北京—新疆高速公路某路段选线方案研究

刘世芳

(中交第二公路勘察设计研究院有限公司 武汉 430056)

0 引言

北京—新疆(以下简称京新)高速公路的建成对加快内蒙古、甘肃、新疆等沿线少数民族地区经济社会发展具有重要意义。对此,梁洪涛等[1]对不同地形条件下高速公路路线设计提出不同方案进行对比,找出了最合适的方案。陈俊彦[2]基于AHPFUZZY法和可拓理论,建立了基于模糊可拓理论的高速公路路线方案决策模型。秦晓明[3]对庄浪两个走廊带方案进行方案比选,最终推荐毛雨河走廊带方案。马光花等[4]从工程地质角度对吴起一条高速公路进行方案比选,得到了合适的方案。吴丽英[5]示范性地将绿色公路理念应用到了山区高速公路建设中。曹更永等[6]以实例对高速公路选线评价模型进行验证,找到了一定的实用性。邱成虎[7]提出了基于云模型的山区高速公路路线方案优选方法。Liang等[8]分析了用于高速公路路线方案选择的模糊理想排序法(FTOPSIS),通过案例分析证明了FTOPSIS方法对于反映决策信息更有意义。Zhu等[9]提出了通过价值工程(VE)对多种选线方案进行功能分析的方法,借助层次分析法(AHP)确定各功能参数的权重,可以更快地找到最优解。陈洪凯等[10]分析了山区沿河公路水毁灾害的地质力学机制,从山区公路地质减灾角度为该类地区公路选线提供理论依据。

现从气象水文、地质概况、筑路材料及运输条件四个方面介绍京新高速公路临河至白疙瘩(蒙甘界)标段的工程概况,从区域地质、地形地貌与技术经济指标三个方面对比各个选线的优缺点,并根据对比结果给出最终的选线建议。

1 工程概况

京新高速公路临河至白疙瘩(蒙甘界)标段起点位于额济纳旗西南的敖克乌苏,终点位于蒙甘二省交界处的白疙瘩,顺接甘肃省内高速,预估全长为270.966km。工程区为北温带大陆性干旱气候,自然环境恶劣。主要地层为志留系碎屑岩和第四系地层,地形南高北低,地貌主要由戈壁、荒漠草原组成。项目区现场路基填料比较丰富,可就地取材,但仅项目起点附近有铁路,其他路段为无人区,运输条件困难。

2 路线方案比选

2.1 技术标准

根据工程可行性研究报告、招标文件以及交通量预测结果,项目采用双向四车道高速公路标准修建,设计速度为120km/h,整体式路基宽度28m,分离式路基为2m×13.75m。主要技术标准见下表1。

2.2 比选原则

(1)充分把握项目的功能定位和建设特点,认真做好路线方案比选,做到“安全选线、环保选线、地质选线、地形选线”;坚持“多层次、多方面比选”原则,在“技术、经济比较”的基础上,进一步加强安全、经济、环保、施工条件等方面的比选。

(2)加强地质勘探工作,“地质先行”,全面收集本地区公路、铁路、水利、建筑等地质科研成果,合理处治地质病害,有效控制工程总量和施工变更。

(3)标段互通间距普遍较长,设计中增加U型转弯等服务性设施,体现“宽容性设计”理念。

(4)“提前考虑施工的‘三通一平’问题”,即在初测阶段就全盘考虑工程用水、用电及便道设置问题,并留足费用,为后续阶段打下良好的基础。

(5)加强科学研究,运用新技术、新结构、新材料和新工艺,尽可能地降低工程投资。

2.3 比选因素

路线方案基本沿工可推荐的走廊带布设。经认真研究工程可行性研究方案,在现场踏勘的基础上,结合地形、地质条件、主要控制点、施工条件、路线的顺直性、对周边环境的影响、工程数量、与铁路的干扰、路网合理性、里程及平纵指标、路网合理性、运输条件、水资源状况等因素,综合比选,确定方案。

2.4 路线方案概述

经认真研究工可方案,在现场踏勘的基础上,结合地形、地质条件、主要控制点、施工条件等因素拟定了路线方案K线,同时重新提出A3、B1、B3、B4线作为比较方案。

现从额济纳旗过境段(K线与A3线)、查干淖尔至呼鲁逊呼都格段(K线与B1线)、路井西至白疙瘩段(K线与B4线)、路井西至上盐池段(K线与B4+B3线)分别进行对比。

2.5 额济纳旗过境段(K线与A3线)

本段为跨标段起点,路线比选要点为:路线的顺直性、穿胡杨林国家级自然保护区及环境影响、对额济纳旗的影响、工程数量、与铁路的干扰、路网合理性及施工难易程度等。图1为K线与A3线方案位置示意图。

图1 K线与A3线方案位置示意图

由图1可知:(1)K线:路线基本沿工可走廊带布设,经额济纳旗和胡杨林保护区南侧,沿规划临哈铁路跨酒泉军事铁路后,至K745+000,路段全长189.717km;(2)A3线:路线向西北跨天策公路、天策铁路后,继续向西北,经额济纳旗及胡杨林缓冲区北侧,跨超嘉策铁路后,沿嘉策铁路北侧平行布设,至K740+846.752,路段全长188.847km。

综合比较:从区域地质、地形、地貌方面考虑,K线、A3线相差不大;K方案距省道距离近,施工难度稍小。A3线稍顺直,两方案里程相当;由于K线多跨一次铁路,桥梁长度K线长143m。K线从胡杨林保护区南侧边缘通过,A3线从胡杨林缓冲区北侧边缘通过,对其均没有影响。K线距达来呼布较近,可方便地实现与地方交通转换。A3线减少了与军事铁路交叉,避免了协调难度。

表2为K线与A3线方案主要技术经济指标对比表,由表2可知,K线在建安费一项低于A3线,所以比较结论为推荐K线方案。

表2 K线与A3线方案主要技术经济指标对比表

2.6 查干淖尔至呼鲁逊呼都格段(K线与B1线)

本段为跨标段起点方案比选,路线比选要点为里程及平纵指标、工程数量、与铁路的干扰、施工难易程度、路网合理性等。图2为K线与B1线方案位置示意图。

图2 K线与B1线方案位置示意图

由图2可知,(1)K线:路线基本沿工可走廊带布设,经赛汗陶来南侧2km,沿规划临哈铁路终于呼鲁逊呼都格,路段全长88.585km;(2)B1线:路线向西偏北,跨S312,至赛汗陶来北侧9km,跨嘉策铁路后,沿嘉策铁路北侧平行布设,终于呼鲁逊呼都格,路段全长91.216km。

从区域地质、地形、地貌方面综合考虑,K线、B1线相差不大。K线稍顺直,较B1线短1.828km。由于多跨一次酒泉军事专用铁路,K线桥梁长度长142m。 K线距省道距离近,施工难度较小。同时K线距赛汗陶来较近,可方便地实现与地方交通转换。但K线多跨一次酒泉军事专用铁路,与铁路干扰略大,协调难度稍大。

表3为K线与B1线方案主要技术经济指标对比表,由表3可知,K线在建安费一项低于B1线,所以比较结论为推荐K线方案。

表3 K线与B1线方案主要技术经济指标表

2.7 路井西至白疙瘩段(K线与B4线)

本工程段比选要点:里程及平纵指标、工程数量、施工难易、运输条件、水资源状况等因素。图3为K线与B4线方案位置示意图。

图3 K线与B4线方案位置示意图

由图3可知:(1)K线:路线起于路井西,笔直向西,沿工可推荐走廊带,经赛间呼都格、沙日陶来、锡林陶来、楚伦呼都格、敖包图呼仁,终于白疙瘩,路段长163.766km;(2)B4线:路线起于路井西,向西南沿S312北侧布设,至石板井,折向西北,经查拉嘎日,终于白疙瘩,路段全长170.470km。

综合比较:从区域地质方面考虑,K线、B4线相差不大;从地形、地貌方面考虑, B4线地形起伏较大。K线稍顺直,较B4线短6.704km。纵面指标也比B4线稍好。K线桥梁长度稍长86m。 K线距省道S312距离远,基本无施工便道,而B4线基本沿S312布设,且路线经过石板井,生活用水条件好,运输条件好。

表4为K线与B4线方案主要技术经济指标对比表,由表4可知,K线在建安费一项低于B4线,所以比较结论为推荐K线方案。

表4 K线与B4线方案主要技术经济指标对比表

2.8 路井西至上盐池段(K线与B4+B3线)

对终点接线方案进行认真研究,认为尚存新的走廊带。考虑到施工条件等因素,提出沿S312布设B4+B3线方案进行比较,K线沿工可走廊带至甘肃盐池,比较顺直,B4+B3线沿S312走廊带布设至甘肃盐池。图4为K线与B4+B3线方案位置示意图。

图4 K线与B4+B3线方案位置示意图

综合比较:从区域地质方面考虑,K线、B4+B3线相差不大;从地形、地貌方面考虑, B4+B3线地形起伏较大。K线较顺直,较B4线短17.931km。工程量小。B4+B3线在蒙甘两省交界处,需翻越北山,纵面指标稍差。但K线距省道S312距离远,基本无施工便道,而B4线基本沿S312布设,生活、运输条件好。K线终点接线方案符合两省接线协议。

3 结论

通过对京新高速公路从各分段区域地质、地形地貌与技术经济指标三个方面来比较各个选线的优缺点,得出以下结论:

(1)工程区域属于北温带大陆性干旱气候,自然环境恶劣,地下水总体比较贫乏,地形呈南高北低状,地貌类型有戈壁、荒漠草原等。

(2)从区域地质考虑,京新高速公路各段K线与对比线(A3、B1、B4、B4+B3)相差均不大;从地形、地貌方面考虑,路井西至白疙瘩段B4线地形起伏较大,路井西至上盐池段B4+B3线地形起伏较大,根据工程可行性研究报告和两省接线协议,蒙甘境终点接线推荐K线方案。

(3)从技术经济指标考虑,京新高速公路各段K线与对比线(A3、B1、B4、B4+B3)路线长度、桥梁长度、土石方量、排水及防护数量、路面面积、征用土地面积、拆迁数量大小均接近,其中仅有额济纳旗过境段(K线与A3线)的桥梁长度、排水及防护数量与路面面积,查干淖尔至呼鲁逊呼都格段(K线与B1线)的桥梁长度,K线的数量大于对比线,各段建安费对比,K线均小于对比线。综上,推荐K线方案作为施工方案。

(4)通用的道路选线比选方法为:从项目的功能地位和建设特点出发,第一考虑“安全选线、环保选线、地质选线、地形选线”;第二考虑“技术、经济比较”,从而能尽快得出最佳方案。