山区高速有效降低弃方量分析研究.pdf

价值工程1 项目概况芷江至铜仁（湘黔界）高速公路位于湖南省怀化市芷江县和麻阳县境内。路线起自怀化市芷江县芷江镇艾头坪，与怀化至芷江高速公路相接，经芷江县五郎溪、麻阳县尧市，止于湘黔两省交界处罗水田，与怀化至铜仁公路贵州段对接，主线里程 33.480km。全线采用四车道高速公路标准建设，设计速度 100 公里/小时，路基宽度 24.5m。桥涵设计汽车荷载等级采用公路-玉级。连接线采用二级公路标准建设，设计速度 40 公里/小时，路基宽度 8.5m。1项目起点位于芷江县芷江镇艾头坪西北侧的艾头坪枢纽互通，对应怀芷高速公路施工图主线桩号 K18+711.536 处。终于金厂坪特大桥终点处。设计 里程10.708km，设置特大桥 2 座，大桥 6 座，中桥 2 座，涵洞 15道，通道 2 道，短隧道 1 座；互通式立交 1 处（艾头坪互通）。沿线主要控制点自然保护区：路线穿过三道坑自然保护区实验区。沿线村镇：沿线经过芷江镇（艾头坪）、牛牯坪乡（肖家湾），尽量避开城镇，减少拆迁和干扰。河流水库：路线多次设桥跨越五郎溪、沟水溪等水系；路线跨越金厂坪水库南侧边缘。2 项目建设意义拟建项目芷江至铜仁（湘黔界）公路，是规划第“五纵”“重庆经铜仁至怀化通道”中铜仁至怀化公路的湖南段。该段东起怀化市芷江县芷江镇艾头坪，与怀化至芷江高速公路相接，路线往西延伸经三道坑镇、尧市镇，终于怀化市与铜仁市交界处罗水田，与怀化至铜仁公路贵州段对接。本项目建成后，将实现怀化、铜仁两相邻市的高速公路直连，区间行程时间缩短至 1 小时之内，将促进湘黔两省交流、带动沿线旅游资源开发，加快武陵山集中连片特困地区发展，促进民族团结。3 针对优化土石方量采取的方案措施项目初步设计阶段全线弃方量较大，为减少弃方，首先采用填石路基、软基换填等方式多方利用和消耗弃方，完善弃土场专项设计，减少环境破坏。另外，本项目全线以挖方为主，为体现绿色公路理念，加大纵向调配力度，尽量消化弃方，不设置取土场。2路床部分填料可根据地勘资料确定是否需要换填碎石处理。除此之外，在保证路线指标的前提下，调整路线方案平面和纵断，综合设计指标、工程规模、土方量、工程造价和环境破坏等因素，获取较优方案。3.1 优化芷江干渠一级水源保护地段（K3+300-K5+300）芷江项目 K4 处输水干渠为一级水源保护区且水源保护区，50m 范围内禁止任何性质工程建设，考虑到此段线位土方量较大且存在污染水源的风险，因此将此处线位进行调整，将 K3+300-K5+300 段平面线位远离输水干渠，调整线位以后，此段平曲线最小半径由 780m 调整为900m，最大纵坡由 4.0%调整为 3.6%。比较初步设计方案，施工图阶段平纵面指标略高，且避开了艾头坪供水工程饮用水一级水源保护区；将初设一处 70m 高深挖方改为桥梁，避免过度破坏环境，降低了工程风险；桥梁总长度减短90m，总体工程规模较小，工程安全性较好；挖方数量减少16 万方，弃方数量减少 22 万方，符合绿色公路理念。此段路线平面比较方案如图 1 所示。将芷江干渠一级水源保护地段（K3+300-K5+300）段方案调整后，土方量前后对比如表 1 所示。3.2 椿木山隧道线型调整椿木山隧道靠近出口位置布设了 S 型线性，线形较为扭曲，存在行车安全隐患，行车不利。3通过线型优化将椿木山隧道靠近出口位置（K24+000 附近）的内 S 型取消，此要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要作者简介院白明伟（1979-），男，北京人，高级工程师，注册道路工程师，研究方向为路线总体。山区高速有效降低弃方量分析研究Analysis of Effective Reduction of Abandoned Volume at Expressway in Mountainous Area白明伟 BAI Ming-wei曰邵文文 SHAO Wen-wen（北京建达道桥咨询有限公司，北京100015）（Beijing Jianda Road Bridge Consulting Co.，Ltd.，Beijing 100015，China）摘要院山区高速公路地形和地质条件复杂，路基土方量大，对环境破坏大。随着公路设计行业的发展，设计绿色环保型公路越来越被重视和提倡，因此，如何在设计中有效控制土方量，成为山区公路方案设计中需要解决的问题。本论文以芷铜高速为例，尝试围绕方案设计中如何降低土石弃方量展开研究，为山区地带建设生态公路提供技术参考。Abstract:The terrain and geological conditions of highway in mountainous area are complicated,the amount of soil of roadbed is large,and the damage to the environment is great.With the development of highway design industry,more and more attention has been paid to thedesign of green and environment-friendly highways.Therefore,how to effectively control the amount of earth in the design has become aproblem that needs to be solved in the design of mountain road.Taking Zhitong Expressway as an example,this paper tries to study how toreduce the amount of soil and stone abandoned in the scheme design,so as to provide technical reference for the construction of ecologicalhighways in mountainous areas.关键词院平面设计；纵断面设计；工程规模；土石方量Key words:graphic design；profile design；the scale of the project；the amount of earth and stone中图分类号院TU751文献标识码院A文章编号院1006-4311（2023）23-026-03doi:10.3969/j.issn.1006-4311.2023.23.009Value Engineering编号项目单位施设初设施设-初设1路线长度km3.03.017-0.0172土石方挖方万m369.02585.294-16.296填方万m311.9115.782+6.129表1 K3+300-K5+300段土方量对比表段平面线形最小半径由 1300m 调整为 1500m，隧道内纵坡为 2.3%，未发生改变。取消隧道内 S 形曲线后，平面指标较高，线形更加流畅，隧道出口的行车安全性较高，行车安全性好，隧道减短 69m，减小了挖方量，增大了填方量，较之前消耗了弃方，方案优势明显。此段路线平面比较方案如图 2 所示。将椿木山隧道方案调整后，土方量前后对比如表 2所示。3.3 金厂坪段（K8+800耀K10+700）纵段面调整该段路线位于三道坑自然保护区实验区内，路线需要为动物迁徙预留通道，不能以路基方式通过。初设阶段该段设置了大湾 2 号大桥、大湾 3 号大桥及金厂坪特大桥，初步阶段考虑到减短桥梁长度，控制工程规模，在这 3 座桥梁之间，还设置有挖方路基。施工图设计阶段，为响应保护区要求，将上述 3 座桥梁连通设置为 1 座桥梁，为动物迁徙预留通道。4与初设纵断相比，施工图设计纵断线位填挖方均减小，挖方减少 16.4 万方，填方减少 7.0 万方，总弃方量减少9.4 万方。此段平面线形没有改变，最大纵坡由 4.0%调整为 3.98%，桥梁增长了 303m，路线以桥梁形式通过三道坑自然保护区实验区，为动物迁徙预留通道，施工图纵断设计线位优势较为明显。将金厂坪段（K8+800耀K10+700）纵面调整后，土方量前后对比如表 3 所示。图2椿木山隧道线型调整图表2椿木山隧道土方量对比表编号项目单位施设初设施设-初设1路线长度km6.46.408-0.0082土石方挖方万m33.2654.517-1.252填方万m317.79811.2746.524图1芷江干渠一级水源保护地优化一级水源保护区域初步设计施工图价值工程表3 K8+800耀K10+700段土方量对比表编号项目单位施设初设施设-初设1路线长度km1.91.9-0.022土石方挖方万m30.917.3-16.4填方万m30.57.5-73.4 彭家屋至牛皮寨段（K11+600耀K15+900）纵段面调整彭家屋至牛皮寨段初设纵面偏低，导致挖方较多，弃方量较大。考虑到挖方量多，对环境破坏较大，施设设计阶段在桥隧规模增加不大的情况下，适当抬高纵面，以降低弃方量。与初设纵断相比，此路段的平面线位没有调整，对整体的纵断进行了抬升。纵断面最大纵坡由 4%调整为3.98%，隧道纵坡依旧为 2.9%。施工图设计阶段，挖方减少24.4 万方，填方减少 7 万方，弃方减少 17.4 万方。纵断线位抬高后，桥梁增长 250m，隧道减短 101m。同时，以桥梁形式通过三道坑自然保护区实验区，为动物迁徙预留出通道，施工图纵断设计线位优势较为明显。将彭家屋至牛皮寨段（K11+600耀K15+900）纵面调整后，土方量前后对比如表 4 所示。3.5 肖家湾段（K6+000耀K7+700）本段路线里程长 1.7km，路线布设主要受地形条件及服务区布设位置控制。该段初步设计线位主要存在以下不足：服务区布设在该段，广场占用大量良田，拆迁房屋较多。本项目初步设计设置了一座省界收费站，但根据交通运输部提出的 深化收费公路制度改革取消高速公路省界收费站实施方案，力争 2019 年底前基本取消全国高速公路省界收费站，深化设计阶段，考虑将服务区移至省界收费站处，取消省界收费站，或者将服务区与收费站合建。于是将线位北移约 120m，沿山脚布线，此段路线方案对比如图 3 所示。施工图设计线位与初设线位的主要经济技术指标比较如表 5 所示。与初设线位相比，施工图设计线位，仅考虑主线土方的情况下，深化设计线位挖方减少 8.7 万方，可消化弃方增加 28 万方；靠近山脚布线，良田占用量较少；房屋拆迁量较少。施工图设计线位可消化较多弃方，减少了对良田的占用及房屋的拆迁。在服务区位置移至省界收费站处的前提下，施工图设计方案更优。4 总结芷铜项目弃方量较大，通过填石路基、软基换填、加大纵向调配力度，不设置取土场等方式多方利用和消耗弃方。此外，通过调整局部路线平面和纵断减少弃方，芷铜高速在芷江干渠一级水源保护地段、椿木山隧道、金厂坪段、彭家屋至牛皮寨段分别进行平纵调整后，弃方量减少了57 万方，取得了显著的经济效益和社会效益。参考文献院1JTG D20-2017，公路路线设计规范S.2JTG D30-2015，公路路基设计规范S.3JTG/T D21-2014，公路立体交叉设计细则S.4JTG D60-2015，公路桥涵设计通用规范S.图3肖家湾段路线方案图表4 K11+600耀K15+900段土方量对比表编号项目单位施设初设施设-初设1路线长度km4.34.3-0.022土石方挖方万m315.840.2-24.4填方万m36.713.7-7编号项目单位施设初设施设-初设1路线长度km1.71.696+0.0042土石方挖方万m314.75323.425-8.672填方万m343.59824.289+19.309表5施工图设计线位与初设线位主要经济技术指标比较表