山区高速公路项目前期工作中设计优化的思路.pdf

云南水力发电YUNNAN WATER POWER141第 40卷第 1期0 引言近年来，我国经济持续快速发展，高速公路项目建设也得到广泛关注1，西南地区已成为了目前交通基础建设重点区域。在项目上各参建单位“跑步进场”，为尽快开展项目施工，勘察设计周期被压缩，在对项目现场具体情况尚未充分了解的情况下，初步设计中往往出现诸多不合理之处。在项目开工前准备阶段，各单位可以通过对施工区域周边环境多次踏勘，在初步设计图纸的基础上逐步对设计方案进行优化，从而保证施工阶段设计图纸贴合实际，促进项目顺利实施，以得到较好的经济效益。1 设计优化思路1.1 初步设计阶段存在的主要问题山区高速公路桥隧比高，地形地貌、水文气象、地质构造复杂，滑坡、泥石流、崩塌、岩溶等不良地质情况常见，高速公路建设沿线面临着基本农田多、环保要求高、建设用地局限性大的问题，设计难度颇大。加之初步设计阶段由于勘察设计单位专业技术人员普遍投入不足，勘察设计单位设计思路仅浮于现行规范表面、未结合实际深入研究，部分设计人员对施工区域不熟悉、不了解现场情况，各专业设计人员内部缺少沟通，设计考虑不充分，于是出现了设计图纸与实际情况不符的问题，尤其在便于施工角度考虑不足，导致施工过程中的建设成本大幅增加2。目前山区高速公路初步设计主要存在如下几个问题。1）桥隧占比过大。由于地形地貌复杂，山区高速公路多以桥梁、隧道为主，建设成本大、施工难度高。山区高速公路项目前期工作中设计优化的思路肖文杰，张成祥（中国水利水电第十四工程局有限公司，云南昆明650041）摘要：我国高速公路工程发展迅速，多数项目从立项到通车往往仅需几年的时间，但随着项目的快速推进，设计过程中欠考虑的地方也逐渐暴露出来。主要以施工技术角度考虑并结合现场实际情况，分别从桥改路、线型调整、预制 T 梁长度优化、材料调整等方面分析，对山区高速公路项目前期工作中设计优化思路进行分析，提出相应建议。关键词：山区高速公路；前期工作；设计优化中图分类号：U412文献标识码：A文章编号：1006-3951(2024)01-0141-03DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2024.01.033Design Optimization Ideas in the Preliminary Work of Mountain Expressway ProjectsXIAO Wenjie，ZHANG Chengxiang(POWERCHINA SINOHYDRO ENGINEERING BUREAU 14 CO.,LTD.,Kunming 650041,China)Abstract:The development of highway engineering in our country is rapid,and most projects only take a few years from approval to opening to traffic.However,with the rapid progress of projects,the problems that were not considered in the design process are gradually exposed.Mainly from the perspective of construction technology and combined with the actual situation on site,this paper analyzes the design optimization ideas in the early stage of mountainous expressway projects from the aspects of bridge reconstruction,line adjustment,prefabricated T-beam length optimization,material adjustment,and puts forward corresponding suggestions.Keywords:mountain expressway;preliminary work;design optimization收稿日期：2023-09-05作者简介：肖文杰（1996-），男，四川资阳人，助理工程师，主要从事高速公路施工技术管理工作。*142云南水力发电2024 年第 1 期2）弃土场容量不足。受山区用地限制，合适的弃土场选址是个大难题，可用弃土场难以容纳路基、隧道施工产生的弃渣。3）构造物设计不合理。常规平原上仅需考虑线型的设计思路并不适应山区地形的特殊性，这样往往造成桥隧衔接过短、施工区域无作业平台的问题。4）施工材料选择落后。合适的施工材料选择对施工质量、成本控制、环境保护至关重要，仅参照以往设计方案，未结合施工区域周边建材市场和现场施工条件，容易造成材料采购困难、施工不便的情形。1.2 设计优化的主要思路山区高速公路地形复杂多样，线路跨越山谷、河流、现有公路，在考虑方案可行性及经济合理性的基础上，对初步设计图纸中不合理方案进行调整，例如平纵线型调整、降低桥隧比、减少桥梁跨径、充分利用弃土等，尽量做到与现场实际情况相符、便于施工。可以从以下几个方面进行优化。1）桥改路：桥改路是指在原有的桥梁位置上，采用填土加宽修改为路基工程的方法，是设计优化中常用到的手段。这种方法不仅可以节省建造桥梁的成本，还可以提高道路的通行能力；同时，桥改路还可以减少对环境的影响，利于生态保护。由于山区地形复杂，很多地方建造桥梁十分困难，增加大量的施工成本，因此可以考虑通过桥改路的方式来改善这个问题。桥改路时要充分考虑山区地形、河流情况等因素，合理规划，达到既减少施工难度和成本，又提高工程质量和安全性。2）线型调整：山区公路建设中，线型指标也是非常重要的设计参数，合理的线型设计可以提高道路通行能力3，减少对环境的影响。因此，在熟悉图纸、现场踏勘核查时，应尤其注意设计是否充分考虑山区地形特点，选择合适的线型类型。例如在平坦地区，采用直线型或者缓和曲线型；在山区，应该尽量采用蜿蜒曲线型，以适应山区地形的变化。其次，道路的坡度和曲率也是重点核查的对象，在山区公路建设中，应该尽量避免过陡的坡度和过弯的曲率，以保证道路的安全性和通行能力。3）T 梁长度优化：预制 T 梁是公路项目中一种常见的构件，其长度根据实际桥梁长度和设计荷载并结合施工现场条件来确定，以满足工程需要，并保证施工效率和质量。预制 T 梁长度过长或过短，都会对工程造价和施工带来不利影响，统一并减少全线 T 梁类型，便于施工组织。4）材料调整：高速公路施工材料的选择应充分考虑耐久性、安全性、环保性和经济性4，不同地区的气候和地质条件也会影响材料的选择，因此在实际选择中需要结合当地情况进行综合考虑。2 优化实例分析在高速公路项目前期工作中，设计优化是保证施工顺利进行、降低施工成本、提高经济效益的关键环节5。以凯里环城高速公路北段项目为例，立足施工角度，从桥改路、线型调整、预制 T梁长度、材料调整等方面出发，探讨初步设计优化的思路和方法。2.1 工程概况凯里环城高速公路北段工程是贵州省高速公路网规划（加密计划）的重要组成部分，该项目建设对加快黔中经济区建设、支撑凯里-麻江-福泉同城化和新型工业化发展，完善全省高速公路网，促进凯里市过境交流转换和城区间衔接更加便捷高效，落实“大扶贫战略行动、坚决打赢脱贫攻坚战”，同步全面建成小康社会具有重大意义。项目设计时速为 100 km/h，双向四车道高速公路，路基宽度 26 m。路线所经地区地形复杂，气候多样，典型的山地构造地形，山高谷深，相对高差大。2.2 桥改路优化项目桥隧比 54.48%，初设图中桥梁共有 110座，在山区施工桥梁难度大，进场便道修筑和材料运输极其不方便，施工成本难以控制6。方案优化主要体现在以下几个方面。1）各专业设计方案矛盾。例如：凤山互通为一处落地互通，互通含 5 座桥梁，桥梁上跨原有生产道路。通过现场踏勘和对初步设计图纸对比，发现互通内原有道路将改移至互通区域外，此时已无修建桥梁的必要，互通内施工区域地形地貌起伏不大，其中 4 座跨老路桥梁便可调整为路基施工。2）设计方案存在安全隐患。例如：水寨中桥紧邻 3 号弃土场，水寨中桥桥墩位于弃土场内，施工后弃土场内倒渣、压实可能对桥墩造成冲击、挤压，存在安全隐患。将水寨中桥优化为路基，不仅可消除上述隐患，还能对增加对弃土的利用，缓解弃土场容量不足的压力。3）桥隧距离过短，缺少施工作业平台。例如：龙角 1 号隧道出口段路基仅 12 m，路基长度过短，对隧道进洞施工造成极大的困难。结合现场实际肖文杰，张成祥 山区高速公路项目前期工作中设计优化的思路143?图 1 龙角 1 号中桥立面图情况了解到，隧道出口相接桥梁龙角 1 号中桥位区地形坡度平缓，最大墩高 4.23 m（龙角 1 号中桥立面图见图 1），可通过将其优化为路基，满足隧道进洞平台施工。2.3 线型调整该项目初步设计图纸的路线方案已较为成熟，但从施工便利性和安全的角度仍有需要改进的地方。1）隧道单坡改“人”字坡。洛邦隧道全隧道枯水期涌水量为 9 855 m3/d，平水期涌水量为19 710m3/d，丰水期涌水量为 144 765 m3/d，初设图纸中纵坡采用单向-0.5%的方案，造成进口段施工需进行大量的反坡排水，既增加了措施费用7，又使得涌水事故产生的损失更大。通过对线型方案的优化，将隧道起点至 K43+660 段长 1 230 m 调整为 1.15%上坡，自 K43+660 至终点段长 1 623 m调整为-1.5%下坡，合理的规避了隧道涌水量大造成的施工困难和安全隐患。2）路线走向微调。K16+400-K19+940 主要以桥梁为主，路线紧邻越当地村庄，部分桥位处于斜山坡上，防护措施量大且施工困难。将该段向右幅偏移大约 15 m，路线走向远离居住区，减少了斜山坡上的桩位，施工更加便利。2.4 预制 T 梁长度优化根据初步设计图纸，预制 T 梁长度主要为20 m，30 m，40 m（T 梁类型统计见表 1）。其中20 m T 梁较少（占比 2%），通过对设计图纸研究，发现设计人员设计思维固化、未结合现场实际和施工便利，设计方案死板的照搬照抄，将墩柱高度低的桥梁跨径定为 20 m，这种情况下既要增加 20 m T梁台座和模板，又需定制相应吊装设备，施工组织繁琐，增加不必要的成本8。根据实际需要，选择一些常用的标准长度9，可以有效地减少预制T 梁的浪费，如将 20 m T 梁优化为 30 m T 梁，可减少 T 梁预制模板类型，便于 T 梁预制和安装。表 1 T 梁类型统计表序号T 梁长/m数量/片占比/1201672230363846340402151合计78262.5 材料调整项目路基工程中的框架格子梁护坡、截水沟等初步设计采用浆砌石，由于片石取材、存放不便，原材料转运困难，施工缓慢且容易开裂渗水，难以保证成品质量。将路基防护工程中的浆砌石改为混凝土，统一标准、便于施工。3 结束语凯里环城高速公路北段项目依托前期对初设图纸的细致优化，在施工期间避免了许多难题，也降低了施工成本，最终以提前合同工期 5 个月顺利通车运营。在山区高速公路建设中，初步设计阶段的优化工作至关重要。在优化设计过程中，应充分考虑地形地貌特点、资源情况和施工便利性等因素，采取科学合理的措施，确保设计方案的可行性和经济合理性。通过对施工区域周边环境的多次踏勘和对初步设计图纸的深入研究，可以发现并解决初步设计中存在的不合理方案，从而对设计方案进行合理优化10，使得设计图纸更符合实际情况和施工要求，为项目的顺利实施奠定了基础。参考文献：1徐强.高速公路改扩建工程路基拼接技术M.北京：人民交通出版社，2011.2贾辉，成佳丽，赵立廷，等.山区高速公路设计优化的思路和方法J.公路，2022,67（5）:217-219.3 王放鸣.公路线性设计中提高行车安全的措施探讨 J.科技信息，2011,（19）:382+388.4 杨先义.浅析路桥设计中的安全性和耐久性 J.科技创新与应用，2013,（1）:164.5邓思丽.设计优化在 EPC 项目中的引领作用分析J.中国资源综合利用，2019,37（11）:166-168.6白冰，王飞.浅谈山区高速公路线形设计的原则和优化J.科技信息，2009,（5）:317.7 邹锋.山区高速公路总体设计优化思路与方法分析 J.四川建筑，2021,41（4）:37-39.8孙聪.山区高速公路路线设计基本思路及选线方法的研究J.林业科技情报，2017,49（1）:94-96.9杨鼎，王绪正.高速公路桥梁施工质量控制及常见问题解决措施J.云南水力发电，2017,33（S2）:93-93.10 李军强，刘民军.高速公路PPP项目施工成本控制及应对措施 J.云南水力发电，2021,（8）:191-194.