高速公路平均纵坡研究论文

临吉高速公路云台山段路线设计论文

摘要： 文章主要介绍临吉高速公路云台山段项目区的地理地貌和工程地质概况，以及该段路线方案设计过程及经验。

关键词： 云台山特长隧道；路线设计

国家高速公路网青岛至兰州公路山西境临汾至吉县段高速公路第LZ2合同段位于山西省临汾市乡宁县和吉县境内，本合同段项目起点位于乡宁县高崖底村南，终点位于吉县苇子湾。路线全长50.75km，采用四车道高速公路标准建设，设计速度采用80km／h，路基宽度采用24.5m(分离式路基宽度12.25m)。本项目是国家高速公路网“7918”规划方案第六横的重要组成部分，也是山西省规划的“人字骨架，9横9环”高速公路网主骨架中第八横(黎城下湾至吉县壶口)的重要组成部分。

项目区位于山西省东南部，大的地貌单元上属于黄土高原，总地势为“两川夹一山”，即东部的临汾汾河冲积平原、中部的吕梁山脉、西部的黄河谷地。从地形上看，除冲积平原区地形条件简单外，其他区地形切割剧烈，河谷发育、沟壑纵横，属于地形条件复杂地区。区内最高点为乡宁与吉县分界的高天山，海拔1820m，最低点位于黄河河谷中段，海拔约为420m,两者之差约为1400m。

1 云台山段自然地理和工程地质概况

1.1地形地貌

总体地貌单元上属于黄土高原，地势为“两川夹一山”。即东部的临汾汾河冲积平原、中部的吕梁山脉、西部的黄河谷地。地形起伏，冲沟发育。山脊呈近南北向，主冲沟方向与山脊走向基本一致。地表被黄土覆盖，黄土层最大厚度84m，由坡脚向山脊黄土厚度逐渐增大，冲沟底部大多基岩出露。群山叠嶂，沟壑纵横，地形复杂，高差变化较大，使得气候特征各具代表性。区内总体属暖温带大陆性季风气候区，具有四季分明，冬长夏短，春季干燥、多风；夏季炎热、雨量集中；秋季凉爽湿润，秋雨多于春雨；冬季寒冷干燥，雨雪偏少。

根据地表形态特征及其成因类型，该地区属黄土残塬区。微地貌单元以黄土塬、黄土梁、黄土冲沟为主，地表覆盖有较厚层Q3黄土，冲沟底部有Q2亚黏土出露，局部沟底出露三叠系砂岩夹泥岩，水平状，中薄层。区内黄土冲沟多为近南北向，沟壁陡立，多呈“V”字型，与路线多呈大角度相交。本区段海拔在619m～916m之间，沟谷切割深度100m～200m。

1.2工程地质

云台山所处区域构造位于鄂尔多斯断块南缘的关王庙北东向褶带中部，属于构造运动相对稳定地区，隧址区属于黄土覆盖单斜构造区，区内地层总体向北西缓倾，产状介于300°～330°∠3°～8°之间。断裂构造不发育，野外调查、钻探及物探均未发现断层迹象。进出口基岩中发育两组直立节理，走向分别为3200°～330°、50°～60°，节理面平直，微张，黏性土充填。

该路段广泛分布第四系黄土，二叠及三叠系岩层仅在沟谷底部出露，构造相对简单，对路线的主要影响来源于复杂的地形，由于Q2亚黏土壁立性强，经常形成深大冲沟，失稳后有滑塌的可能。该段线路工程地质条件比较简单，属于较稳定工程地质分区。

1.3水文地质、地震

位于乡宁县刘家沟与吉县枣庄河西沟之间，穿越乡宁县和吉县之间的分水岭云台山，吉县端洞口前河沟中有微量的溪流，个别点有泉眼，云台山岭脊的洞顶没有地表水，临汾端马家河沟中有微量的溪流。隧址区地表水来自大气降水及山泉等共同补给。

隧址区地下水较少，围岩出水状态一般表现为砂质岩裂隙中可能有很少量的滴渗水现象，并以局部渗水为主。

项目区位于山西省南部，属典型的板内构造地震区，特点是强度大、震源浅，破坏性地震多为主震余震型，小震多属震群型或单个突发型，震中在平面上多为北北东向、北东向或北西向的条带状，与斜列盆地边缘的构造断裂方向相一致，震源深度在剖面上多呈层状，多数地震的震源在14km～20km之间。2路线设计原则

经对高速公路实地勘测调查，在1：2000地形图上对线位进行详细优化，对局部线位及主要控制点的线位段进行了认真比对、布设，作了局部的调整优化。路线具体设计中，从公路线形人手，优化平纵组合、改善线形，使线形组合的各技术指标除符合平面、纵断面规定外，还考虑了横断面对线形组合与行驶安全的影响，避免了平面、纵断面、横断面的最不利值的相互组合。在对临吉高速公路云台山段进行设计时先确定、遵从总体设计原则如下：

(1)路线走向符合路网总体规划，为当地经济发展服务，合理选择交通车流集散点，注意路网布局的合理性。

(2)路线布设尽量采用低线位，以避免高填深挖，减少桥梁、隧道的数量；同时对滑坡等不良地质尽量绕避。

(3)根据实际地形、地物，在平、纵面上可以采用较低指标。以减少工程数量，降低工程造价。

(4)坚持可持续发展主题，合理有效地利用资源，做到“四个合理”：合理把握路线走廊带、合理利用线位资源、合理确定建设规模、合理确定工程方案。

(5)严格控制工程造价，倡导科学合理的全寿命周期成本理念，加强各专业设计时技术与经济的有机结合，在确保安全和功能的前提下，严格控制工程造价，节约工程投资，以达到最佳的技术经济效益。

3 路线设计中的特点和难点

项目路线设计的特点：临吉高速公路项目区总地势为“两川夹一山”，受地形限制，路线走廊带非常狭窄，只能沿刘家沟布设以隧道形式穿过云台山，沿马家河沟布设，地形条件复杂，自然横坡较大，多处存在路基高边坡问题，为了边坡加强稳定性，在边坡形式上采用了设置宽平台。

项目路线设计的难点：在地形条件受限制情况下，提出合理的路线方案，减少压站煤矿资源，缩短特长隧道长度。在地形条件复杂、自然横坡较陡段的条件下，寻求路线平、纵、横最有利的结合，确保路基稳定性，消减路基高边坡。

4 对路线设计时难点的主要对策

根据山岭区地形特点，在对临吉高速公路路线设计时，结合地形条件和工程地质条件，提出多个方案进行认真比对，合理采用路线平纵指标。在路线方案优化过程中，采用路线方案总体图的方式，使平、纵、横有利的结合，缩短桥梁和隧道长度，使工程造价最低。在特长隧道方案的选择上，对隧道长度、斜竖井及后期运营及养护费用方面进行了比选。

我们通过对本区进行了较为详细的地形概况和工程地质分析后，结合本次总体的线路选线原则，针对云台山特长隧道设置长度不同的情况，共提出A、P、u三个方案，见图1。

4.1 A线方案(AK224+300～AK236+920)

A线方案基本采用工可方案，路线长度12.62km，特长隧道纵坡为-1.864％，特长隧道长度4485m，桥梁长度4028m。

4.2 P线方案(PK224+300～PK235+041.901)  P线方案线位于AK224+300处与A线分离向西展线，设一座6950m的云台山特长隧道后与A线方案相接，P线方案路线长度10.742km，特长隧道纵坡-1.632％，桥梁长度1978.5m。与对应的A线方案相比，优点：比对应的'A线方案里程短1778m；特长隧道纵坡较A线方案特长隧道纵坡小；桥梁比对应的A线方案桥梁短2049.5m。

缺点：比对应的A线方案特长隧道长2465m；P线方案云台山特长隧道需设斜、竖井通风，对应的A线方案云台山特长隧道不需设斜、竖井；P线方案特长隧道比对应的A线方案施工工期长，特长隧道的前期投资和后期运营费用高；比A线方案压占煤矿资源多。

4.3 U线方案(UK224+300～UK235+526.807)

u线方案线位从AK224+300处与A线分离向西展线，设一座6519m的特长隧道后与A线方案相接。U线方案路线长度11.227km，特长隧道纵坡-1.3％，桥梁长度2497m。与对应的A线方案相比，优点：比对应的A线方案里程短1393m；特长隧道纵坡较A线方案特长隧道纵坡小；桥梁比对应的A线方案桥梁短1531m。

缺点：比对应的A线方案特长隧道长2034m；u线方案特长隧道需设斜、竖井通风，对应的A线方案云台山特长隧道不需设斜、竖井；U线方案特长隧道比对应的A线方案施工工期长，后期运营费用高，比A线方案压占煤矿资源多。

经过综合比选论证，从施工和运营安全、工程造价方面考虑，因此推荐A线方案。

5 结束语

路线的选定应根据地形条件，并在对工程地质、水文地质、自然景观等进行充分调查的基础上，以选定路线线位、主要平纵技术指标、沿线桥隧设置，还应综合考虑公路的平面、纵断面、横断面三者间的关系，做到平面顺适、纵面均衡、横面合理，以及隧道后期运营情况。本文结合临吉高速公路云台山段路线设计实例，对山岭区高速公路路线设计作了初步探讨，总结了设计中成功的经验。路线设计必须综合考虑各方面因素，是一个不断重复、优化的总体设计过程，平纵面线形的合理组合，不仅仅要满足规范、指标，更要在设计中贯穿“以人为本”的理念，让公路真正做到安全、环保、舒适、美观。