國道g302輪庫高速改擴(kuò)建選線研究

國道g302輪庫高速改擴(kuò)建選線研究

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，道路不適應(yīng)車輛的問題和矛盾日益突出。為了提高區(qū)域道路網(wǎng)絡(luò)的可訪問性能力和在世界上的公路效率，高速公路的低等級(jí)改造就是一條高速公路?，F(xiàn)在，由于建設(shè)項(xiàng)目的特殊性和復(fù)雜性，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中面臨許多困難，也不同于設(shè)計(jì)新的高速公路。李紅陽等以公路選線需進(jìn)行許多詳盡的踏勘研究和對(duì)比分析為原則，對(duì)公路選線的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究；楊曉清以山區(qū)因其坡陡流急，山高谷深，地形復(fù)雜，對(duì)線形平、縱、橫3個(gè)方面都受到控制，同時(shí)氣候、地質(zhì)條件多變，均會(huì)對(duì)線形的布設(shè)產(chǎn)生影響為原則，具體分析了山區(qū)公路選線，闡明了公路路線的選線原則，提出了山區(qū)的公路靈活性設(shè)計(jì)理念；趙立廷等以青藏公路為研究對(duì)象，制定了環(huán)保選線、地質(zhì)選線、安全選線、地形選線的原則，對(duì)不凍泉至楚瑪爾河段落進(jìn)行了路線方案的選線研究。在前人對(duì)公路選線的研究基礎(chǔ)上，該文以G3012輪庫高速為研究對(duì)象，對(duì)高速公路改擴(kuò)建思路進(jìn)行整理分析，根據(jù)研究區(qū)域主要的地形、地貌、巖土體特征、地質(zhì)構(gòu)造、老路線形進(jìn)行改擴(kuò)建研究，盡可能地規(guī)避不良地形、地質(zhì)隱患及環(huán)境敏感區(qū)，最大限度地降低工程地質(zhì)及環(huán)境敏感區(qū)對(duì)公路工程的影響。1新疆綜合交通運(yùn)輸體系G3012線輪臺(tái)西至庫車段改造工程位于新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞蒙古自治州輪臺(tái)縣、阿克蘇地區(qū)庫車市北側(cè)，現(xiàn)為G3012吐和高速公路的組成部分，是《新疆綜合交通運(yùn)輸“十三五”發(fā)展規(guī)劃》中穩(wěn)步提升“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶中通道”主要的公路組成部分，是“六橫”當(dāng)中的第五橫的重要組成部分，也是十二條東聯(lián)西出大通道的重要組成部分。項(xiàng)目全長(zhǎng)50.85km,路線起點(diǎn)位于庫車市西牙哈鎮(zhèn)東側(cè)，順接該項(xiàng)目LKSJ-1標(biāo)段終點(diǎn)，路線沿庫車市北側(cè)天山山前沖洪積傾斜平原向西布線，經(jīng)庫車市牙哈鎮(zhèn)、烏尊鎮(zhèn)，庫車市中心區(qū)北側(cè)，終點(diǎn)位于庫車市西互通西(庫車西互通西側(cè)分離式與整體式路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面分界處)。1.1西高東低，西北緣南傾斜研究區(qū)位于新疆巴音郭楞蒙古自治州和阿克蘇地區(qū)境內(nèi)，地處天山南麓。路線沿天山山前沖洪積傾斜平原展布，地形平緩開闊，總體地勢(shì)北高南低、西高東低，由西北向東南傾斜。路線K579+000～K591+000段沿山前傾斜平原展布，海拔1010～1040m,地形平緩。K591+000～K620+500段路線橫穿庫車河河谷階地，主要為其一、二級(jí)階地，地形平緩，海拔高程1040～1150m;之后，路線沿山前傾斜平原展布，地形平緩，海拔1050～1080m。沿線主要的地貌單元有：沖洪積傾斜平原地貌和河谷階地地貌。1.2巖石性質(zhì)特征(1)沖洪積水庫地形主要為天山山前沖洪積平原，地形平緩、地勢(shì)開闊，整體由北向南傾斜。沿線沖溝發(fā)育，多形成漫流現(xiàn)象。地層主要為礫砂、圓礫等。(2)山谷剖面主要為庫車河河谷階地，地形平緩、地勢(shì)開闊，地層主要以卵石、礫砂等為主，分布段落主要為K591+000～K620+500段。1.3地質(zhì)構(gòu)造(1)區(qū)域構(gòu)造單元研究區(qū)路線北部構(gòu)造單元依次為：一級(jí)：天山-興安地槽區(qū)；亞一級(jí)：天山褶皺系；二級(jí)：天山南脈地槽褶皺帶地；三級(jí)：霍拉山復(fù)向斜。擬建路線區(qū)域構(gòu)造單元依次為：一級(jí)：塔里木-中朝地臺(tái)區(qū)；亞一級(jí)：塔里木地臺(tái)；二級(jí)：塔里木臺(tái)坳。(2)逆沖斷裂斷時(shí)代距離路線區(qū)域較近的大型斷裂構(gòu)造主要有兩條：①庫爾勒斷裂：沿天山南麓呈北東東向延伸，總體上向北傾斜，并有北盤向南逆沖之勢(shì)，傾角50°～80°。該斷裂約在晚元古代形成，主要活動(dòng)時(shí)間則可能為加里東期、華力西期，燕山期及喜馬拉雅期仍在運(yùn)動(dòng)；②辛格爾斷裂：該斷裂西接庫爾勒斷裂，東至1432高地北東斷裂，斷層走向南東，主要活動(dòng)于華力西期，是塔里木地臺(tái)與天山地槽的分界線。兩條斷裂均在路線區(qū)域附近，但均為深層斷裂，對(duì)路線影響較小。1.4當(dāng)前老路線的評(píng)估(1)采用3g14-k既有運(yùn)營中的G3012高速公路分離式路基段落是利用既有G314作為高速公路半幅(路基寬度12m,設(shè)計(jì)時(shí)速100km/h),同時(shí)新建半幅(路基寬度13.75m,設(shè)計(jì)時(shí)速120km/h),未利用既有G314的段落為完全新建的整體式路基(路基寬度28m,設(shè)計(jì)時(shí)速120km/h)。因此次改擴(kuò)建主要是針對(duì)上行線進(jìn)行，故此次評(píng)價(jià)主要是針對(duì)上行線。(2)互通區(qū)域間小半徑平面指標(biāo)中，除平曲線指標(biāo)外均滿足最新規(guī)范的要求，而平曲線存在一處半徑值為937m的圓曲線且該處位于互通式立體交叉范圍內(nèi)，不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求平曲線一般值要求，同時(shí)，不滿足互通區(qū)范圍接線要求的半徑值(表1)。(3)排水最小縱坡、豎曲線最小長(zhǎng)度縱斷面指標(biāo)中，最大縱坡及長(zhǎng)度、最小縱坡及長(zhǎng)度、凸形豎曲線半徑、凹形豎曲線半徑均滿足最新規(guī)范的要求，而排水最小縱坡、豎曲線最小長(zhǎng)度存在不滿足指標(biāo)的情況(表2)。綜上，存在20處縱坡小于0.3%,豎曲線半徑均滿足規(guī)范規(guī)定，但豎曲線長(zhǎng)度有一處不滿足規(guī)范的極限值，同時(shí)不滿足豎曲線長(zhǎng)度規(guī)范規(guī)定一般值的情況較多。2路線選線的確定研究區(qū)利用舊路的段落采用以內(nèi)側(cè)加寬為主，部分路段采用外側(cè)加寬方案的擴(kuò)建方案。路線設(shè)計(jì)是在對(duì)老路線形進(jìn)行實(shí)際測(cè)量以后，對(duì)舊路線形擬合，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)加寬條件、路基路面、橋涵構(gòu)造狀況及是否滿足線形的荷載要求等因素，對(duì)既有路線平縱面的較小調(diào)整和優(yōu)化設(shè)計(jì)；對(duì)新建的段落主要根據(jù)環(huán)保要求、地形地質(zhì)條件進(jìn)行選線。設(shè)計(jì)主要遵循以下原則：(1)對(duì)既有道路進(jìn)行比選和調(diào)整該項(xiàng)目除水源保護(hù)區(qū)路段及庫車東互通路段需新建外，其他路段位置維持現(xiàn)有平面位置不變。既有道路采用的平面指標(biāo)較高，滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，且在庫車城區(qū)路段，高速兩側(cè)土地已規(guī)劃完畢，改變平面不利于城市建設(shè)。既有道路的縱斷面基本滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，縱斷面設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能維持原有縱面，從而較多地利用既有工程。結(jié)合樞紐互通及城市路段交叉構(gòu)造物設(shè)置情況，對(duì)拼寬方式和平縱面調(diào)整方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選論證，盡可能利用既有工程。平縱面擬合設(shè)計(jì)應(yīng)與路面、銑刨加鋪方案以及橋涵結(jié)構(gòu)物拼寬方式相結(jié)合，避免橋涵結(jié)構(gòu)物拼接無法實(shí)施或路面、銑刨加鋪工程量過大。利用原有道路可以大大減少工程量，降低工程造價(jià)，減少對(duì)土地資源，特別是南疆地區(qū)稀有的耕地及林地的占用；利用舊路，也可以極大減少由于改擴(kuò)建產(chǎn)生的工程浪費(fèi)以及建筑垃圾，減少碳排放，利于國家的環(huán)保戰(zhàn)略。(2)兩側(cè)加權(quán)。作為兩側(cè)東北部公共特性，增加國內(nèi)基因該項(xiàng)目加寬寬度較小，兩側(cè)加寬，施工困難，且施工不便，增加工程量較大，除左右側(cè)加寬漸變路段，其他路段盡量避免兩側(cè)加寬，必要時(shí)方可采用兩側(cè)加寬以適應(yīng)過渡及漸變。(3)改擴(kuò)建項(xiàng)目設(shè)計(jì)線形指標(biāo)選取應(yīng)符合現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。在線形設(shè)計(jì)時(shí)既要考慮盡可能利用既有工程，同時(shí)應(yīng)滿足現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，避免因線形指標(biāo)不當(dāng)導(dǎo)致的安全事故。對(duì)既有高速公路平縱橫組合不當(dāng)及存在安全隱患的路段，此次改擴(kuò)建應(yīng)予以調(diào)整，確保該項(xiàng)目改建后運(yùn)營安全。新舊路基的拼接質(zhì)量是保證整個(gè)拓寬工程質(zhì)量的要害環(huán)節(jié)，在外業(yè)勘察階段，應(yīng)重點(diǎn)調(diào)查新路基的地基承載力及計(jì)算新老路基的沉降差異，若不能滿足要求，則采取必要的基底加強(qiáng)措施。(4)水源保護(hù)區(qū)景觀空間格局沿線土地資源稀缺，改擴(kuò)建工程中應(yīng)盡可能地節(jié)約用地，保護(hù)資源。該標(biāo)段穿越庫車城區(qū)，項(xiàng)目建設(shè)應(yīng)與城市路網(wǎng)發(fā)展相協(xié)調(diào)，促進(jìn)城市發(fā)展。合理選線、布線，避讓基本農(nóng)田，盡量減少分割土地。項(xiàng)目路段分布有農(nóng)田，路線選線時(shí)充分考慮了對(duì)農(nóng)田的避讓，盡量從荒地穿過。必須穿越農(nóng)田時(shí)，盡量選擇從品質(zhì)較差的土地穿過，同時(shí)盡量從村鎮(zhèn)及農(nóng)田邊緣穿過，減少分割土地。加強(qiáng)生態(tài)選線，避免危及水源保護(hù)區(qū)的核心區(qū)域，盡量防止對(duì)飲用水的危害，節(jié)約占地。加強(qiáng)沿線水資源保護(hù)，做到一級(jí)水源保護(hù)區(qū)防止穿越的同時(shí)，二級(jí)水源保護(hù)區(qū)最大程度地不占或者少占。在設(shè)計(jì)中充分考慮水源保護(hù)區(qū)的因素，通過合理選線，避免從保護(hù)區(qū)穿過；另外利用橋梁、隧道方案，最大程度節(jié)約用地，減少對(duì)周邊環(huán)境的影響?？绾印系臉蛄涸O(shè)置橋面集中排水系統(tǒng)，并與橋下的徑流收集池結(jié)合，避免散排。填土較高時(shí)在不明顯影響造價(jià)時(shí)盡量采用橋梁方案，以避免高填放坡占用較多農(nóng)田。加強(qiáng)對(duì)加寬方案的研究，節(jié)約占地。設(shè)計(jì)中充分利用目前的征地界，對(duì)有條件的地方，且不影響總體方案的情況下，盡量采用內(nèi)側(cè)加寬的方式，以節(jié)約占地，且不用新征用地。(5)設(shè)計(jì)控制要點(diǎn)平縱面擬合設(shè)計(jì)精度應(yīng)嚴(yán)格控制。平面線形擬合精度應(yīng)盡量控制在10cm以內(nèi)，縱斷面擬合盡量控制在2cm以內(nèi)。對(duì)于平面線形的設(shè)計(jì)，控制點(diǎn)應(yīng)以橋梁、隧道、互通式立體交叉和分離式立體交叉等為主。擬合時(shí)，選取左、右幅中央分隔帶邊緣點(diǎn)進(jìn)行，與此同時(shí)利用左、右幅硬路肩外緣點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)核對(duì)。3項(xiàng)目建設(shè)的影響因素從項(xiàng)目的特點(diǎn)和難點(diǎn)以及地形地貌、構(gòu)造物布設(shè)條件、環(huán)境影響、行車舒適性、安全性以及對(duì)沿線社會(huì)經(jīng)濟(jì)的影響等角度出發(fā)，同時(shí)考慮到該項(xiàng)目為改擴(kuò)建項(xiàng)目，重點(diǎn)對(duì)庫車東互通路段、一級(jí)水源保護(hù)區(qū)路段路線方案進(jìn)行了深入研究。3.1方案2:a線新建方案在K599+426處Z640通過設(shè)置跨線橋上跨了既有G3012輪庫高速公路，并設(shè)置庫車東互通與既有G3012輪庫高速公路相銜接。G3012輪庫高速該段落的圓曲線半徑值937m不滿足設(shè)計(jì)速度120km/h的一般值要求和互通區(qū)極限值的要求，同時(shí)匝道的加減速車道也不滿足改建要求。為此，初步設(shè)計(jì)階段對(duì)該段主線改建方案進(jìn)行了詳細(xì)研究，提出了K線(利用老路方案)和A線(新建方案)兩個(gè)方案進(jìn)行同深度比選(圖1)。方案1:K線(利用老路方案)方案布設(shè)：利用現(xiàn)狀道路方案，起自既有庫車東互通東側(cè)處，起點(diǎn)樁號(hào)K598+000,最后接既有主線，止于庫車東互通西側(cè)，終點(diǎn)樁號(hào)為K599+700,路線長(zhǎng)度1.700km。上行線平曲線最小半徑位于庫車東互通區(qū)，圓曲線半徑僅為937m,滿足公路的平面圓曲線最小半徑極限值，但達(dá)不到公路平面圓曲線最小半徑一般值的條件，庫車東互通出上行線位置的主線指標(biāo)，不符合互通區(qū)范圍內(nèi)的主線指標(biāo)要求，通過修改匝道的接線位置使該匝道的接線位置的主線指標(biāo)符合要求，但該方案匝道接線長(zhǎng)度較長(zhǎng)。優(yōu)點(diǎn)：既有道路資源利用率高，新增占地和拆遷量小；施工期間保通運(yùn)營影響相對(duì)較大。缺點(diǎn)：平面圓曲線指標(biāo)較低，僅滿足極限值，行車舒適性差；修改互通區(qū)的匝道較長(zhǎng)；行車安全性較差，視距條件較差。方案2:比選方案A(新建方案)方案布設(shè)：因K線平面圓曲線半徑指標(biāo)較低，故提出A線方案，路線起點(diǎn)接K線K598+000處，最后接既有主線，止于庫車東互通西側(cè)，A線位于K線的北側(cè)，終點(diǎn)樁號(hào)為AK599+670.127,路線長(zhǎng)度約1.670km。目前庫車東互通出上行線位置的互通區(qū)主線線形指標(biāo)，不符合互通區(qū)范圍內(nèi)的主線線形指標(biāo)要求，通過修改主線指標(biāo)，同時(shí)使主線指標(biāo)符合互通區(qū)主線指標(biāo)的極限值要求。但該方案需要同時(shí)修改匝道和主線，同時(shí)對(duì)施工期的保通也有一定的影響。優(yōu)點(diǎn)：滿足公路平面圓曲線最小半徑的一般值；行車舒適性高、安全性高、視距條件好；可同時(shí)滿足主線平面曲線一般值及互通區(qū)主線指標(biāo)極限值。缺點(diǎn)：需同時(shí)修改主線與匝道。廢棄既有道路較多；施工期道路保通相對(duì)困難；既有道路的廢棄較多；目前征地界不夠，需新征占地；現(xiàn)狀有幾道油氣管線，需增加新的橋涵構(gòu)造物。2種方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較見表3。從表3可以看出：雖然A線比K線造價(jià)稍高，多建20多座橋梁，但是A線的線形指標(biāo)較高，安全性好，且對(duì)環(huán)境和交通組織的影響小。雖然建設(shè)成本稍高，但運(yùn)營期的節(jié)能減排與環(huán)保方面的節(jié)約，社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益明顯優(yōu)于K線。經(jīng)綜合比選，A線方案不僅可以使主線指標(biāo)滿足一般值，同時(shí)可以滿足互通區(qū)主線平面指標(biāo)的極限值；A線方案對(duì)施工期的保通影響較小。兩方案的造價(jià)相差不大。為提高項(xiàng)目行車安全性和舒適性，同時(shí)改善視距條件，推薦A線方案。3.2級(jí)水源保護(hù)區(qū)路段方案比選在K607+410～K607+730處穿越了一級(jí)水源保護(hù)區(qū)，該路段不能進(jìn)行與水源保護(hù)設(shè)施無關(guān)的工程建設(shè)。因此該路段提出將水源保護(hù)區(qū)路段進(jìn)行改移，繞避一級(jí)水源保護(hù)區(qū)B線(南線避讓方案)和在一級(jí)水源保護(hù)區(qū)路段維持目前現(xiàn)狀道路(北線穿越方案)兩個(gè)方案進(jìn)行同深度比選，因B線方案需改移220kV的高壓鐵塔，造價(jià)稍高，故提出避讓全部220kV高壓鐵塔的B2線方案(南線避讓方案)進(jìn)行定性比選，同時(shí)因B線填高較高，根據(jù)對(duì)長(zhǎng)春路是否進(jìn)行改建，B線方案分為縱斷面方案1、2(定性比選)(圖2)。(1)庫車北互通段方案布設(shè)：利用現(xiàn)狀道路方案，起自既有庫車北互通東約5km處，起點(diǎn)樁號(hào)K604+125.071,利用既有G3012線位向西，先后依次跨穿二級(jí)水源保護(hù)區(qū)和一級(jí)水源保護(hù)區(qū)，進(jìn)而連接既有的主線，止于庫車北互通西側(cè)，終點(diǎn)樁號(hào)為K611+192.678,路線長(zhǎng)度約7.068km。該方案對(duì)上行線現(xiàn)狀12m路基進(jìn)行改建，按照該位置之前路段的加寬方式進(jìn)行加寬，跨越一級(jí)水源保護(hù)區(qū)320m路段長(zhǎng)度不加寬，維持現(xiàn)狀。優(yōu)點(diǎn)：既有道路資源利用率高，新增占地和拆遷量小。缺點(diǎn)：1次穿越一級(jí)保護(hù)區(qū)、2次穿越二級(jí)保護(hù)區(qū)，對(duì)環(huán)保不利；一級(jí)水源保護(hù)區(qū)協(xié)調(diào)及調(diào)整規(guī)劃極難；后期養(yǎng)護(hù)運(yùn)營存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。(2)b線概況方案布設(shè)：該方案為新建方案，起自既有庫車北互通東約5km處，起點(diǎn)樁號(hào)BK604+125.071,沿既有G3012線位直線段向西，跨穿二級(jí)水源保護(hù)區(qū)以及一級(jí)水源保護(hù)區(qū)的南側(cè)，下穿幾處高壓線，上跨長(zhǎng)春路后，穿越既有庫車北互通南側(cè)，最后接既有主線，止于庫車北互通西側(cè)，終點(diǎn)樁號(hào)為BK611+060,路線長(zhǎng)度約6.935km該方案為新建的雙幅分離式路基，平縱面線形指標(biāo)較高。根據(jù)對(duì)長(zhǎng)春路是否進(jìn)行改建，B線方案分為縱斷面方案1、2。A.縱斷面方案1該方案沒有對(duì)長(zhǎng)春路進(jìn)行改擴(kuò)建，跨越長(zhǎng)春路的位置縱斷面高程較高。優(yōu)點(diǎn)：避讓了一級(jí)水源保護(hù)區(qū)，對(duì)環(huán)保有利；平縱面指標(biāo)高，行車安全性及舒適性高。缺點(diǎn)：路線需改移的高壓鐵塔稍多；路線填高較高，土石方量較大；路線需新建，需廢棄既有道路。B.縱斷面方案2該方案對(duì)B方案縱斷面方案1與長(zhǎng)春路相交的位置進(jìn)行了優(yōu)化，與其相比，該交叉位置的縱斷面高程較低，可以降低橋梁規(guī)模，減少填方量，但該方案需對(duì)長(zhǎng)春路進(jìn)行部分拆除及改擴(kuò)建。優(yōu)點(diǎn)：避讓了一級(jí)水源保護(hù)區(qū)，對(duì)環(huán)保有利；平縱面指標(biāo)高，行車安全性及舒適性高；填方量及橋涵規(guī)模相對(duì)較小。缺點(diǎn)：路線需改移的高壓鐵塔稍多；需對(duì)長(zhǎng)春路進(jìn)行改擴(kuò)建，造價(jià)較高；路線需新建，需廢棄既有道路。(3)方案3:s1c10+589.133方案布設(shè)：因B線方案需改移220kV的高壓鐵塔，造價(jià)稍高，故提出避讓全部220kV高壓鐵塔的B2線方案，該方案為新建方案，起自既有庫車北互通東約5km處，起點(diǎn)樁號(hào)B2K604+125.071,沿既有G3012線位直線段向西，繼而跨穿二級(jí)水源保護(hù)區(qū)以及一級(jí)水源保護(hù)區(qū)的南側(cè)后，向上越過長(zhǎng)春路，穿越既有庫車北互通，最后接既有主線，止于庫車北互通西側(cè)，終點(diǎn)樁號(hào)為B2K610+589.313,路線長(zhǎng)度約6.464km。該