重庆某高速公路路线方案优化设计研究

汪余波

（招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆 400067）

0 引言

重庆属多山地区，水文环境和工程地质情况复杂，给高速公路路线方案设计带来很多不利的影响，是公路设计中无法避免的难题，需要对不同的路线设计方案进行比选和优化[1]，综合分析论证后选择最适宜的方案，根据设计规范和工程实际情况，采取相应的优化措施，以提升高速公路的行驶舒适度，保障行车安全[2]。

1 工程概况

重庆某高速公路是《重庆市高速公路网规划（2019—2035年）》“三环十八射多联线”的重要组成部分，项目的实施进一步加密了区域路网，提高了网络化程度，缓解了射线高速公路、外环和三环高速公路的交通压力。项目推荐路线总长约160km，设计速度为100km/h，双向6 车道，路基宽度为33.5m。

2 路线设计方案比选及优化

2.1 A1线挖方方案与隧道方案比选及优化

该项目推荐线A1 线采用隧道与深挖方方案比选，隧道方案与挖方方案均无颠覆性不良地质情况。

若该段设置隧道，则出洞口设置于A1K2+640 附近较为合适，明月山1 号隧道长度增加约479m，设计线间距25m，接长段纵坡为3%，洞身埋深30～64m。

若该段挖方方案以放缓坡率、保证坡体稳定、降低挖方高度为原则，采用折线形边坡，平台宽度为5～20m，左侧最大边坡高度为65m，右侧最大边坡高度为63m，同时完善截排水措施。经计算，坡体整体稳定，主要存在的问题为局部掉块。

对上述两种方案对比分析如下。

（1）行车安全性、舒适性对比

若采用隧道方案，明月山1 号隧道长约4.7km（含四川段），明月山2号隧道长1.8km，合计长度6.5km，1号、2号隧道洞口间距仅250m，为隧道群，且明月山2 号隧道出洞之后即为展线下坡路段，同时需进行车道数变换，驾驶员行驶过程中容易因隧道内长时间直线行驶而注意力不集中，产生困顿，不利于行车安全[3]。若1 号、2 号隧道间插入700m 左右的明线段，则能有效缓解视疲劳，令驾驶员有时间调整驾驶状态。

（2）与后期管养、救援的适应性对比

明月山隧道左右线间距25m，若采用明线挖方方案，空间较为富余，后期根据高速公路管养部门实施情况，可于左右线之间布置救援车辆、设备、物资等，有空间布置调头车道，若发生火灾及交通事故，救援人员和物资可快速到达现场，避免因事故后堵车而导致的救援不及时造成进一步的人员及财产损失[4]。

（3）工程经济性对比

若该段采用隧道方案，需接长明月山1 号隧道466m（左右线平均），同时还需考虑运营期间通风、照明等费用。若采用明线挖方方案，需对坡面进行简单防护，后期几乎无持续性管养费用支出。

（4）与总体方案的适应性对比

该项目标段内地形总体为两端起伏较大、中部平缓，居民聚居点密集，水田密布。该段线位考虑绕避城镇规划、下穿高铁节点、与既有高速的交叉位置及交叉方式等控制性因素后并无过多走廊带可供布线，纵面受上跨既有高速、既有国省干道、跨越输气干管、下穿高铁标高等因素控制，基本以填方及桥梁形式布设。因此路基本身产生的挖方数量较少，本桩利用基本已经消化，无多余填料调配至垫江北互通、垫江枢纽互通、高安枢纽、高安服务区互通等位置（以上互通均为上跨既有道路），上述几处互通处于欠方状态，而黄草山隧道进口前段路基挖方已通过裴兴互通及主线基本消化完毕，故需另寻填料来源。而该段附近地形平坦，山包均为浅丘，岩性以砂泥岩为主，几乎无合适的取土来源。

同时，沿线除了明月山段存在灰岩、白云岩等硬质岩石外，其余均以砂岩、泥岩、页岩为主，岩体强度不高，几乎全线软基换填片块石、支挡结构骨料、圬工结构骨料、水稳层骨料、混凝土骨料均需外购。但据调查，K18之前合理运距范围内无成规模的商业料场，局部小型料场产能不足，仅可供应周边小型建筑，无法大规模供应高速公路建设。若采用更远的料源，一是运距太远，二是运输需穿过沿线主要乡镇及城区，噪声及扬尘影响较大，对既有道路交通影响较大。

针对该情况，鉴于A1K2+135—A1K2+640 段坡体介质主要为嘉陵江二段、三段的灰岩、白云岩，根据工程地质土石分级情况，明月山路段开挖出的普通土、硬土及软石、次坚石可用作K28 之前路基及互通填料，而开挖出的坚石经试验验证，各项指标均满足建设用碎石、卵石Ⅱ类技术要求，加工成片块石、碎石后可用于软基换填、路基圬工、路面基层、底基层、桥梁桥台扩大基础等[5]。

综上所述，A1K2+135—A1K2+640 段采用挖方方案，在保证安全的前提下，既提高了行车舒适性，又便于后期管养、救援，还能解决路线总体方案缺填料、缺筑路材料的问题，较隧道方案节约了建安投资，石料自采利用进一步节约了材料费用，有效减少了工程投资。因此，推荐本路段采用挖方方案。

2.2 高低线方案比选及优化

该项目以明月山作为川渝界限，明月山背斜两侧为地势平缓的微丘地形，明月山北侧的四川段微丘高程约为400m，南侧的重庆段微丘高程约为420m，明月山背斜形成的明月山槽谷高程约为550～607m，在贯通线K 线的基础上，为顺直连通明月山南北两侧，隧道前后直接落地连通大竹天城镇、垫江新民镇，提出A12低线，如图1所示。

图1 K线与A12线路线方案布置图

对上述两种方案的对比分析如下。

（1）水文及工程地质方面

K 线隧址从明月山可溶岩槽谷垂直补给带中穿越，A12线从明月山可溶岩槽谷水平径流带和饱水带中穿越。经垫江至邻水明月山隧道、梁忠路明月山隧道工程案例研究分析，以及对明月山水文地质的进一步了解，隧道穿越明月山背斜可溶岩水文环境脆弱，破坏后难以修复。另外，路线走廊临近垫江县双河水库、岩屋咀饮用水库，这两处水库为垫江县饮用水主要水源地，应当保证饮用水源储量不受影响以及水域环境的安全性。A12线对水文环境、水库水源补给大大劣于K线，且A12线从地下水水平径流带及饱水带中穿越，地表水疏干及水库渗漏风险极大。可见，A12线对水文环境影响严重，且地表水的渗漏、疏干风险极大，为不可控风险因素[6]。

（2）城镇规划方面

A12 线、K 线均未占用城镇规划区域，A12 线绕新民镇规划及垫江县城镇规划外围布线，K线沿垫江县城镇规划外围布线，地方政府基本同意两条走廊带与城镇规划的位置关系。落地互通交通服务功能两者相当，对未来城镇一体化发展而言A12线略优。

（3）综合比选

基于上述分析并考虑生态红线、不良地质体、采空区等因素的影响，综合比选结果如下。

①A12线

优点：兼顾新民与垫江规划，为城镇一体化发展预留空间；以隧道形式穿越明月山生态红线，对其影响小。

缺点：对饮用水库水量的补给影响严重；隧址处于水平径流带及深循环带，有疏干地表水及水库渗漏等风险；穿越采空区段较K线长；桥隧规模大，总造价高。

②K线

优点：对明月山岩溶槽谷水环境影响小；对饮用水库影响较小，总体可控；桥隧规模小，总造价低；隧道穿越采空区较短。

缺点：路线较A12线略长；路线穿越明月山生态红线。

综上，A12线存在工程安全风险高、社会风险高、生态影响大、工程建设难度大、工程规模高等诸多不利因素，综合分析后确定将A12 线方案作为定性研究方案。同时，通过上述分析得知，将明月山隧道设置于水平循环带标高以上是合理的，也是必要的。

2.3 高线位隧址方案比选及优化

根据路线对采空区、地质、水库的影响，在采用隧道标高控制条件下，提出A11 线、A13 线，与K 线进行比选，其中A11 线、K 线在明月山槽谷露头，A11 线因四川段展线里程段及槽谷地势较高的影响，未在明月山槽谷露头，设置5 540m 特长隧道，另外两条线单个隧道长度未超过5km，如图2所示。

图2 K线、A11线、A13线方案布置图

对上述三种方案的对比分析如下。

（1）水文及工程地质方面

K 线隧道穿越可溶岩段长度约为2 797m，设计高程为603～613m，A11 线隧道穿越可溶岩段长度约为3 075m，设计高程约为584～600m，A13 线隧道穿越可溶岩段长度约为1 439m，设计高程约为588～613m，位于竖向补给带，高于相邻的双河水库和岩屋咀水库坝顶标高，其可能造成浅表岩溶泉疏干，造成水库来水减少。其中，A11线对岩屋咀水库补给量影响较大，K 线、A13线对水库影响相当，属于可控范围，但A13 线沿双河水库补给沟槽布线里程达1 125m，存在污染双河水库地表水体的风险。A13线穿越采空区的范围小，但该区域为薄煤层，对隧道的影响可控。总体而言，K线、A13线的水文地质较优。

路基及桥梁工程地质条件：A13线不良地质段总长度为2 913m，A11线不良地质段总长度为2 404m，K 线不良地质段总长度为1 695m，则K线最优。

（2）城镇规划方面

K 线、A11 线、A13 线均从垫江城区与新民镇之间穿越，对于城镇规划的影响一致，均能较好地服务地方。

（3）工程规模方面

工程规模A13线占优，A11线最大。但A13线四川境内路线里程也为最长，且其境内工程规模较其他两条线大。

（4）对风景名胜区、生态红线的影响

经统计，K 线、A11 线、A13 线与明月山风景名胜区、生态红线等影响段落如图3所示。

图3 K线、A11线、A13线与明月山风景名胜区关系图

K 线对明月山风景名胜区影响最小，A13 线明线位于双河水库（饮用水库）地表水补给区，工程建设及运营对水体影响较大。

（5）综合比选

由上述比选分析得知，A11线存在工程规模大、工程建设对水库影响较大等不利因素；A13线路线长度较短、工程规模较小。各方案的优缺点如下。

①K线

优点：路线顺直、里程较短；明月山槽谷露头段较短，对地表水及生态红线影响较小；对水库补给量影响小；桥隧规模小，造价低；对明月山风景名胜区影响最小；K线符合当地接线意愿。

缺点：路线稍长；桥梁规模较大；2号隧道出口明线段工程地质条件较差。

②A13线

优点：穿越采空区范围较小；穿越可溶岩长度较短；对水库补给量影响小。

缺点：路线里程较长；穿越明月山生态红线长达1 125m；路线在明月山槽谷沿水库补给水源沟渠布线，容易对饮用水体造成污染；不良地质段落较长，处置费用高；工程规模大，造价高。

③A11线

优点：穿越明月山风景名胜区核心景区最小。

缺点：对岩屋咀水库补给量影响较大；明月山隧道需要设置斜井通风；桥隧规模大，总造价高。

4 结语

高速公路的路线方案选取通常是由多种因素共同决定的，尤其是对于山区而言，其路线优化设计是综合考虑、比选论证后的结果。本文以重庆某高速公路为例，综合考虑了项目沿线水文地质情况、特别是不良地质路段，同时结合项目缺石料的情况，对挖方方案与隧道方案进行比选，最终选择了挖方方案，既解决了石料来源问题，同时也降低了工程造价。