西藏山区公路改建项目设计分析

邓建华

[悉地（苏州）勘察设计顾问有限公司湖南分公司，湖南 长沙410000]

0 引言

该项目是西藏地区某新通道，设计速度20km/h的四级公路，路基宽度6.5m 和4.5m，大部分路段为双向两车道，局部路段为单车道。现有道路大部分路段平纵面指标良好，局部路段指标偏低，需进行改善。部分路段防排水设施不足，个别路段还存在崩塌、碎落、路基塌陷等不良地质问题，需进一步处理。全线旧路为碎石、砂砾及手摆片石路面，部分路段设置有波形护栏。道路整体行驶舒适性和安全性不足，抗灾能力差，路况不良。受积雪影响，一年只能保证5～10月份正常通行，严重制约了沿线少数民族脱贫致富的步伐。改善地区交通条件，将丰富的资源优势转化为经济优势，是改变该地区落后面貌的迫切需要。

该项目该标段路线全长64.239km，其中主线60.892km，支线长3.347km。该项目全部位于西藏某地区境内。该次改建主要工程内容包括：提高道路等级，改善路线平纵面指标；整治病害、整修和加宽路基，铺筑沥青路面；增加桥涵和防排水工程；增设必要的交通安全和管养设施等，使之改建为以三级公路为主，大型桥涵、隧道构造物满足三级公路标准，局部困难路段指标不低于四级公路的国道主干线。

该项目是我国西南边陲重要的国防通道、快捷的经济联络通道、环境优美的休闲旅游通道和面向东南亚的开放大通道，可显著改善西藏东南地区的运输格局，对该地区经济社会跨越式发展具有深远的战略意义；对提高路网运行效率和应急保障能力、巩固边防、提高繁荣经济、社会稳定、民族团结等方面将发挥不可替代的重要作用。

1 控制性工程介绍

1.1 十一道拐特殊困难路段

K36+380～K42+380 段，该段地形陡峭，原有公路长度6km，设置11 处回头曲线展线，克服高差219m，平均纵坡6.06%，6.5m 双车道，上下盘公路之间距离较小，设置有较多高挡墙，外露最大高度约16.5m，高于9m 的挡墙长度639m，高于14m 的挡墙长度288m。

原有公路设计速度20km/h，平纵指标方面存在主要问题：10 处回头弯半径不满足极限值（15m），8 处回头曲线纵坡超极限值（4.5%），纵断设计未考虑合成坡度，最大坡长超标，2 段纵坡超10%。如图1 所示。

图1 十一道拐特殊困难路段

1.2 隧道

K55+180～K60+400：原有老路翻越某垭口段，长度为12.56km，垭口海拔4700m。该段每年11月开始降雪积雪，12月～次年6月雪崩严重（20 多处），发生频率高，养护清理工作量大，全年通行时间短。雨季边坡塌方严重。为此选取隧道等多个方案进行比选论证，以下为隧道等各方案对比情况，如图2 所示。

图2 K 线与A4、A5、A6、A7、A8 线路线方案图

1.2.1 K 线方案即推荐方案（隧道方案）

优点：其一，隧道平纵面线形指标好；其二，进洞条件良好，山坡稳定，无偏压情况；其三，隧道进口坡面平缓，采取简单措施可避免雪崩对隧道的影响。

缺点：隧道长度较长，造价较高。

1.2.2 A4 线方案(旧路拓宽方案)

优点：其一，充分利用老路资源；其二，工程造价低；其三，后期维护费用低。

缺点：其一，施工期间，开挖边坡及防护工程砌筑等，不利于生态环境保护；其二，建设期间影响过往车辆安全、正常运营；其三，冬季断交时间长。

1.2.3 A5 线方案（隧道方案）

优点：其一，隧道线形指标较好，进出口进洞条件良好；其二，进出口洞外均为填方路基，雪季积雪影响小，采取简单的工程措施，可以有效避免雪崩及风吹雪的影响，保证运营期间行车的安全；其三，隧道长度适中，相比其他隧道方案，造价较低。

缺点：其一，路线方案里程较长，填方量大；其二，特殊路基段较多，支挡结构较其他比较线多。

1.2.4 A6 线方案（工可隧道方案）

优点：其一，隧道平纵面线形指标好；其二，进洞条件良好，山坡稳定，无偏压情况，隧道进口坡面平缓，采取简单措施可避免雪崩对隧道的影响；其三，隧道长度适中，相比其他隧道方案，造价较低。

缺点：其一，隧道进口位于地形低洼地带，雪季洞外路基段积雪清除困难，风吹雪影响行车安全；其二，隧道出口浅埋段较长，地质条件较差，工程处理造价较高；其三，隧道进口出洞后接小半径曲线，行车舒适性差，且存在一定的安全隐患。

1.2.5 A7 线方案（隧道方案）

优点：其一，线路里程最短；其二，隧道出口远离既有道路，施工过程对既有道路运营影响小。

缺点：其一，隧道线形指标差，进口出洞后接小半径曲线，行车舒适感差，隧道纵坡达到3%，后期运营成本高，且存在一定的安全隐患；其二，隧道长，造价较高。

1.2.6 A8 线方案（隧道方案）

优点：其一，线路里程较短；其二，隧道出口远离既有道路，施工过程对既有道路运营影响小。

缺点：其一，隧道线形指标差，进口出洞后接小半径曲线，行车舒适感差，隧道纵坡2.88%，后期运营成本高，且存在一定的安全隐患；其二，隧道进口位于地形低洼地带，雪季洞外路基段积雪清除困难，风吹雪影响行车安全；其三，隧道较长，工程造价较高。

经过多次与专家沟通，对路线方案进行多次比选论证，选取K 线方案作为推荐方案。

2 主要技术标准

该项目全线采用三级公路标准，采用的主要技术标准如下：

一是设计速度30km/h(局部地方限速段设计速度为20km/h)；

二是路基宽度7.5m，路幅组成为2×（0.5m 土路肩+3.25m 行车道）；

三是路面类型，采用沥青混凝土路面，路面宽为6.5m；

四是汽车荷载等级，公路-Ⅱ级；

五是设计洪水频率，大、中桥为1/50；小桥涵及路基为1/25；

六是桥梁宽度，净宽7m，带防撞栏杆8m；

七是隧道宽度9.0m。

根据道路的使用功能，沿线地形、地质条件，结合《西藏自治区交通运输厅委托书》及《工可》的要求，该项目该标段全线基本采用三级公路标准，设计速度30km/h，路基宽7.5m，路面宽6.5m，沥青混凝土路面。局部受限地段（K16+300～K19+050、K23+640～K33+680、K36+480～K42+160）采用四级公路标准，设计速度20km/h，路基宽7.5m，路面宽6.5m；隧道段（K55+505～K58+480）采用二级公路标准，设计速度40km/h，隧道宽度9.0m，沥青混凝土路面。

局部困难路段降低技术指标，沥青混凝土路面，桥涵荷载标准为公路-II 级。

3 主要设计要点分析

3.1 总体设计

第一，各标段勘设难度不同，设计时间节点不同，总体设计协调难度大。

第二，该项目路线里程长，地形、地质条件复杂，受地形、地质构造和气候环境影响，沿线滑坡、泥石流、崩塌等不良地质发育，项目区水毁、雪害也时常发生。

第三，项目区内新构造运动活动强烈，多条断层交汇，地震活动频繁且强度大，对公路工程和结构物抗震设防要求高。

第四，项目区大部分路段为沿溪（河）线，项目区降雨充沛，河流冬夏季流量差异大，应重视水文地质调查。

第五，旧路改扩建路段，应合理选用技术指标，提高旧路路基利用率，尽量避免二次开挖破坏，减少环境破坏，减少新增占地。

第六，该项目隧道为高海拔寒区隧道，对于该地区的隧道，防水是基础，排水是核心，保温是关键，做好隧道设计技术难度大。

第七，项目沿线降雨丰富、植被茂密，沿线城镇、人口稀少，既有城镇规模小，部分路段为无人区，测设及后勤保障难度大。

第八，项目建设资金由中央财政直接拨款，因此要合理控制工程规模。

3.2 路线设计

3.2.1 平面设计

（1）平面设计主要技术参数（见表1）

表1 平面主要技术参数表

（2）直线长度

首先，直线的长度不宜过长，受地形条件或其他特殊情况限制而采用长直线时，应结合沿线具体情况采取相应的技术措施[1]。

其次，同向曲线间直线长度。

改扩建路段：同向曲线间最小直线长度（以米计）以不小于设计速度（以km/h）的3 倍控制；困难路段可按不小于设计速度（以km/h）的2 倍控制[2]。

新建路段：同向曲线间最小直线长度（以米计）以不小于设计速度（以km/h）的6 倍控制[3]。局部困难路段可适当降低指标。

最后，反相曲线间直线长度。

改扩建路段：反向曲线间最小直线长度（以米计）以不小于设计速度（以km/h）的1 倍控制[4]。

新建路段：反向曲线间最小直线长度（以米计）以不小于设计速度（以km/h）的2 倍控制。

（3）回头曲线平面设计

回头曲线应选择在地形较为平缓的位置设计回头半径，避开滑坡体等不良地质。线形设计时，圆曲线中心点尽量做到零填挖，线形尽量设置成“灯泡”型，一旦完成回头后尽快拉近上下盘路的距离，减少上盘路边坡开挖和下盘路的填方高度。

3.2.2 纵面设计

第一，纵断面设计应充分利用地形、地势，结合水文、地质、桥涵、隧道、通道、土石方等因素综合设计。

第二，越岭路线连续上坡（或下坡）路段，相对高差为200～500m 时平均纵坡应不大于5.5%；相对高差大于500m 时平均纵坡应不大于5%，且任意连续3km纵坡不应大于5.5%。

第三，当连续陡坡由几个不同坡度值的坡段合成时，应对纵坡长度受限制的路段采用平均坡度法进行验算，其组合坡长不得大于平均坡度的限制长度，限制坡长后应设值不小于最短坡长的缓坡，缓坡路段纵坡不大于3%。

第四，利用旧路改建路段，在满足规范前提下尽量设置与旧路纵面相符的变坡点，避免高填深挖，减少改建路段路基土石方工程量。

第五，隧道路段纵面线形设计。

其一，该项目隧道为长隧道及特长隧道，有条件设置为人字坡。

其二，隧道内的纵坡应不小于0.5%，不大于3%，并建议特长隧道最大纵坡控制在2.0%以下。

其三，隧道洞口内外侧各3 秒设计速度行程范围内的平、纵线形应一致。一般情况下需保证判断隧道洞口所需的识别视距的要求，地形特别困难地段，条件受限时，可以采用较小的竖曲线半径，但也应保证隧道洞口1.25 倍的停车视距要求。

其四，隧道洞口3s 行程内不宜布设凹形竖曲线，不得已应保证洞口纵横向排水顺畅；凸形竖曲线半径不应小于视觉要求值。

3.3 路基设计

3.3.1 路基横断面布置

（1）技术标准

综合考虑项目功能、地形环境、建设资金及交通量预测结果，推荐该项目新建、改建段设计速度采用30km/h 三级公路技术标准，路基宽度采用7.5m。设计荷载采用公路-Ⅱ级。

若是完全利用旧路的段落，可按维持原来的技术标准进行设计。

（2）路基横断面布置方案

新建、改建路基按交通部颁《公路工程技术标准》(JTG B01—2014)中双车道三级公路标准建设，路基宽度采用7.5m，其路基标准横断面布置见表2。

表2 路基标准横断面布置一览表

3.3.2 不良地质路段设计

（1）深挖路基

K23+220～K23+410 右侧路堑石质高边坡。

工点地质：高10～30m，坡脚75～85o，成分主要为板岩和石英山岩，节理产状109∠81,293∠81,181∠75，较完整，挖方边坡最高36m。

处置措施：

路线内侧偏移，折线放坡，一级边坡为1∶0.3 岩石裸露，二级边坡为1∶0.5 岩石裸露，一坡到顶。经验算下滑力5112kN, 抗滑力10205kN，整体稳定性1.996，满足规范要求。

（2）崩塌、危岩

崩塌与岩堆是全线最为普遍的地质灾害，其规模以大、中型为主，其中崩塌共有9250m/51 处，治理措施如下：

第一，线路尽量避绕；

第二，对地质活动性不强的、稳定性较好的崩塌（危岩、岩堆），可通过放缓边坡坡率，并加强清理养护；

第三，对活动性强、稳定性差的崩塌（危岩、岩堆）设置上挡墙，同时结合挡墙放坡，并清除对线路影响较大的危岩。

（3）泥石流

该项目区泥石流较为发育，按形态分为山坡泥石流和沟谷泥石流两类。泥石流的活动性明显受季节影响，雨季（六、七、八月）活动频繁强烈，特别是暴雨的影响最为显著，并且泥石流年年发生。而到旱季时，则处于相对稳定状态。道路沿线共发育泥石流有40m/2 处，K8+200空挡桥跨越，K17+750 修建涵洞。治理措施主要为：首先，以涵洞形式通过；其次，上游设置拦挡墙，下游设置导流堤。

（4）雪害

海拔高程在4000m 以上的路段（主要为垭口段）一般在11月至次年4月负低温现象严重，受积雪影响大，由于积雪量较大、积雪时间长、昼夜温差较大，白天积雪融化，晚上融雪水结冰。因积雪和积雪产生的融水结冰所产生的危害方式和程度差别较大。有时下雪天刮风，雪花弥漫影响视线而造成行车困难；积雪量过大产生陷车；积雪被压实或涎流冰使汽车打滑，行车困难或不能通行，甚至滑出公路造成翻车。沿高山峡谷地貌阴坡布线，光照时间相对较短，可能产生冰雪害，特别在近南北向地带，冰雪害影响较为严重。该项目沿线雪害共计21.365km，分别位于：K36+540～K60+880。

雪害治理措施为：

首先，在选线上考虑路线走向尽量与冬季主导风向平行或者交角尽量减小，在越岭线尽量选择最低标高哑口，路线尽量设在阳坡或者迎风坡上，充分利用开阔的谷地、山脊等。尽量减少挖方，路堑少，积雪就少；

其次，不定期清理积雪，以机械铲除清理为主，维持交通；

最后，道路边线设置积雪标杆、积雪平台，加强养护清理。

（5）涎流冰

根据外业地质调查，在K58+705～K58+745、K59+150～K59+200 下山路段易出现涎流冰现象，受地形及当地气候的影响，地下水及地表水在此冻结，形成涎流冰。结合当地地形和野外地质调查资料，此段涎流冰处治措施为：加强截排水设施，上游设置聚冰坑。

3.4 路面设计

该项目路面结构设计分为新建路段和老路利用路段。路面采用沥青混凝土路面，路表验收弯沉值为57.3（0.01mm）。

新建路段:

该项目路面采用沥青混凝土路面，路表验收弯沉值为57.3（0.01mm）。

新建及加宽部分：

面层：5cmAC-16C 中粒式改性沥青混凝土；

封层：1.0cm 透层及封层；

基层：20cm 厚水泥稳定碎石（5%）；

底基层：20cm 厚级配碎石；

防冻层垫层：15cm 厚碎石（海拔>4000m）；

总厚度：46cm(海拔>4000m 时61cm)。

新建桥梁部分：

上面层：5cmAC-16C 中粒式改性沥青混凝土；

下层：防水层黏结层；

总厚度：5cm。

沥青混凝土旧路利用路段：

该项目根据设计高程与旧路差值不同采用不同利用方式。高差10cm 以内，对沥青混凝土旧路洗净或铣刨处理后铺筑黏层、平均3cm 沥青调平层及5cmAC-16C 中粒式改性沥青混凝土。高差大于10cm，按照新建路段设计。具体如下：

主线K5+740～K5+940、K8+045～K8+330、K9+840～K9+920、K11+280～K11+500 处，对旧路进行平纵面优化，路面结构采用新建处理。其他旧沥青段，采用参考设计标高，进行加铺处理。

混凝土旧路利用路段：

该项目支线对混凝土旧路修补、清缝、洗净处理后，撒黏层油，铺筑5cmAC-16C 中粒式改性沥青混凝土。

路面结构：

面层：5cmAC-16C 中粒式改性沥青混凝土（+3cm沥青调平层）；

粘层：黏结层；

下层：旧路修补、清缝、洗净；

总厚度：5.0cm。

4 结语

该项目为西藏某地区山区公路改建项目，现有道路大部分路段平纵面指标偏低，需进行改善。防排水设施不足，个别路段还存在崩塌、碎落、路基塌陷、雪害等不良地质问题。这些问题都是西藏地区共性问题，此次设计从实际出发，结合相关规范，本着安全适用、经济合理的原则，有效地解决了设计中的关键问题，取得了良好的效果，可为以后西藏改建工程的设计提供借鉴。