冯灿
中国公路工程咨询集团有限公司，湖北武汉 430040
摘要：本文结合工程实践从建设条件、技术指标、工程安全、工程规模和造价、社会环境影响等角度对纳晴高速局部路线方案进行了优化比选，最终推选了合理可行的路线方案。
关键词：纳晴高速；路线设计原则；方案优化
一、引言
高速公路路线方案的优劣是影响工程造价最主要的因素，路线平、纵线形的优化贯穿于设计的全过程。从工可阶段对路线走廊带的比选论证，到初测初步设计阶段对推荐走廊带范围内路线方案进行比选优化，最后到定测施工图阶段对选定路线方案的细部优化直至落地实施，要经过漫长的周期，不断平衡各方面利弊，去芜存菁，才能最终形成“最合理可行”的路线方案。
纳雍至晴隆高速公路（以下简称“纳晴高速”）是国家高速公路横线G76的重要组成部分，对完善国家和区域路网、发挥贵州作为西南重要陆路交通枢纽具有重要意义。本文将结合纳晴高速公路项目设计实践，分析路线方案层层优化比选的过程和依据。
二、路线设计原则
项目沿线生态环境脆弱、土地资源珍贵，公路建设环保节地要求高。在项目建设过程中需认真贯彻落实“五大任务”中的“加强生态保护，注重自然和谐”，保护珍稀土地资源和生态环境资源，通过生态环保选线（地质选线、地形选线、节能选线、环保选线），打造生态环保提升工程。
（1）标准选线原则：路线指标要严格满足现行规范的要求。
（2）安全选线原则：定线要满足安全性原则，尽可能提高平纵面指标确保路线顺适，指标均衡，以运行车速校验指导路线方案选择和线形设计，加强对超大型货车及凝冻等可能灾害性气象的调查研究。
（3）地形选线原则：坚持地形选线，促进路线布设与地形相协调，实现行车舒适与运营节能的统一。
（4）地质选线的原则：在设计过程中，加强地质调查和勘察工作，坚持地质选线，降低施工难度，实现合理控制工程量与降低施工能耗的统一。多方案比选，避让不良地质区域，减少地质灾害的发生，保障公路后期建设和运营安全。
（5）环保选线原则：路线定线要注意对周围环境的影响，采取切实有效的工程措施，减少对沿线森林、河流、居民的影响，减小沿线水土流失。对路线无法避让必须穿越的路段选线，应把对环境的影响降至最低。
（6）节能选线原则：节能选线包括节地性选线、节能性选线、节材性选线。项目设计中应综合采用各种对策措施，最大限度节省用地，尤其是减少耕地资源的占用；隧道设计中，采取设置遮光棚，降低隧道口加强照明的能耗，在有条件之处，对隧道纵面进行优化，降低未来通风能耗要求，降低后期的运营管养费用；在设计中，充分利用地形，减少桥梁的设置，最大程度地减少材料的消耗。
三、局部路段优化方案
以下以纳晴高速为例，由工可确定的路线走廊为基础，初测初设、定测施工图各阶段结合本路段的地形、地质、社会、环境及交通特点等，广泛征求地方政府和各有关部门意见，对本路段多个路线方案进行了比选论证与优化，最终平衡各方利益诉求，确定了相对合理可行的路线方案。
1、中营兔场坪路段
该路段主要控制因素为本项目与普盘高速共线段终点荒田枢纽互通布设条件、牂牁江特大桥桥位、杨寨煤矿（探矿权）、红寨隧道以及普安县龙吟阔叶林自然保护区等。
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初测K线方案根据工可推荐方案优化而成，主要结合地形布设，从杨寨煤矿（探矿权）中心区域穿越，对杨寨煤矿后期开采造成分割干扰大，由于杨寨煤矿（探矿权）资源储量巨大，地方协调难度很大。
根据纳晴高速纳雍至晴隆段压覆晴隆县杨寨煤矿专题协商会议达成的共识，要求在满足设计需求的前提下，线路尽量往杨寨煤矿勘查区F1断层西翼布线，避开杨寨煤矿核心区域，做到既确保纳晴高速公路便捷连接晴隆县长流乡，改善晴北地区人民出行条件，又有利于煤炭资源保护和开发，促进当地经济发展，同时还能节约纳晴高速投资，达到三方共赢的目的。
基于此在初测K线方案的基础上进行局部优化，将初测K线方案适当西移，尽量避开杨寨煤矿核心区域，提出了C10线、C11线方案进行比选。
C10线方案建设里程较K线短0.272km，C11线较K线短0.038km，C10线方案略微顺直；C10线、C11线方案平曲线最小半径和最大纵坡等与K线相差不大，技术指标与K线方案基本相当；C10线方案桥隧总长度比K线短425m，C11线方案桥隧总长度比K线短588m，K线工程规模稍占优势；C10线、C11线方案工程造价和全寿命周期成本稍高于K线，但若考虑压覆杨寨煤矿矿产的协调与征拆赔偿费用，C10线、C11线方案反而更有优势。
C10线方案穿杨寨村后沿F1、F3断层中间穿过，杨寨隧道离F3断层最近约90m，F1、F3断层空间呈楔形状，受断层F1、F3及倒转向斜的影响，岩体破碎，隧址区地层主要为粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、细砂岩，对隧道设计施工有影响。C11线方案在C10线的基础上向西偏移约450m，路线进一步避开杨寨煤矿，且远离F3断层，隧道洞身主要穿越玄武岩、灰岩地层，隧道地质条件较C10线好，同时更加减少了对杨寨煤矿的压覆。相比C10线，初测C11线方案对杨寨煤矿的压覆少，隧道洞身工程地质条件好。根据各方面比选情况最终初测选定C11线方案作为推荐方案。
初步设计阶段结合外业调查情况提出了绕避杨寨煤矿（探矿权）的C1线优化方案与K线方案（初测C11线方案）进行比选。
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K线方案（初测C11线方案）路线略绕行，路线虽然避开了龙吟阔叶林自然保护区实验区，但是路线穿越杨寨煤矿、红寨煤矿区域，压覆矿产资源，且隧道穿越杨寨煤矿煤层中瓦斯压力高，工程地质条件差，工程施工及后期运营风险大，压矿赔偿和瓦斯隧道的工程处治费用较高，工程投资规模大。
C1线方案路线较为顺捷，工程投资比K线方案节省3亿多，工程地质条件相对好，工程实施风险小，路线虽穿过自然保护区实验区（通过设置红寨隧道穿越保护区核心区），但与普安县林业部门协调后已预留走廊。同时路线避开了杨寨煤矿区，对矿产资源无影响，可较好兼顾晴隆、普安两县北部乡镇的发展，方案优势明显。初步设计阶段推荐C1线方案。
定测施工图阶段进一步细化研究方案，发现初步设计C1线方案还存在一些不足之处：红寨隧道进口偏压，隧道进口处平面半径1250米，平面指标稍低；红寨隧道出口处新红大桥桥墩较高，且左侧桥梁离岩溶漏斗距离较近，存在安全隐患。于是施工图阶段针对以上问题进行了路线方案优化。一是调整红寨隧道进口处位置，使隧道正交进洞，改善隧道洞门设置条件；增大隧道进口处平面半径至1500米，提高隧道进口平面指标，保证行车安全性。同时，隧道进口外平面线形尽量左移，降低桥梁墩高，减少桥梁工程规模。二是将红寨隧道出口位置右移，使新红大桥从沟谷上方跨越，降低桥梁墩高约10米，路线右移后取消右线局部路段的桥梁，减少桥梁工程规模。同时路线右移远离岩溶漏斗，提高了桥梁安全性。
2、虎箐丫口至白沙五里坪路段
该路段路线布设，主要受地形地质条件、茶马古道（全国重点文物）、老鹰岩隧道进口路段崩塌堆积体等因素控制。
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工可推荐方案结合地形布设，整体走低，桥梁工程规模大、墩高较高。初步设计K线方案在工可路线基础上适当右移，整体线位走高，减少了桥梁工程规模，节省了投资。
K线方案布设老鹰岩特长隧道2932米，以隧道方式下穿茶马古道，隧道洞顶距离茶马古道高差约150米，隧址区岩溶发育，隧道进口段穿过崩塌堆积体，堆积体在强降雨及地震工况下处于不稳定状态，施工过程中需减少对堆积体的扰动，并采取相应的工程处治措施以保障工程安全，施工要求严，施工难度较大。
初步设计阶段在K线方案基础上优化提出C15线方案，C15线方案相比K线方案继续走高，在崩塌堆积体前方约650m进隧道，避开了堆积体对路线的影响。该方案完全避开了堆积体，地质条件较好，但路线较为绕行，老鹰岩特长隧道长度增加至4115m，隧道工程规模大，后期施工养护费用高。而且隧道从村庄下穿过（埋深约100米），隧道开挖可能会造成村庄水源枯竭、岩溶塌陷、地表房屋开裂，风险不可控。
为了不遗漏任何有价值的方案，初步设计阶段结合K线方案和C15线方案进一步优化研究，提出了从堆积体边缘通过的C16线方案。该方案相比C15线方案更顺直，布设老鹰岩特长隧道3197米，以隧道下穿茶马古道，地质条件较好，从堆积体侧缘通过，堆积体对路线方案影响较小，且路线从村庄边缘通过，隧道开挖对村庄的影响也相对较小。
K线方案路线里程较C15线方案短223m，较C16线方案短64m，K线路线里程稍占优势；K线方案平曲线最小半径和最大纵坡等技术指标相比C15线、C16线方案略高；K线方案桥隧总长较C15线方案短197m，较C16线方案短50m，K线方案桥隧工程规模稍占优势；K线方案总造价较C15线节省1888万元，较C16线方案节省890万元，K线方案造价略占优势、C16线次之；C15线、C16线方案工程地质条件和施工风险均优于K线方案，C16线方案工程地质条件相对更好，经各方面综合比选最终初步设计阶段推荐C16线方案。
定测阶段在初步设计C16线方案上进一步优化路线方案，将老鹰岩特长隧道洞身内半径由1300米增大至1480米，提高了隧道内平面指标，保证行车安全性。最终落地实施成为施工图方案。
四、结束语
纳晴高速公路路线方案在工可路线走廊方案的基础上，经过多个设计阶段的优化比选，通过优化线形指标、降低工程规模、避让不良地质地段、减少征拆、降低对环境的影响和破坏，提高运营安全等多个方面的完善，最终平衡各方利弊，确定了“最合理可行”的路线方案。
参考文献：
[1] JTG D20-2017 公路路线设计规范
[2] JTG/T D20-200X 公路路线设计细则（总校稿）
[3] 交通部公路司.新理念—公路设计指南（2005版）[M].北京：人民交通出版社，2005