基于地质安全的山区高速公路路线设计

杨青 YANG Qing

（河南省交通规划设计研究院股份有限公司，郑州 450000）

0 引言

路线设计是高速公路项目设计中至关重要的一环，路线设计合理与否直接影响着整个高速公路项目的工期、造价等[1]。特别是在山区建设高速公路时，由于山区地质条件复杂，时常会有滑坡、崩塌、泥石流及岩溶等地质灾害，所以路线设计时要重点考虑安全因素，注意避让地质灾害高发区，才能为高速公路建成后的长期安全稳定运行提供保障[2]。

1 工程概况

某高速公路项目位于山区，采取双向四车道设计，设计时速为100km/h，路基宽度27m，行车道宽度3.75m，中央分隔带宽度3m，设计汽车荷载等级为公路—Ⅰ级，路面结构形式为沥青混凝土路面。

2 水文地质概况

2.1 工程地质情况

该项目途径地段地貌主要为中山和低山山地，且项目路线范围内的地势总体表现为中部高、两侧低，山岭大多呈西南向展布，最高处海拔高程为1502m，最低处海拔高程约150m。路线工程区域内岩层分布情况（由老至新）为：元古代板溪群岩层、新元古代震旦系（Z）岩层、寒武系（∈）岩层、奥陶系（O）岩层、志留系（S）岩层、泥盆系（D）岩层、二迭系（P）岩层、三迭系（T）岩层、白垩系（K）岩层、第四纪全新统（Qh）岩层。其中路线主要经过岩层为奥陶系（O）岩层及三迭系（T）岩层。

2.2 水文情况

经现场勘察可知，项目影响区域内地下水主要类型为松散堆积层孔隙水、碎屑岩类裂隙孔隙水、基岩裂隙水及碳酸盐类裂隙溶洞水四种，其中属碳酸盐类裂隙溶洞水分布最为广泛，赋存于石灰岩、白云质灰岩等岩层中，平均泉流量为54.73～226.0L/s，泉水流量比较大，整体水质良好，对高速公路无明显不良影响。松散堆积层孔隙水主要赋存于砂砾石层，泉流量多＜0.1L/s，水量属中等，现场钻孔检测单位涌水量为0.23～2.3L/s·m。碎屑岩孔隙裂隙水分布于白垩系岩层中，泉流量为0.01～0.05L/s。

2.3 不良工程地质情况

该项目区域内地势陡峻，高差大，多断裂、褶皱发育，河流及冲沟十分发育。植被覆盖率达78%，以林地为主，植被条件比较好。但是由于当地人过度砍伐，使原生态植被受到很大破坏，再加上其他筑路工程、隧道工程等的影响，导致项目区域内不良工程地质发育，且地质灾害类型比较多。经现场调查发现崩塌有8 处、滑坡有22 处、泥石流有5 处、岩溶有21 处、矿山采空区1 处，增大了该高速公路项目施工的风险。

3 路线设计

为降低地质灾害对该高速公路项目的影响，在综合考虑项目沿线地形地貌、水文条件、不良地质及特殊岩土、矿产资源分布及生态环境保护等基础上，遵循安全、经济等原则进行路线设计[3-4]，初步设计两个方案，具体如下：

3.1 K 线方案

K 线方案总长度为47.60km，起止桩号为AK70+000～AK115+606，该路线方案沿线海拔为480～790m，地形起伏较大，山脊线不明显，且沿线岩层产状变化比较大，倾角23°～60°，跟K 线路呈大角度相交。不良地质以地下暗沟、溶洞、崩塌、岩块滑落等为主。

3.2 A 线方案

A 线方案总长度为51.25km，起止桩号为K73+475～K121+260。该路线方案沿线海拔为490～780m，地形起伏较大，山脊线不明显，且沿线岩层产状变化比较大，倾角25°～65°，跟A 线路呈大角度相交。该路线开挖及施工中需重点关注崩塌、地下溶洞、地下河等问题。路线设计图见图1 所示。

图1 路线设计图

4 方案比选

为在K 线方案及A 线方案中选出最优路线方案，对两种方案优劣、工程规模及经济性等方面进行了综合对比[5]。

4.1 路线方案优劣对比

为验证K 线方案及A 线方案的优劣，从两种方案沿线的地貌条件、岩性条件、构造条件、水文条件、不良地质、路网构造、对当地经济拉动、环境保护8 个方面进行对比分析，具体结果见表1 所示。

表1 两种路线方案优劣对比结果

通过表1 对比结果可以看出，在地貌条件、构造条件、水文条件、不良地质条件及环保效益5 个方面，K 线方案要优于A 线方案；而在岩性条件、路网构造及对当地经济拉动三个方面两个方案是相当的。由此可见，K 线方案比较合适。

4.2 工程规模对比

为进一步确定K 线方案与A 线方案的适用性，从路线长度、占用土地数量、路基工程、路面工程、桥涵工程、隧道工程、交叉工程、连线工程及预计总体投资等方面做了进一步对比，具体结果见表2 所示。

表2 两种方案工程规模对比

从表2 中可以看出，在工程规模上，A 路线方案总长度为51.25km，预计总投资约为62.05 亿元，平均每公里造价约为12107.31 万元。K 路线方案总体长度为47.60km，预计总体投资约为50.26 亿元，平均每公里造价约为10558.82 万元，并且相比来说，K 路线方案不用建设特大桥梁，隧道数量也比较少。所以整体上K 路线方案的工程规模及总体投资均低于A 路线方案，故K 路线方案比较合适。

4.3 方案评价

山区高速公路项目路线设计中，地貌条件、地质条件、水文条件、地质灾害、建设规模及投资造价等对路线的影响程度是不同的。因此，采取打分制对A 路线方案及K 路线方案进行打分，分数为1 分、2 分、3 分、4 分、5 分，1 分最差，5 分最优，最终评分最高者就是最优方案。两种方案评分结果见表3 所示。

表3 两种方案评分结果

从表3 中可知，K 路线方案的总评分为46 分，高于A路线方案的33 分，且在经济拉动性、环保性、经济性等方面，K 路线方案评分也均高于A 路线方案，说明K 路线方案具有更好的社会效益、经济效益及环保效益，因此，最终选择采用K 路线方案进行施工。

5 总结

综上所述，案例项目通过从工程地质、水文地质、经济性、社会性及环保性等方面对K 路线方案及A 路线方案进行综合比选，最终确定K 路线方案为最优方案。由此可以得出结论，在山区高速公路项目路线设计中，要基于项目影响区域内的地质条件、水文条件，从经济性、社会性及环保性角度出发，合理规划路线，并进行综合比选，才能有效降低地质灾害对项目的影响，并为项目高效优质建设及后期长久稳定运行奠定基础。