复杂地质条件下山区高速公路总体设计与投资控制浅析

孔繁星

摘 要：分析山区高速公路勘察设计的重难点，从不良地质的穿越方案、局部路线方案比选、行车安全、生态环境保护、施工组织以及项目投资控制等方面提出总体设计中应重点考虑的问题。

关键词：山区;不良地质;总体设计;安全;投资控制

受到地形、地质条件的直接影响，山区高速公路有着鲜明的特点：地形、地质条件复杂、工程处置难度及工程规模大、生态环保要求高、施工难度大等。笔者通过G7611线昭通（川滇界）至西昌段高速公路项目的总体设计工作，就复杂山区高速公路总体设计及投资控制等若干问题阐述了实践中的体会与思考。

1 工程概况

G7611 线昭通（川滇界）至西昌段高速公路是《国家公路网规划》（2013-2030年）都匀至香格里拉高速公路的重要组成路段，东西向连接西昌～昭觉～金阳，向西接西香高速，连接香格里拉～木里～盐源，向东经金沙江大桥连接昭通。路线全长184公里，设计速度80 km/h，双向四车道，路基宽度25.5 m，桥隧比72.33%。

2 西昭高速公路重、难点

2.1 地形、地质、气象极其复杂，抗灾要求高

項目区地处川西南横断山系东北缘，穿越盆周丘陵、低山、中山、高山峡谷、高原等多个地貌单元，沿线穿越高山峡谷、极高山等复杂地形，海拔高差达2 000 m以上，气温差异大，气候多变，存在雾、冰雪灾害。

区域地质构造处于木河活动断裂带、安宁河活动断裂带及罗西活动断裂，地层破碎，构造发育，不良地质以大体量崩塌、堆积体、滑坡、泥石流、不稳定岸坡、高危危岩为主，其次为顺层、岩溶等，且项目位于Ⅶ～Ⅸ度地震区，震级大，烈度高，活动频繁，抗灾能力要求高。

2.2 项目技术难题多，工程规模大、造价高

全线桥梁、隧道结构物众多，桥隧比例达72.33%，工程造价高。合理减小建设规模，控制工程造价，节约投资成本是本项目建设的重点，路线方案的优化选择、桥隧结构物的合理布设、桥隧设计方案的比选是项目的重点和关键所在。

2.3 沿线生态环境极其脆弱，环境保护要求高

本项目地处大凉山腹地，项目沿线生态环境十分脆弱，气候干燥寒冷，空气稀薄，植被稀少，沿线金沙江水系的河流众多，水土流失十分严重。由于项目隧道比例高，沿线山高坡陡，河谷狭窄，支沟陡峭，弃土场地设置困难，对环境保护提出了高要求和新课题。

2.4 施工条件艰巨、实施极其困难

沿线地形困难，施工场地十分狭窄，进场条件差，施工条件极其恶劣。

3 总体设计解决方案

3.1 重视地质勘察，合理选择不良地质穿越方案，确保工程安全

利用“空-天-地”等先进勘察手段，通过宏观地质遥感和地质调绘，配合物探、地质钻探等手段，全面掌握路线走廊范围内不良地质发育情况，分析可能的地震次生灾害源，开展总体方案的拟定：

3.1.1 卸荷裂隙、危岩段落

以“避大—治小—重监测”的原则，对于线路上方发育的大规模卸荷裂隙或高位危岩，治理可行性不大，后期运营期间安全风险巨大，线路应予以绕避;小规模的危岩，可清除，结合落石轨迹分析，设置栏石墙、主被动防护网，对重点路段，配备不良地质体监测设备，提高运营期间的安全性。

3.1.2 崩塌段落

通过勘察地质调绘，详细调查崩塌区域成因、范围、厚度、堆积物成分等信息，对于山坡坡面陡峻、山体不稳定、易发生大规模的崩塌地段，应予以绕避;中小型崩塌，在难以采用绕避方案或采用绕避方案工程规模较大时，可采用工程处置，线路穿越时避免大填大挖，距陡崖坡脚宜有适当距离，并采用清除支撑嵌补锚固，结合柔性防护网、拦石墙等措施予以综合防护。

3.1.3 滑坡段落

加强地质现场勘察，重视对滑坡形成的工程地质环境的研究。对大型复杂的滑坡，应予以绕避，小型滑坡，应根据其滑动原因和稳定性采取排水、支挡、减载等措施进行处理，线路通过滑坡的位置一般选择滑坡的上缘或下缘。通过滑坡上缘，以挖方路基为宜，卸载、减轻滑体重量;通过下缘时，采用路堤为宜，反压增加其抗滑力。

3.1.4 泥石流段落

深入开展泥石流专项勘察，对泥石流的物资、流域、形成条件、物缘、断面流量等做深入调查分析，对于特大型或大型泥石流，线路应采取绕避;对于间歇期的泥石流，采用桥梁跨越，原则上采用一跨跨越，在滩地布置桥墩，对于桥梁主体结构加强，考虑泥石流淘蚀，基础相应加强，并对泥石流采用拦挡、排导槽等措施进行防护处理。

3.1.5 顺层段落

以路基通过顺层地段，路堑开挖（上挡方案）顺层切坡高度大，路肩挡土墙（下挡方案）基坑顺层切坡高度小，相对而言，上挡方案工程技术风险大，因此，顺层地段，“优先采用下挡，尽量不做上挡”。

3.1.6 岩溶段落

结合地质调绘成果，线路尽可能绕避大的坍塌、陷坑、漏斗、暗河，避开有利于岩溶发育的构造带。越岭地带应抬高线路高程，在山顶溶蚀槽谷内露出地面，以路基通过，同时缩短隧道，避开水平径流带，使隧道置于岩溶水（泉群或暗河附近）的季节变动带之上;如有既有公路、铁路、引水隧道，线路应充分利用既有建筑物形成的漏斗区，尽可能靠近、标高高于并位于该类既有地下建筑物下游方向;岩溶发育的隧道尽可能设计成人字坡，避免反坡排水。

3.2 加强方案比选，充分利用地形，合理规划线路、互通及沿线设施，降低桥隧工程规模

3.2.1 应建立全寿命周期的经济比较

大方案的比选，不能简单的通过二者工程规模的比较来选择，还应在对外业地质条件充分了解的基础上，对施工方案、措施、施工及运营期间的风险、环保、运营期间的管理费用、行车安全等诸多方面进行评判。

3.2.2 局部方案比选

区域内存在重大不良地质、复杂地形条件、控制性构筑物、规划区、自然环境、人文环境等边界条件，应进行局部路线方案比选，在进行比选之前，应对此区域内的基础资料进行全面的收集与掌握，核实控制条件及关键因素，为后面比选做好支撑。

在充分掌握比选段落边界条件的基础上，综合考虑地形、地质条件、水文、气象等因素，首先进行总体大思路的考虑（展线位置、重要桥隧工点位置，榜山线选位、越岭线垭口选位等等），并按不同思路，开展局部总体方案设计。

各个方案比选的过程中，首先要对制约方案的重大问题做好专题研究（如泥石流专项研究、下穿引水隧道的风险专题研究、穿越湿地公园的可行性分析等等），确保方案的可行性;同时在多方案比选的中，应分清主次，分析主要优缺点，缺点是否可通过某些措施改进等等，同时不应忽视环境因素、指标采用、驾驶安全、行车舒适、施工难易度以及全生命周期内的经济造价情况。

3.2.3 互通立交

山区高速公路一般转向交通量不大，对于互通立交的指标的采用应综合交通量预测成果进行合理运用。对于互通立交的选址，应尽量避免选择在地质发育区域，尽量绕避基本农田;对于交通量較小的互通立交，形式上可采用菱形，在满足交通功能的前提下，可大幅降低工程投资;对于互通连接线的布设，应结合周边乡镇开发，适应地区发展，打造高速公路落地门户工程，切实提升山区人民幸福感指数。

3.3 合理运用路线指标，加强安全检查与评价，确保运营安全

山区高速公路路线设计，受控于地形条件、不良地质等因素，往往造成高填深挖工点、桥隧工程密集，出现线形组合不当、视距不良、越岭线长陡纵坡超限等影响行车安全的情况。

对于长大纵坡段，在路线设计的过程中，应当重视运行速度进行检算，选用合理的刹车温升模型，预测刹车安全临界点位，合理设置紧急避险车道。同时应结合正向、反向运行速度的预测成果，采取左右幅不同的超高设置，适应上、下坡不同的运行速度。

重点核实小半径平曲线，货车考虑下坡修正下，中央分隔带内侧停车视距无法满足要求的情况，如果在桥梁上，考虑工程投资的因素，可以采取调整路面标线局部适当压缩硬路肩宽度（最小不应小于1.5 m），加大中分带内侧路缘带宽度，保证桥面总宽度不变，减小工程规模，降低施工难度。

3.4 强化环保意识，保护耕地，解决巨量弃渣与生态环境协调的技术问题

山区高速公路弃渣量大，且工程区内多为高山峡谷区，山势陡峭，峰峦叠嶂，沟壑纵横，谷底幽深，泥石流、崩塌等山地灾害频繁，而地形、地质条件稍好的区域基本为农田或村镇聚集区。巨量的隧道弃渣场选址困难，堆放处治不当容易诱发次生地质灾害。

首先路线尽量绕避农田，平纵面布设、路基边坡设计方面采取针对性措施，最大限度地避免和减少开挖，减少挖方、弃方及弃渣规模，并把弃渣量纳入总体方案比选因素中。

其次需要结合详尽的外业调查工作，重视弃渣场的选址，做好渣场水土保持设计、行洪论证工作。

最后结合隧道岩性分析，对隧道弃渣进行合理利用，作为筑路材料或路基填料，进一步优化土石方平衡，并合理安排隧道施工和洞外路基填方段施工工序。

3.5 充分考虑复杂艰险段落施工组织，确保工程可行、工筹合理，降低施工措施费用

应从设计着手，需要结合工点的具体施工建设等各种条件，重点对临时工程及施工措施进行详细设计，确保工程的可实施性，及全生命周期内的工程造价最优。

3.6 投资控制的总体工作思路

山区高速公路桥隧比高，工程规模大，造价高，由于地形、地质条件复杂，后期随着勘察设计的逐步深入，前期可研、初设阶段批复的投资额往往出现无法控制的局面，为避免或改善这种情况，在勘察设计过程中，应重点对各专业的投资控制进行必要的管控：

宏观上，召开内部会议，强调项目投资控制的必要性和重要性，按照前阶段批复投资额进行投资拆分，给各专业设定投资优化目标，按照制定限额总目标、分解目标、过程控制（设定预警目标）、及时反馈、调整目标、预算编制适度调整、总结进行要求。

确保项目的安全、功能的情况下，做好总体设计，降低构造物的设置数量;比如减少桥梁、隧道长度，降低墩高、减少填挖等，降低工程规模。

加强设计单位的技术担当，从工程方案上进行调整和优化;优化结构设计参数，调整结构处理措施和方案，比如路基防护工程方案优化、隧道的支护参数调整、通风方案调整、斜井方案调整等。

加强地质勘察，尽可能贴合实际的确保工程安全和优化工程措施。

4 优化成效

在初步设计基础上，强化勘察手段，查清区域内的不良地质，进而通过总体方案的不断优化，施工图定测阶段绕避高位危岩及大型不良地质区域，避免运营期间的安全风险;并将全线桥梁工程缩减3.662公里，隧道缩减60 m，桥隧比降低4.35%;在工程规模减小、绕避大规模不良地质体的同时，还将升坡展线段平均坡度2.56%的长陡纵坡，优化至2.5%规范以内，大幅提高运营期间的安全。

5 结语

公路总体设计作为这个项目的设计龙头，也是项目勘察设计成败的关键，复杂山区高速公路其地形、地质相对复杂，涉及到的构造物众多，应当加强勘察力度，查清地质条件，选择合理的工程方案穿越或处置，同时应从工程规模、施工组织、工程造价、生态环境等诸多角度出发，建立全生命周期的综合比较分析，选择最优方案，切实保证公路工程项目安全、顺利实施。

参考文献：

[1]《G7611线昭通（川滇界）至西昌段高速公路施工图外业验收汇报材料》（中铁二院集团有限责任公司，2021年3月.

[2]朱颖.复杂艰险山区铁路减灾选线理论与技术[M].科学出版社，2016-12.