孙鹏辉 陈友平(工程设计院)[摘　要] 宝泉抽水蓄能电站上下库连接公路，是宝泉电站工程施工及运行管理专用公路的核心部分，公路全长19.9km，路线高差大，地形复杂，边坡陡峻，公路路线的选择不仅受地形的制约，同时须考虑宝泉抽水蓄能电站施工总布置、电站运行期交通要求等方面的因素，做到公路与电站总布置“相互协调、总体最优”是上下库连接公路设计的关键。[关键词] 制约因素 地质复杂 线路方案比选 设计特点     1 工程概况    上、下库连接公路是本工程上水库的主要运输线路。除承担上水库范围内的施工运输外，生产混凝土、沥青混凝土等外来建筑材料及其它施工和永久机电设备的运输均由该公路承担。公路等级为山岭重丘区三级，设计荷载等级为汽-40，计算行车速度为30km/h。公路起点为现宝泉水库左岸潭头电站交通洞口，终点与上库大坝坝后的“之”字型道路起点相接。公路全长19.9km，由下库公路、转山公路、上山公路组成，共设隧道3座、涵洞55座、平面交叉1处、立体交叉1处，设计概算8 732.6万元。    宝泉电站上下库公路位于山岭重丘区，公路不仅受地形地质等因素的制约，在设计中还应满足以下限定条件：    (1)上、下库连接公路须经转山弃渣场、进厂交通洞口等位置，该路段的高程需保持在170.00m左右。与西沈庄～交通洞口线交接点高程为138.00m左右；与进厂交通洞出口延长线接点高程为145.00m左右。    (2)上、下库连接公路布置应考虑与引水中平洞施工支洞(6号施工支洞)的方便连接。    (3)从山下到宝泉村的地方道路，由于到山西运煤的地方车辆路过时事故不断，堵车现象严重，应尽量避开地方道路。    (4)下库公路段为改建公路，目前已有的公路靠山体侧有引自潭头电站的尾水渠通过，公路改建后须保证该段渠道的畅通和便利检修。    因此，综合考虑工程的各种条件和制约因素，遵守标准和规范，做到线形的连续、均衡与协调，力求工程设计经济合理，技术先进。2 地质条件    公路沿线地形陡峻，高差悬殊，起迄点高差达454m，最大高差达588.88m，为山岭重丘区。杂草丛生，荆棘遍地，通视通行程度差。同时，沿途地层岩性差异很大，构造发育，不良地质现象特别是塌滑体、倾倒体随处可见，工程地质条件异常复杂。    公路将穿越的基岩地层由老到新、出露高程由低到高依次为太古界登封群片麻岩、元古界中统汝阳群浅变质石英砂岩和下古生界寒武系页岩、泥灰岩、灰岩等。    公路将穿越的主要断层有葫芦串断层束、峡口断层、马武庄断层、老爷顶断层等。区内发育多种不良地质现象：塌滑、崩塌、岩体的风化等。3 方案设计与优化    从枢纽布置、施工布置、地形及现有交通状况等角度出发，对上下库连接公路分三段进行设计。下库公路(潭头电站交通洞口～富庄)为改建，公路长5.2km，设隧道2处(总长115.2m)，涵洞10座，该路段解决了潭头电站尾水渠问题；转山公路(富庄～进场交通洞口)长2.3km，设有涵洞13座，该段经过转山渣场和进场交通洞口，高程满足限定条件要求；上库公路(进场交通洞口～上库坝后)地形复杂，高差大，设计中进行了三个线路方案的比选。3.1 线路方案    方案一：进场交通洞口～上库坝后道路，该路线基本避开了老路，与老路有2处交叉，可以形成场内专线道路。同时，为避开龟山石料场开采的影响，在龟山东侧自上库大坝坝后至老爷顶东北方向开挖一条长约900m的交通隧道，避开绕老爷顶段公路的改建。该方案路线总长度12 396m。设隧道1处，长900m；立体交叉1处，设交通涵1座；环行交叉1处；涵洞32座。总投资5419.2万元。    方案二：利用老路所在区域较为有利的地形地质条件，新建交通洞口～坑家庄段，改建坑家庄～宝泉村东段，新建宝泉村东～上库大坝后道路路段。同时，为避开龟山石料场开采的影响，在龟山东侧修建一条长约602m的交通隧道。该方案在桩号K7+500～K8+700和K10+420～K13+550两处约4 330m利用了老路，路线总长度14 247m。    全线设隧道1处，洞长602m；涵洞35座；总投资5 185.3万元。    方案三：为方案二和方案一的组合方案，前半部分利用方案二，桩号从K0+000～K9+700；后半部分利用方案一，桩号从K9+700～K12+852.2，保留方案一中900m长交通隧道。自进厂交通洞口至交通隧道大部分为新建公路，局部地段利用老路1 200m，路线总长度13 852m。    设隧洞1处，总长900m；涵洞34座；总投资5180.6万元。3.2 方案比选    针对三个线路方案，考虑到工程对该道路的使用要求，建设费用的合理性、施工的可操作性及地方运输对道路的影响等各种因素，通过线路布置对主要技术指标和投资等进行分析比较，以确定线形较好，运行安全性高，施工干扰相对较小的方案。    (1)方案一：路线平均纵坡相对较大，路线长度较方案二和方案三为短；线型较好，行车安全性高；路线布置基本避开了与龟山料场开挖道路的交叉，避免了山洪冲毁道路的危险，选择了在老爷顶附近展线，线路方案可行，技术指标满足规范要求。同时线路布置基本避开了老路，新线的施工对老路的运输基本无影响，新线通车后地方车辆无法进入，可作为电站施工期、运行期的专用公路。    (2)方案二利用了坑家庄～宝泉村东的原有简易道路的地形，重新进行线路布设，技术上可行，按三级公路标准进行平面布置及展线难度不大；但路线长，平均纵坡相对较小，全线转角点较多，施工过程的可操作性也较差。路线隧洞穿越塌滑体，隧洞地质条件较方案一差，存在滑坡的危险；局部(老爷顶附近)布线回头曲线集中。另外，目前坑家庄至宝泉村东的道路运输较为繁忙，改建原道路的施工，必将中断该道路，施工期难以保证畅通，与地方交通运输干扰较大；在道路建成后的运用期间，工程施工及工程管理的运输与地方运输将产生较大矛盾，严重影响该公路的运输管理。    (3)方案三利用地形地势，充分利用现有道路处的地形条件自由展线，缩短了路线长度，基本避开了现有公路，但与地方交通运输仍然有干扰，在道路建成后的运用期间，公路的运输管理与地方运输的矛盾得不到明显改善。该方案的特点是路线布置避免了集中布线的现象；线路线型较好，工程量相对方案一较小，投资较少。但方案二中的交通干扰问题仍没有解决，存在局部回头曲线集中的问题。    经过对三个设计方案比较，方案一路线转角点及回头曲线相对较少，平面布置基本上都满足山岭重丘区三级公路技术要求，线形较合理，整个路线布置避开了老爷顶处的复杂地质地带；该方案施工干扰相对较小，运行条件较好，后期运行管理方便。投资虽然较方案二和方案三有所增加，但增加量有限。综合比较，选用方案一进行设计。4 设计特点4.1 路线设计    通过充分现场查勘、选线，采用多方案比选方法进行上山公路路线的选择，使选定的路线方案在平、纵、横三方面的组合合理，设计中尽量采用较高的技术指标，使线形要素均衡、连续，并与周围环境协调。    下库公路是改建公路，由于在现有公路内侧有潭头电站尾水引水渠，引水渠长3.1km，宽约3.2m，深1.8m。对现有水渠进行改建，并确保现有水渠的设计过流量，该路段必须进行扩宽，同时由于原有公路狭窄，山坡陡峻，开挖时必将增加边坡高度，带来安全隐患。路线确定时考虑了尾水引水渠问题，在确保线形质量的同时，引水渠按不同路段设置在公路的内侧、外侧和与公路相交叉。4.2 路基设计    本工程路线大部分行走在高山峻岭之中，山高坡陡，路基形成比较困难，因此，路线设计时尽量降低线位，形成路堑断面，减少填方，以保证路基稳定。路堑挖方高度一般5～20m，局部边坡达32m左右。路基断面有半挖半填(砌挡墙)断面、填方断面、全开挖断面几种形式。    路基边坡开挖坡比根据不同路段的地质情况和岩体结构确定，开挖坡比有1∶0.1、1∶0.3、1∶0.5、1∶0.75等。边坡防护有浆砌石护面墙和锚喷支护两种型式。    填方路基全部采用填石路基。路基填方坡比一般为1∶1.3和1∶1.5。高填路堤的路段根据实际情况采用浆砌块石挡土墙，高挖路堤的路段根据开挖面的稳定性程度而修筑护坡和挡渣墙。路基挡土墙有直立式、衡重式和仰斜式三种。4.3 路面设计    上山公路路面宽为7.0m，其余路段为8.0m，均为双车道，设有超高和加宽，路面最大加宽值为2.0m，路面采用双向坡，路面及路肩横坡一样，均为2%。路面结构采用混凝土路面，路面面层厚30cm。路基为岩基时，不设基层，设10cm碎石整平层。填方路基的面层下设20cm厚水泥稳定碎石基层。4.4 涵洞设计    涵洞的结构类型采用预制钢筋混凝土盖板涵、圆管涵二种形式。盖板涵下部的重力式墩台，基础和底板均为浆砌石结构，采用M7.5号水泥砂浆砌30号块石。盖板采用C25预制钢筋混凝土矩形板。涵洞设计荷载标准为汽-40级。    涵洞进口有八字翼墙和跌水井两种，出口根据路基有无挡墙设置一字墙出口、八字翼墙出口或直接接排水沟。4.5 隧道设计    本道路共布设隧道3座，断面为城门洞型，底宽8.5m，洞高6.6m。上库公路隧道长890m，隧道为直线洞，洞身最大埋深200m。下库2座，隧道总长115.15m，洞身最大埋深130m。     隧道洞口内设置加强衬砌段，长度伸入洞内15m；根据洞身围岩情况采用衬砌或锚喷支护。4.6 环境保护设计    由于上库区道路开挖量大，填方相对少，弃渣约24万m3，为确保公路的施工不给周围的环境带来较大的影响，设计中对弃渣进行了规划和堆放。根据沿线地形情况，将渣场一般布置在荒废的山沟和荒坡处，并做好表面覆盖、整理、排水和保护工作，以免破坏耕地和旅游资源。5 结语    宝泉抽水蓄能电站上下库连接公路作为电站的主要场内干线公路于2003年3月底开工，并于2004年5月建成投入运行，为主体工程顺利施工提供了可靠保证，为工程的运行管理提供了便利条件。