酒泉市飞天路穿越高速公路方案比选研究

魏 杰

（上海市政工程设计研究总院集团第十市政设计院有限公司，甘肃 兰州 730000）

0 引言

随着城市规模的扩张，城市外围已建高速公路、铁路等基础设施限制了相关市政道路的联通。公路铁路预留桥梁、箱涵，往往成为片区联系的首选通道；无预留区域，需结合周边建设条件，合理选择穿越方案，以达到增加片区联系，促进地区经济发展的目的。城市道路穿越高速公路目前方案及施工经验均较为成熟，很多学者对此进行了相关研究。阳经培[1]依据广东某机场连接线穿越高速公路的实际工程，对高速路改桥施工方案进行了详细论述；殷金象[2]对几种城市道路穿越高速公路方案进行了详细的优缺点比选分析；韩红等[3]通过对济南某城市主干路穿越既有高速公路交叉方案的设计分析，对上跨和下穿两类交叉节点方案进行了研究。众多研究成果对穿越高速公路方案的选择提供了设计参考。

本文以酒泉市飞天路穿越现状G30 连霍高速公路为例，结合场地周边建设条件及地质情况，综合分析施工、造价等多种因素，对穿越方案进行研究剖析。

1 工程概况

酒泉市飞天路作为酒泉市南北向交通性主干道，连接中心城区新城二期及经济技术开发区，承担大量区域到发及过境交通。该道路等级为城市主干路，总长度3.19 km，红线宽度40 m，设计速度40 km/h，断面采用3 块板形式，主线双向4 车道规模，南北向展线，向北通往新城二期，向南连接经济技术开发区。北部道路两侧以公园绿地及居住用地为主，南部道路两侧以物流仓储及二类工业用地为主。

2 建设条件分析

2.1 场地条件

飞天路与现状G30 连霍高速公路斜交，斜交角度为54°。高速公路以北埋设有国防光缆，与路基坡脚垂直距离约10 m；地面有2 道水渠，分别为讨南灌区四支干渠和生态绿化渠，渠道均为使用状态。高速南侧为现状永胜路，与公路并行，距离路基约30 m，南侧拟建道路两侧为酒嘉物流园。项目范围整体地势南高北低，公路路基高度1.5 m，穿越范围现状高速公路无预留车行通道。场地周边条件整体平面图见图1。

图1 场地周边条件整体平面图

2.2 地质条件

场地范围地层结构主要由①层素填土、②层粉土、③层卵石构成，素填土层厚0.50～1.40 m，稍密，以砂砾石和粉土为主，不宜作为新建道路的基础持力层；粉土层厚度0.30～1.00 m，稍湿、稍密，地基承载力特征值120 kPa，不宜作为路基持力层；卵石层厚度大，未揭穿，层位稳定，分布连续，大于20 mm 的卵石含量约占50.2%～70.0%，一般粒径20～50 mm，最大粒径180 mm，地基承载力特征值450 kPa，工程力学强度较高，是良好的天然基础持力层。

2.3 设计要求

作为片区联系重要通道，本工程穿越方案需满足以下设计要求：

（1）满足交通通行能力，符合道路功能定位，实现预期建设目标。

（2）方案应适宜当地建设条件，安全可靠，与周边场地协调，满足周边物流园区发展需求。

（3）尽可能减少对高速公路交通影响，确保河西走廊酒泉地区旅游旺季交通不拥堵。

（4）适当布置慢行系统，方便居民出行。

（5）穿越设施满足市政管网敷设需求。

3 方案设计

3.1 路改桥穿越

路改桥方案应着重考虑施工期间高速交通保通，其中的开挖支护形式和沉降变形控制是设计施工的难点。半幅开挖以后，另通车半幅通常采用路基形式或钢便桥通行：路基形式通行方案应避免超重荷载引发路基坍塌，影响行车安全；钢便桥保通方案应确保便桥基础稳定，与两侧路基平顺过渡衔接，变形可控，交通防护设施完善。

飞天路整体采用地道下穿。北侧水渠拆除并原位重建后位于下穿箱涵顶板之上；路改桥穿越方案设计时，为降低工程造价，将南侧永胜路交叉口同期改建为桥梁。地道北侧暗埋箱涵与高速桥梁衔接，高速南侧与永胜路中间采用敞开式。飞天路总体下穿布置形式为（由南向北）：地道敞开段+ 永胜路桥梁（地道下穿桥梁）+ 地道敞开段+ 高速公路桥梁（地道下穿桥梁）+ 地道暗埋段（穿过光缆、水渠）+ 地道敞开段。地道内不同高程分别设置机动车道和慢行车道，机动车道主线最大纵坡以4%控制。

路改桥方案平面图、纵断面图见图2、图3。

图2 路改桥方案平面图

图3 路改桥方案纵断面图

施工期间高速公路半幅通行，中分带采用钻孔灌注桩支护，支护前先改移既有中分带通信管道和光缆，待桩身强度达到要求时开挖土方及施作桩间土支护。完成单侧桥梁桩基、盖梁等下部结构施工后，进行台背回填，架设桥梁上部结构，施工桥面铺装及附属工程，达到通车要求。围挡封闭引导车流后进行另半幅施工。

路改桥方案优点：梁体为工厂标准预制产品，质量容易控制；桩基础施工后，整体沉降较小，工后桥梁与两侧旧路基不容易形成沉降错台而造成跳车；下穿范围暗埋段较短，整体采光效果好。

路改桥方案缺点：半幅施工，且时间长，对高速公路交通会产生影响；梁体吊装作业，需临时中断交通，协调难度较大。

3.2 箱涵顶进下穿

箱涵顶进一般采用明顶和暗顶两种方式。明顶工艺简便、直观，在高速公路不具备建设临时便道的条件下，可采用半幅开挖顶进。保通半幅采用中分带打桩支护，以路基形式或半幅架设钢便桥通行。暗顶工艺不中断交通，对交通影响较小，但大跨径顶推变形控制难度大，需结合地质条件，采用管棚、钢梁等支护预加固，以减少变形沉降。酒泉地区地质稳定，地表填土以下为砂卵石地基，卵石粒径较大，直接顶推较为困难，存在安全隐患，结合本工程实际施工技术条件，采用明顶方式，半幅打桩支护。

该设计方案中，高速公路与永胜路桥梁之间仍采用敞开式，其余布置形式同路改桥方案。总体下穿布置形式为（由南向北）：地道敞开段+ 永胜路桥梁（地道下穿桥梁）+ 地道敞开段+ 地道暗埋段（穿过高速公路、北侧光缆及水渠）+地道敞开段，地道长度及纵坡同路改桥方案。箱涵顶进下穿方案平面图、纵断面图见图4、图5。

图4 箱涵顶进下穿方案平面图

图5 箱涵顶进下穿方案纵断面图

明顶方案优点：不需要大范围开挖高速路基，施工期间交通可实现保通。

明顶方案缺点：施工工序较多，时间长，造价高，顶推箱涵与高速公路斜交，施工难度大。

3.3 桥梁上跨穿越

桥梁上跨的难点在于如何选择桥型及施工方案，以减少对高速公路通行的影响。桥型选择受跨径制约，飞天路与高速公路斜交角度较大；同时，高速路基高度仅为1.5 m，受南侧永胜路交叉口净空限制，桥梁长度增加，桥梁跨越该2 处位置需要的跨径大约为150 m。

本方案采用2×75 m 下承式双索面梁拱组合桥，桥梁总长150 m，单个拱圈跨度75 m，矢高15 m，矢跨比1/5；上部结构梁高2 m，采用钢箱梁结构，拱肋断面采用5 边形断面，为变高度布置，拱顶高度约1.3 m，拱脚高度约2 m；单个拱圈共设置34 根吊索，索距3.75 m，为双索面布置。主桥及两侧接线总长为465 m，桥型立面布置图、桥梁上跨方案平面图和纵断面图见图6～图8。

图6 桥梁立面布置图（单位：m）

图8 桥梁上跨方案纵断面图

桥梁上跨方案优点：采用适宜的施工方案，高速公路交通可不中断；造型景观效果好。

桥梁上跨方案缺点：造价高，大跨径桥梁施工在西北偏远地区困难大，施工力量不足，转体施工技术有限。

3.4 方案综合比选

针对本项目建设条件，从施工工期、施工交通影响、工程造价、施工方案适应性等几个方面进行综合比选（见表1），同时结合高速公路管理部门及项目主管部门意见，最终确定本项目采用路改桥方案。

4 结语

（1）穿越高速公路方案选择应结合当地实际建设条件，尤其对于大跨度桥梁、转体施工等，需考虑地区施工是否具备相应能力；同时综合施工工艺、造价等因素进行合理选择。

（2）对于西北季节性冰冻地区，1 年内施工时间有限，尤其是对于拟穿越高速公路为地区对外唯一交通大动脉的情况，选择穿越方案时需考虑施工时限，尽可能减少对高速公路交通的干扰。