隧道(2 818 m)后止于东溪河特大桥桥头，路线长 12.869 km。

以上2段路线的综合比较情况如表2所示。

表2 K线、B线综合比选

由表2可知，在该段路线方案比较中，K线方案路线顺直，较B线缩短526 m，桥隧规模相对较小，能够设置服务区和隧道救援站，有利于后期运营安全；虽然K线在中坝村占用土地相对较多，路基土石方较大，但施工难度相对较小，有利于项目顺利实施；K线符合地方意见。经综合比选后，推荐采用K线方案。

2.3.3 鸡心岭隧道段(K线、C线)

鸡心岭隧道为省界特长隧道，隧道穿越的山体为东西走向，远离侵蚀基准面，为一封闭且未经人类工程活动揭露、改变、疏干的向斜贮水构造。针对K线隧道的出口位置、地质情况等因素，相对K线从毛坝河一侧出洞，选择了从高家坝河一侧出洞的路线方案(C线)，线位关系如图9所示。

图9 K线、C线路线方案布置

K线，起于茶园村茶园子电站附近，穿鸡心岭隧道(6 020 m)后沿毛坝河东侧前行，止于镇坪县钟宝镇猫子庙附近，路线长9.64 km。

C线，起于茶园村茶园子电站附近，向东北穿鸡心岭隧道(6 480 m)后沿高家坝河西侧前行，止于镇坪县钟宝镇猫子庙附近，路线长9.325 km。

以上2段路线的综合比较情况如表3所示。

由表3可知，在该段路线方案比较中，2个方案平纵面指标相当。考虑到省界鸡心岭特长隧道的地质情况、弃渣规模、施工工期、施工风险、工程造价以及两省接线方案条件等，经综合比选后，推荐采用K线方案。

表3 K线、C线综合比选

2.4 比选结论

本次路线方案比选，最终选定K+D+A+K线作为推荐路线方案，主要考虑本项目在国高网中的功能和地位，并结合项目所处的地形、地质条件，从工程规模、建设难度、环境影响、工程造价等方面进行综合比较[15]后同精度比选得出，使其成为一条“设计得出、修建得起、养护得了”的路线方案。推荐方案平面示意如图10所示。

图10 推荐方案平面示意

3 结束语

在高速公路建设的前期工作中，路线方案设计是最重要的工作，决定着一个项目是否能够“安全、经济、环保”。本项目作为典型复杂山区高速公路，地处大宁河沿线和三省交界地段，地形复杂，生态脆弱，地质复杂多变，路线沿河一侧地形横坡陡峭，冲沟发育，路基、桥梁修建困难；路线穿越山体部分，山体浑厚，进出口位置切割深，造成隧道长，进出洞施工困难，项目从方案研究到项目实施历时9年，通过前期选线，有如下体会：

1) 山区高速公路路线要以“安全、经济、环保”的理念来进行选线，思想上应当重视，避免为比选而比选，不遗漏有价值的路线方案。

2) 应加强沿线工程地质和水文地质勘察工作，但在复杂山区往往存在地勘工作滞后或不能顺利进行地质钻探及物探工作，则需重点加强沿线工程地质调绘工作，以便对路线前期选线进行指导。

3) 复杂山区公路选线，要落实“地形地质选线”“安全选线”“环保选线”原则，对不良地质区域和生态保护区要尽量绕避，灵活掌握路线指标；注重对生态资源的保护，避免大填大挖对自然山体的破坏。

4) 对于地形陡峭、地质复杂路段，应加强无人机、激光雷达等先进设备的辅助工作，综合比较后宜多采用隧道、桥梁方案。

5) 桥梁墩台位置和隧道洞口选择应充分考虑工程实施的难易度，避免临建工程的实施影响主体工程的施工，从而给工程带来地质隐患。

6) 在山区隧道比例较高的路段，要充分考虑洞渣的合理利用，并结合路基填筑和地材使用，尽量做到“零废方”，合理选择弃渣场位置，避免弃渣场的设置带来次生灾害。