云南高速公路設(shè)計(jì)的奇思妙想
2016-02-20
云南特殊的地形地貌決定了云南高速公路設(shè)計(jì)的難度，在一些采用常規(guī)設(shè)計(jì)思路難以通過的路段，設(shè)計(jì)人員發(fā)揮聰明才智，大膽創(chuàng)新，奇思妙想，讓云南高速公路突破一道道難關(guān)，不斷向前延伸。這些奇思妙想也成為云南高速公路設(shè)計(jì)的一個(gè)個(gè)閃光點(diǎn)。
懸臂懸空橋跨越西洱河峽谷
楚（雄）大（理）高速公路設(shè)計(jì)最難的一段是西洱河一級(jí)電站路段。這里是一個(gè)V形峽谷，線路左側(cè)是陡峭的巖壁，并有高壓輸電線鐵塔，右側(cè)是寬77米、深32米的電站水庫，水庫旁便是電站的發(fā)電機(jī)房。電站水庫、廠房以及原320國道幾乎擠滿了整個(gè)峽谷。楚大公路通行必須以不占水庫庫容為前提，而且要保證電站的絕對(duì)安全。經(jīng)過近20次的反復(fù)論證、六個(gè)方案的比選，公路通過電站水庫時(shí)，最終選擇了建設(shè)一座長282米的懸臂懸空橋的方案，在水庫靠山一面打好基礎(chǔ)，沿水庫邊沿修建橋臺(tái)，采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，將22米橋面中的11米“懸”于水庫上方。大懸臂懸空橋，不但未影響電站庫容及電站生產(chǎn)，還保護(hù)了環(huán)境。
楚大高速公路懸臂懸空橋
楚大高速公路西洱河一級(jí)電站懸臂懸空橋是云南第一座懸空橋，該橋的設(shè)計(jì)研究榮獲1999年云南省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。這是云南公路行業(yè)獲得的第一個(gè)省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。
連拱隧道穿越練江河谷
玉（溪）元（江）高速公路通過的練江河谷，兩岸山峰聳峙，練江在山谷里左沖右突，公路可利用地形不超過200米。213國道通過練江河谷時(shí)，有的地方一公里就有18個(gè)彎道。玉元公路通過練江河谷時(shí)，為了達(dá)到高速公路的標(biāo)準(zhǔn)，只得頻繁換岸，設(shè)計(jì)人員還提出了設(shè)置曲線連拱隧道的方案。當(dāng)時(shí)，連拱隧道在全國僅修建了一座，在平曲線上設(shè)置連拱隧道全國還沒有先例。
連拱隧道最大的特點(diǎn)是左右兩個(gè)隧道中間只有一道中墻相隔，它與分離式、小凈距隧道相比，具有五大優(yōu)點(diǎn)。一是隧道洞口呈整體式路基（橋梁），避免了路基（橋梁）分幅，減少征地面積，房建及其它構(gòu)造物拆遷量?。欢撬淼纼啥硕纯诮泳€對(duì)地形要求不高，接線難度降低，接線工程量小，路線線形更加順暢、舒適；三是洞口邊仰坡開挖面積減小，有利于環(huán)境保護(hù)；四是在傍山地形或城市及周邊對(duì)交通有特殊要求處，洞口位置選擇更加靈活；五是減少地下空間利用范圍，提高了地下空間利用率。
練江隧道于2000年10月建成通車，成為云南第一座雙跨連拱大跨度隧道，全國第一座雙拱連拱曲線隧道，為在山嶺重丘區(qū)、特殊地形地質(zhì)條件下修建高速公路隧道積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。思小高速公路有15座隧道，其中13座設(shè)計(jì)為連拱隧道。
扁斜樁大橋跨越長田水庫
安（寧）楚（雄）高速公路從安寧前行后，在祿豐縣境內(nèi)要跨越長田水庫。在修建安楚汽車專用二級(jí)公路時(shí)，長田水庫上建了一座主跨130米、全省當(dāng)時(shí)最大的開口箱形拱橋。安楚高速公路經(jīng)過長田水庫時(shí)最初的方案是：在原橋左側(cè)再建一座寬17.975米、跨徑138米的4車道箱形拱橋，其中3個(gè)車道作為高速公路的上行線，一個(gè)車道作為下行線的超車道。老橋作為下行線的另外兩個(gè)車道。新老橋之間設(shè)5厘米的沉降縫，老橋左側(cè)設(shè)置1.475米寬的安全帶設(shè)施。
安楚高速公路長田水庫大橋
按設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑姆桨?，長田水庫大橋采用在老橋旁明挖基礎(chǔ)的辦法施工。施工隊(duì)伍進(jìn)場(chǎng)后，經(jīng)實(shí)地勘察發(fā)現(xiàn)，若按這一方案施工，必然會(huì)影響老橋橋臺(tái)的穩(wěn)定，而且，開挖出的大量土石很難避免不落入橋下的水庫中。
省交通廳了解這一情況后，專門邀請(qǐng)了10多名全國知名的橋梁專家到云南調(diào)研，提出了扁斜樁方案。新的設(shè)計(jì)很快付諸實(shí)施。具體做法是，新橋不設(shè)常規(guī)橋臺(tái)，而是分別在安寧岸和楚雄岸打10米和24米的扁斜樁，與水平面成45度角，猶如兩個(gè)巨型楔子，斜插進(jìn)山體里，樁高4.4米，寬11.8米。這一方案，開挖的土石方量僅有普通基礎(chǔ)樁開挖量的1/3，而且，開挖基本不在地表進(jìn)行，便于水保和環(huán)保。大橋主拱圈軸向力直接傳遞給扁斜樁，并通過扁斜樁分布于山體，受力簡單明了，施工過程中，老橋的穩(wěn)定和行車也不會(huì)受到影響。
扁斜樁基礎(chǔ)，在云南橋梁施工中尚屬首次。建一個(gè)扁斜樁，實(shí)際上要打3個(gè)高4.4米、寬3米的斜洞，近似于打一個(gè)連拱隧道。施工時(shí)，先將兩邊的洞打好，邊打邊支護(hù)，然后再打中間一個(gè)洞，使3個(gè)洞連成一個(gè)整體，最后布設(shè)鋼筋籠，澆筑混凝土。為了確保老橋安全，開挖爆破時(shí)，采用微量控制爆破。開挖出的土石則通過天線運(yùn)走。整個(gè)施工過程中，水庫管理人員嚴(yán)格監(jiān)視，沒有發(fā)現(xiàn)土石落入水庫的情況。
扁斜樁設(shè)計(jì)，解開了長田水庫大橋施工難題，確保了大橋施工與整條高速公路的施工同步進(jìn)行。
安楚高速公路長田水庫大橋，一半是老橋，一半是新橋。新橋、老橋，兩橋合一橋。
螺旋隧道現(xiàn)身水麻高速公路
水（富）麻（柳灣）高速公路從伏龍口前行28公里加400米后，到達(dá)太平控制點(diǎn)。從太平到45公里加450米的涼風(fēng)凹隧道進(jìn)口，高差達(dá)658米。特別是地形狹窄的老堡山段，豎向高差72米，升坡十分困難。
水麻高速公路螺旋隧道
困難面前，云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院大膽選定“螺旋形”升坡展線的特殊設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了全國第一座螺旋型展線隧道。為順利升坡，水麻路沿老堡山山嘴螺旋式展線，盤旋而上，5次連續(xù)右轉(zhuǎn)回頭，于老堡山南腰螺旋交疊，然后轉(zhuǎn)東南沿復(fù)興河左岸前行。螺旋展線路段5525米，集中升坡88.91米，設(shè)分離式隧道一座，單洞長2332米；連拱隧道一座，單洞長840米；大橋6座，單幅長1951米；中橋一座，長65米。全部橋、隧均位于右偏螺旋曲線上，總轉(zhuǎn)角達(dá)330度，從空中鳥瞰，形似一個(gè)巨大的希臘字母“α”。展線段有橋梁，有隧道，其中的老店子1號(hào)隧道是標(biāo)志性工程。這座隧道位于右偏卵形曲線上，最小曲線半徑只有254米，最大橫坡7%，整個(gè)隧道總轉(zhuǎn)角約155°。如此大轉(zhuǎn)角的螺旋曲線和橋、隧相連，在全國高速公路設(shè)計(jì)中尚屬首例，在世界高速公路史上也極為罕見。
這一設(shè)計(jì)，克服了地形高差集中的難題，有效避開巖堆、懸崖、危巖等不良地質(zhì)，合理利用地形，不僅有利于水土保持、環(huán)境保護(hù)及運(yùn)營安全與暢通，還降低了工程施工難度，節(jié)省投資1.14億元，得到了國家交通運(yùn)輸部專家的贊同和認(rèn)可，開創(chuàng)了我國山區(qū)高速公路特殊展線思路的先河，該項(xiàng)目被評(píng)為“建國60周年公路交通勘察設(shè)計(jì)經(jīng)典工程”。隨后，螺旋型展線隧道的設(shè)計(jì)思路先后在云南水富至綏江二級(jí)公路新安隧道、香格里拉至麗江高速公路園寶山隧道以及四川省雅安至攀枝花高速公路干海子隧道等多個(gè)工程中推廣應(yīng)用。
烏蒙山中“編辮子”
昭（通）會(huì)（澤）高速公路原有道路為雙車道二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，路線全長100.9公里。全線長大縱坡路段有7段，其中最長一段魯?shù)榇罂谧訄嚎谥两锥伍L18.8公里，平均縱坡-3.7%；會(huì)澤邱家埡口至?xí)蓧巫佣伍L8.2公里，平均縱坡-4.1%。其余路段長均在3公里左右，平均縱坡4%左右。
在建設(shè)昭通至待補(bǔ)二級(jí)公路時(shí)，交通部批復(fù)文件明確指出：“起點(diǎn)（昭通）至?xí)啥渭s112公里，按遠(yuǎn)期擴(kuò)建為高速公路標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃設(shè)計(jì)，近期采用二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。”因此，在原二級(jí)公路設(shè)計(jì)、建設(shè)中充分考慮了遠(yuǎn)期擴(kuò)建方案對(duì)二級(jí)公路的利用，盡量避免出現(xiàn)廢止工程。在高速公路設(shè)計(jì)時(shí)，樹立100%利用已建半幅道路的目標(biāo)，宜合則合、宜分則分、宜橋則橋、宜隧則隧，靈活運(yùn)用設(shè)計(jì)指標(biāo)，合理采用技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，最大限度減少對(duì)已建半幅道路的影響與干擾，確保已建道路的安全、暢通。路線采用“平面分離、縱面分臺(tái)、交叉換岸、編辮子”的思路設(shè)計(jì)，充分利用地形，使下坡幅位于靠山一側(cè)。對(duì)于連續(xù)縱坡大于3%的路段（共7段），分兩種情況：一是3公里左右的路段（共5段），維持原道路縱坡，但調(diào)整橋上縱坡大于4%的路段；二是縱坡大于3%的較長路段，采取交叉換岸等形式，使下坡幅縱坡小于3%。在分幅、分離路段，適當(dāng)設(shè)置”U”形、“X”形等多種形式的連接，達(dá)到分幅路基使用上的完善。
昭會(huì)高速公路路線貫通長度106.207公里，全線采用四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)改擴(kuò)建，由于新建公路與原有二級(jí)公路頻繁交叉換岸，從空中鳥瞰，高速公路不少路段形似一條大辮子，因此，設(shè)計(jì)人員形象地把昭會(huì)高速公路的建設(shè)稱為“編辮子”。
南天門下8字展線
全長128.39公里的龍（陵）瑞（麗）高速公路在南天門路段遇上了難題。南天門段位于高黎貢山山脈南延部分，地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，褶皺、斷裂構(gòu)造形跡相當(dāng)發(fā)育，屬構(gòu)造剝蝕中山中切割長垣壟狀地形地貌區(qū)，地形起伏大，山高坡陡，峭壁聳立，巖體裸露，溝深林密，植被發(fā)育。從二關(guān)至南天門直線距離僅3公里，而海拔高程從1600米降至1100米，如何解決此段路線走向成了整個(gè)項(xiàng)目的關(guān)鍵。在初步設(shè)計(jì)中擬定了A、B、K、F、J和M共6個(gè)方案。其中A、B、K方案因平均縱坡過大，滿足不了《公路路線細(xì)則》對(duì)長大縱坡的要求，只做方案論證。J方案為自然展線，里程最短，走向最順捷，造價(jià)最省，但走廊帶遠(yuǎn)離控制點(diǎn)，而且互通設(shè)置和施工進(jìn)嘗構(gòu)件預(yù)制難度都比較大，還易造成對(duì)環(huán)境的破壞。F方案通過螺旋展線克服高差，線位布設(shè)于G320上方，里程長、工程量大、造價(jià)高，而且施工期間對(duì)G320干擾大，無法避讓國防軍事設(shè)施。通過比對(duì)，設(shè)計(jì)最終選定8字展線的M方案作為南天門段實(shí)施方案。
龍瑞高速公路南天門路段。從路上看，雖然看不出“8”字展線的全貌，但依然能看出公路在山間環(huán)繞的氣勢(shì)。
M方案起點(diǎn)位于龍陵城西三家村，路線前行約2.5公里后開始沿西南側(cè)山腰展線降坡，穿茅草坪山，跨周家田河，經(jīng)奔龍坪，前行7公里左右到達(dá)壩田河。接著，路線先左轉(zhuǎn)238度迂回向北穿茅草坪山，再右轉(zhuǎn)245度向南達(dá)南天門，爾后沿壩灣河右岸山腰展線降坡，經(jīng)橄欖坡、新寨后山至那里，路線前行約500米后設(shè)芒市互通連接德宏州府繼續(xù)沿芒市壩西側(cè)山腳布線，止于允門，路線長39.97182公里。
8字形展線由回頭展線、螺旋展線變化而來，是利用山脊或河谷布設(shè)一對(duì)轉(zhuǎn)角大于180度滿足線形指標(biāo)的反向曲線來實(shí)現(xiàn)增長里程克服高差的展線方法，因其路線形似8字，稱之為8字展現(xiàn)。在國內(nèi)外已建或在建的高速公路中，龍瑞高速公路之前，8字展線還沒有先例。
險(xiǎn)路系上“安全帶”
據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，我國每年發(fā)生一次死亡10人以上的特大惡性公路交通事故近百起，其中翻下陡崖峭壁和橋梁的交通事故占80%左右。陡崖峭壁路段發(fā)生惡性交通事故，被人們稱之為交通事故的“黑點(diǎn)”。要使陡崖峭壁路段不再成為交通事故的“黑點(diǎn)”，其中一項(xiàng)措施就是在這些路段設(shè)置有效的防護(hù)欄，防止事故車輛墜入山崖。
昆石高速公路陽宗海路段的安全護(hù)欄
隨著高速公路不斷向山嶺重丘區(qū)延伸，不少路段要穿行于陡崖峭壁、深溝大壑之間，設(shè)置有效的護(hù)欄成了一個(gè)亟待解決的課題。2001年8月，交通部將《公路陡崖峭壁護(hù)欄開發(fā)研究》列入西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目，云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院參加了這一課題的技術(shù)攻關(guān)。
課題組經(jīng)過3個(gè)多月的調(diào)查了解到，我國山區(qū)高速公路的護(hù)欄大多采用波形梁鋼護(hù)欄，基礎(chǔ)采用打入式或埋置式。前者用打樁機(jī)將立柱按設(shè)計(jì)深度直接打入路基中；后者在路基上挖出洞坑，將立柱置入，再用混凝土將洞坑填滿。在高邊坡、高擋墻路段，有的雖然設(shè)置了混凝土護(hù)欄，卻大都采用的是直接埋入路基中的坎鎖式基礎(chǔ)，這些護(hù)欄由于基礎(chǔ)較淺，容易被汽車撞倒。
課題組把選擇護(hù)欄的基礎(chǔ)形式作為開發(fā)陡崖峭壁護(hù)欄結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵一步，通過對(duì)L式、直壁式、座椅式3種土路基上的護(hù)欄基礎(chǔ)形式進(jìn)行分析研究，確認(rèn)座椅式基礎(chǔ)穩(wěn)固性最好，可以利用路面結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生的抗力來提高護(hù)欄的穩(wěn)定性。接著，他們又采用理論分析、模型試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬和實(shí)車碰撞實(shí)驗(yàn)等對(duì)護(hù)欄進(jìn)行造型、優(yōu)化設(shè)計(jì)和功能檢驗(yàn)評(píng)價(jià)，成功地開發(fā)出高速公路座椅式混凝土護(hù)欄、一般公路座椅式混凝土護(hù)欄、高速公路三波梁護(hù)欄三種安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的護(hù)欄結(jié)構(gòu)形式。試驗(yàn)工程選在昆（明）石（林）高速公路和元（江）磨（黑）高速公路上進(jìn)行，選擇具有陡崖峭壁路線特征的高擋墻、高邊坡、路側(cè)特別危險(xiǎn)的路段設(shè)置新型護(hù)欄。這種新型護(hù)欄改善了護(hù)欄基礎(chǔ)的受力狀態(tài)，提高了護(hù)欄的穩(wěn)定性，為陡崖峭壁護(hù)欄防護(hù)能力的發(fā)揮提供了保證。
陡崖峭壁公路護(hù)欄好比汽車上的“安全帶”，在一定程度上防止發(fā)生事故的車輛沖下陡崖，大大減少事故的損失。
自救匝道助駕駛員解危難
云南特殊的地形地貌決定了高速公路不可避免地會(huì)有一些長陡縱坡加急彎組合，為提高這些路段的行車安全系數(shù)，設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)了相應(yīng)的“自救匝道”，如保（山）龍（陵）高速公路采用擦碰式自救匝道；石（屏）紅（龍廠）高速公路采用與主線縱坡一致的下坡式自救匝道；蒙（自）新（街）高速公路采用網(wǎng)索式自救匝道。
保龍高速公路“自救匝道”的提示牌
保龍高速公路是長下坡路段比較多的一條高速公路，其中有30.9公里連續(xù)長下坡高差達(dá)到1261米。在公路選線階段，設(shè)計(jì)人員便考慮到通車后的運(yùn)營安全，在常規(guī)選線的基礎(chǔ)上，利用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，從均衡性、連續(xù)性綜合考慮路線走向和銜接，通過三維仿真分析，聽取交警和路政部門的意見，確定自救匝道的合理設(shè)置地點(diǎn)，全線設(shè)有加水點(diǎn)3處、自救匝道11個(gè)、臨時(shí)?？奎c(diǎn)64個(gè)。自救匝道還具有自動(dòng)測(cè)速、報(bào)警和錄相的功能。
在保龍高速公路起點(diǎn)路段，公路上方有這樣一塊醒目的標(biāo)志牌：陡坡40公里，自救匝道4處。大型車輛，減檔控速。車輛繼續(xù)往前行，標(biāo)志板會(huì)隨時(shí)提醒駕駛員離自救匝道還有多少米，自救匝道還剩幾處。一位安徽的大貨車駕駛員第一次跑保龍高速公路，由于坡大，加之剎車管掉了，車輛失去控制。按標(biāo)志牌的提示，他想法將車子開進(jìn)了自救匝道。這次，他是與兒子一起來云南的。他感慨地說：“要是沒有自救匝道，我們父子倆可能就送命了！”保山市辛街駕駛員李朝芳經(jīng)常跑保龍路。他說：“跑這條路心上不累，比較輕松。因?yàn)槁飞吓R時(shí)?？奎c(diǎn)多。開貨車下坡時(shí)剎車容易疲軟，在臨時(shí)停靠點(diǎn)檢查一下就放心了。再不行還有自救匝道。由于有了這些設(shè)施，開起車來，心里也輕松得多。”
