乌长高速公路路线方案优化设计研究

李孝晋 LI Xiao-jin

（中国铁建昆仑投资集团有限公司，成都 610000）

0 引言

①贵州省乌当至长顺高速公路（简称乌长高速公路）为贵阳市的第二环城公路，其设计时速为100km/h、路线长度128.56km。项目位于黔中经济区核心区域，是规划建设的高速骨干网的组成路段，对完善贵州省高速公路网络，加快黔中经济区建设、支撑区域工业化和新型城镇化进程，构建贵阳都市经济圈、分担过境交通，加快贵安新区建设具有重大意义。

②乌长高速公路项目由于立项决策时间较早，以至于项目开始实施时，国家和地方政策发生变化导致原有路线方案不符合环水保要求；规划开发、地形地貌改变，人为活动影响造成原方案征拆数量增加；工可土地预审方案研究较早，造成用地指标不足；材料上涨，补偿标准提高导致项目投资超出较多。为了顺利推进项目，将上述风险控制在允许范围内，施工图选线设计不光要关注“地质选线”“环保选线”还要兼顾“经济选线”“用地选线”[1]。只有满足以上要求，才能保证又快又好地完成这一重大工程。

1 项目的特点和难点

本项目为贵阳绕城公路，具有以下特点和难点：

①项目周边环境复杂：位于贵阳及周边县市，沿线经济较为发达，城市规划、生态环境、厂矿建筑等制约因素多。尤其厂矿和民居密集，电力设施较多，拆迁协调问题突出。

②项目沿线地质条件复杂：沿线岩溶发育，煤系地层和矿产丰富，存在煤层瓦斯、采空区等较多不良地质段，施工期间风险极大。

③土地指标不足：项目为双线六车道，路基断面宽，路线较长。初步设计阶段弃方达到1755 万m3，主体工程永久用地和弃土场临时用地占压耕地和林地增多，远远超出工可土地预审批复的用地指标。

④环水保要求高：本项目沿线空地植被茂密，局部路段自然景色优美，耕地较多，弃碴场设置困难。减少工程建设对环境的破环，避免水土流失要求迫切。

⑤投资控制要求严：项目采用PPP 模式由社会投资人投资建设，投资控制要求严格。由于初步设计概算为213 亿元，超出社会投资人投标测算8 亿元，因此需要通过设计优化将施工图预算控制在205 亿以内，满足投资人内部收益要求。

2 项目的优化原则和思路

线路方案的选择直接影响着国民经济、施工难度、社会政治意义等多个重要方面，是一项系统工程[2]。本项目受规划、地形地质、环保、投资等众多因素影响。在初步设计重要控制点已经确定的前提下，施工图阶段主要解决路线局部性方案优化工作。即在大控制点之间结合地形、地质、水文、气候等条件逐段比选细化[3]，具体原则和思路如下。

2.1 树立红线意识，确保工程安全[4]

本项目的选线优化是在满足国家和地方相关规范、标准和细则，确保高速公路建设和运营安全的前提下进行方案比选和精细化设计[5]。项目在施工图设计阶段始终坚持“安全至上”的理念，坚守安全底线和红线。对于不良地质段，选线注意避让，无法绕避则应从规模小、对工程影响较少的不良地质体通过，并采取合理的工程形式和工程措施[6]。

2.2 减少工程用地，节约土地资源

贵阳周边土地资源稀缺，选线重视了耕地的战略价值，尽量利用山地、荒坡地、荒滩地等非耕地布设路线[7]。施工图设计阶段通过进一步优化平、纵、横三维设计，避让基本农田和经济作物区，减小工程占地规模。整个设计过程始终坚持建设在工程造价可控的前提下尽量节约用地指标，保护耕地和林地。

2.3 尊重自然，保护环境

选线设计始终贯彻“尊重自然，保护环境”的理念，重视植被破坏、环境污染、水土流失[8]及地质灾害等问题，通过纸上定线、实地踏勘，广泛征求地方政府意见，结合地形地貌特点，绕避环境敏感点，保证原有生态系统的连续性，维持原有水系通道，避免水土流失，对于不可绕避的环境保护点，采用切实可行的保护方案，将不利影响降到最低[9]。

2.4 降低工程规模，合理控制工程造价[10]

本项目采用“PPP”融资和建设管理模式，投资人不但关注社会效益，同时也关注经济效益。因此通过设计优化实现投资控制也是项目的重要要求，项目选线设计坚持“设计节约就是最大的节约”理念，按照“强制性指标严格执行，一般性指标灵活运用，低限指标论证采用，超限指标不得采用”[11]的原则，结合地勘成果和现场实际，认真研究，在满足工程安全和质量的前提下，通过设计优化实现了项目的投资控制目标。

3 项目典型路段的优化

3.1 罗杠冲段隧道方案优化

该处工点的优化重点是降低风险，关注项目施工和运营期安全。选线考虑的主要因素是消除罗杠冲隧道安全隐患，实现本质安全，同时在此前提下，尽量保护环境，减少占地。

初步设计罗杠冲段以1460m 隧道通过，隧道进口段为煤系地层，且存在多处采空区，采煤巷道已延伸至隧道设计线位以下；隧道进口段有一条发育断层，与隧道基本呈正交关系，破碎带宽度为5～10m，岩性破碎，成洞自稳能力较差；根据地勘成果结合现场地质调绘，隧址区范围内存在大小岩溶洼地和落水洞共20 余处，岩溶极强发育，落水洞的底板距隧道设计线位最小距离仅20m，开挖揭露隐伏溶洞的可能性大，施工中易发生坍塌、涌水、涌泥、甚至冒顶等危险。施工图阶段经过仔细研究认为初步设计位置隧道面临瓦斯、采空区、断层等不良地质，隧道风险极高。经现场调查、地质勘察、方案比选，将线路向南偏移，从垭口位置通过，取消罗杠冲隧道，以1040m 特大桥连接两侧山体。降低施工运营风险的同时也避免了公路建设对原地下水系的破坏。具体线位优化对比如图1 所示。

图1 罗杠冲段路线优化示意图

施工图优化以桥换隧虽增加了桥梁长度1334m，但减少了隧道长度1460m。该段选线优化弃碴增加了46.8 万m3，永久用地增加了80.24 亩，临时用地增加了87 亩。虽然施工图方案确保了项目建设和运营的安全，但是占用土地较多，需要在其他工点加大优化土地节约力度。

3.2 修文服务区电力走廊带方案优化

该工点的优化重点是减少铁塔拆迁，节约投资。选线考虑的主要因素是避让铁塔集中的走廊。在满足主要因素的条件下，减少占地，优化投资。

初步设计路线经小堰北侧后从小营坡与小营砖厂之间通过，避开贵州电网公司220kV 扎佐变电站后沿山坡林地布线，以响水洞大桥跨越305 省道后，从堆煤场西南侧山顶通过。沿线多次与高压铁塔位置冲突，且经过现场踏勘发现与线路平行位置存在一条新建电力线，在K21+300～K22+300 和K26+200～K28+000 两段分别与110kV 轧钢线和110kV 扎光线共走廊带。需拆除110kV 及以上高压铁塔22 座。具体线位优化对比如图2 所示。

施工图定测阶段将路线经小堰北侧后较向北偏移，避开110kV 轧钢线走廊，从小营砖厂前通过，在贵州电网公司220kV 扎佐变电站北侧与初设线位相交后，向南偏移沿地势平坦地区布线，避开110kV 扎光线走廊和铁塔密集的山包。有效减少了高压铁塔拆迁规模，减少了电力迁改对供电系统的影响。

施工图优化通过绕避铁塔走廊带，减少高压铁塔拆迁20 座，减少桥梁长度318m，弃碴增加12 万m3，永久用地减少91.66 亩，临时用地增加22.4 亩。在减少铁塔拆迁的同时减少了项目用地，节约投资600 万左右。

3.3 K45+100～K45+600 段深挖路基方案优化

该工点的优化重点是节约用地，关注减少项目占地，降低路基风险。选线考虑的主要因素是降低边坡高度，减少弃碴。在满足主要因素的条件下，应综合考虑保护环境，优化投资。

初步设计K45+100～K45+600 段经过烂沟水库后，在黄杨树位置以深挖通过，该段深路堑挖方最大高度达到70m，该段弃方量高达150 万m3。

施工图定测阶段，根据现场地形，路线经烂沟水库后，平面线位向北偏移36m，在小山堡大桥大里程桥台处与初步设计线位重合。具体线位优化对比如图3 所示。

图3 K45+100～K45+600 段路线优化示意图

在该段路线向北偏移的同时优化纵断面，通过偏移平面，抬高纵断面，黄杨洞大桥和小山堡大桥连接在一起形成特大桥，最大桥高59.2m，桥梁长度增加了1299m。路堑挖方最大高度降为49.6m，挖方量降低为50 万m3。纵断面优化对比如图4 所示。

图4 K45+100～K45+600 段纵断面优化示意图

施工图通过平纵面优化，降低了开挖边坡高度，减少了施工和运营的风险，同时节约了大量用地，对弃土进行了优化设计。经过优化设计，该项的弃渣[12]数量减少约100万m3。永久用地减少了68.75 亩，临时用地减少290.47 亩。

4 结论

乌长高速公路施工图阶段通过科学合理的路线方案研究，对控制点之间的路线方案进行细化研究，每个工点都明确优化目标兼顾其他方面优化要求，从而在项目整体上满足了土地预审用地指标，减少了环境影响，降低了拆迁量，有效地控制了投资。

①项目注重施工和运营安全，通过降低高边坡，绕避不良地质段，以桥换隧的方式优化了罗杠冲段隧道，降低了涌水突泥和采空区沉降的风险。②项目在土地预审用地指标已经批复且严重不足的情况下，不但没有增加用地反而减少永久用地285.24 亩，临时用地159.59亩，节约了土地资源。③项目选线注重环保，尽量避让生态红线，避免水土流失，全线减少弃碴约900 万m3，顺利通过环评和水保审批，为项目顺利推进奠定了良好的基础。④项目选线兼顾了投资人的利益，通过选线优化并辅以结构优化将投资严格控制在测算的205 亿元以内，满足了投资人的收益要求。

项目在满足安全的前提下，实现了项目整体上社会效益和经济效益的结合，为后继的高速公路建设提供一定的借鉴和参考。