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        樂百高速公路路線方案三維優(yōu)化技術(shù)分析

        2016-08-05 03:27:12馬長(zhǎng)明
        黑龍江交通科技 2016年6期
        關(guān)鍵詞:工程造價(jià)

        馬長(zhǎng)明

        (北京建達(dá)道橋咨詢有限公司,北京 100015)

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        樂百高速公路路線方案三維優(yōu)化技術(shù)分析

        馬長(zhǎng)明

        (北京建達(dá)道橋咨詢有限公司,北京100015)

        摘要:隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和全社會(huì)信息化意識(shí)的發(fā)展,數(shù)字公路、智慧公路建設(shè)開始全面加速,傳統(tǒng)的二維矢量數(shù)據(jù)在表達(dá)上缺乏直觀性,已難以滿足科學(xué)化精細(xì)化規(guī)劃審批工作的需求。以樂業(yè)至百色高速公路為依托工程,在路線規(guī)劃過程中,利用數(shù)字地形模型,考慮各種基本的和特殊的因素,對(duì)路線進(jìn)行三維優(yōu)化分析,較短時(shí)間內(nèi)選擇出經(jīng)濟(jì)合理的路線方案,大幅度降低工程造價(jià),為同類工程優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

        關(guān)鍵詞:智慧公路建設(shè);路線規(guī)劃;三維優(yōu)化分析;工程造價(jià)

        0工程概況

        樂業(yè)至百色高速公路是國(guó)家高速公路網(wǎng)G69(銀川至龍邦高速公路)的重要組成部分,也是廣西高速公路網(wǎng)布局中“縱7線”天峨(黔桂界)至龍邦高速公路的重要組成部分。本項(xiàng)目起點(diǎn)對(duì)接貴州惠水至羅甸高速公路,終點(diǎn)通過百羅高速與在建的百色至龍邦高速公路相連,途經(jīng)河池市的天峨縣、百色市的樂業(yè)縣、凌云縣以及右江區(qū)。該項(xiàng)目位于云貴高原向百色谷地的延伸過渡地帶,總體地勢(shì)特點(diǎn)是西北高東南低。根據(jù)項(xiàng)目走向沿線地形走勢(shì)呈“馬鞍形”,沿線以山地為主,峻嶺縱橫,山高坡陡,地形困難。沿線地貌類型主要有八種地貌形態(tài),存在地形、地質(zhì)條件較復(fù)雜,橋隧構(gòu)造物多,設(shè)計(jì)與施工技術(shù)難度大等問題。

        樂百高速公路按雙向四車道設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)時(shí)速為80 km/h,路基寬度24.5 m,最大設(shè)計(jì)縱坡為5%,圓曲線最小半徑400 m,汔車荷載等級(jí)為公路—I級(jí),路線主要工程技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

        表1 主要工程經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表

        續(xù)表1

        2路線優(yōu)化思路

        在樂業(yè)至百色高速公路項(xiàng)目中,1∶2000地形圖上具備完整的地物數(shù)據(jù),在進(jìn)行方案優(yōu)化之前,工程師對(duì)地形圖上的各種控制條件進(jìn)行了分類整理,然后分批導(dǎo)入曠達(dá)系統(tǒng)以控制優(yōu)化后路線方案的合理性。在方案優(yōu)化之前,該項(xiàng)目中主要設(shè)置了以下控制條件:

        (1)填挖限值:主要用于控制主線的橋梁、隧道和路基的分界和路基邊坡的高度。在該項(xiàng)目中,路線中線位置的填方最大高度一般控制為20 m,挖方最大深度控制為30 m。對(duì)于V型溝或U型溝等具備修建高路堤條件的路段,最大填方高度放寬至30~40 m,對(duì)于主線橫切山脊的挖方路段,路線中線位置的最深挖方深度放寬至40~50 m。全線的最高挖方邊坡原則上按照40 m控制,局部個(gè)別路段放寬至60 m,挖方路段的一、二級(jí)變坡坡率按照1∶0.75控制,三、四級(jí)邊坡坡率按照1∶1控制。

        (2)鐵路及高速公路:當(dāng)主線與既有鐵路和高速公路相交時(shí),采用主線上跨或下穿的方式通過。

        (3)國(guó)省道公路:當(dāng)主線同國(guó)省道等二級(jí)公路相交時(shí),原則上采用主線上跨或下穿的方式通過。對(duì)于主線同二級(jí)公路平行布線且地形條件受限時(shí),優(yōu)先滿足主線布線的需要,適當(dāng)?shù)馗囊贫?jí)公路。

        (4)農(nóng)村公路:在進(jìn)行主線方案優(yōu)化時(shí),原則上不考慮農(nóng)村公路對(duì)主線方案的交叉控制影響,在方案優(yōu)化結(jié)束后確定具體的線位時(shí),結(jié)合農(nóng)村公路同主線的交叉位置,為農(nóng)村公路預(yù)留需要修建通道的位置和凈空要求。

        (5)高壓線:在方案優(yōu)化時(shí),不考慮高壓線對(duì)主線方案走向的影響,在優(yōu)化結(jié)束后確定具體的線位時(shí),盡量避讓高壓鐵塔的位置。

        (6)河流:在方案優(yōu)化過程中,主線需要橫跨的河流以橋梁的形式通過。對(duì)于主線同河流平行布線且地形條件受限時(shí),局部路段結(jié)合實(shí)際情況適當(dāng)?shù)母囊坪拥馈?/p>

        (7)城鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū):采用主線繞避的方式通過。

        (8)居民區(qū):對(duì)于成片區(qū)、成規(guī)模的人口聚集區(qū),主線采用繞避的方式通過,對(duì)于零星散落獨(dú)居的農(nóng)房,結(jié)合主線布線的需要,可考慮拆遷。

        (9)滑坡及溶洞:主線采用繞避的方式通過。

        (10)水庫(kù)等環(huán)境敏感區(qū):采用主線繞避的方式通過,條件受限時(shí),盡量減少主線對(duì)環(huán)境敏感區(qū)的干擾。

        3三維優(yōu)化技術(shù)分析

        利用地形圖建立三維地模后,定義好路線的起終點(diǎn)坐標(biāo)、幾何設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、費(fèi)用參數(shù)和控制條件后進(jìn)行方案的整體優(yōu)化,優(yōu)化情況如圖2所示。從圖上可以看出,一次性優(yōu)化后的路線方案基本涵蓋了地模上的所有走廊帶,其中最為經(jīng)濟(jì)的路線方案位于南通道走廊帶內(nèi)(藍(lán)色線位為經(jīng)濟(jì)路線方案)。將南通道走廊帶內(nèi)優(yōu)化后的路線方案同原設(shè)計(jì)線位進(jìn)行了對(duì)比,發(fā)現(xiàn)該路段內(nèi)有四處具有進(jìn)一步優(yōu)化的價(jià)值,在不降低技術(shù)指標(biāo)的同時(shí)可節(jié)約工程投資,分別是K12+300~K17+600路段,K19+900~K32+800路段,K33+300~K46+400路段,K48+400~K64+479路段。

        圖2 路線方案整體優(yōu)化示意圖

        圖3中藍(lán)色線位是優(yōu)化線位,紅色線位是初設(shè)線位。優(yōu)化線位從百樓一號(hào)隧道引出,過百樓一號(hào)大橋后,線位向西偏轉(zhuǎn),以路基的形式沿西側(cè)的山體布線,可縮減百樓二號(hào)大橋的規(guī)模。過百樓2號(hào)隧道時(shí)適當(dāng)提高路線的設(shè)計(jì)高程,由于百樓3號(hào)隧道的埋深相對(duì)較淺且該隧道山脊線的高程相對(duì)一致,提高設(shè)計(jì)高程后,可將百樓3號(hào)隧道調(diào)整為深路塹的形式通過,路線中線位置的挖深約55 m,路線兩側(cè)邊坡的最大高度約60 m。該路段經(jīng)優(yōu)化后節(jié)約工程投資約7 700萬元,主要工程數(shù)量對(duì)比見表2:

        圖3 K12+300~K17+600路線分段優(yōu)化示意圖

        圖4 K19+900~K32+800路線分段優(yōu)化示意圖

        表2K12+300~K17+600主要工程數(shù)量對(duì)比表

        序號(hào)指標(biāo)名稱單位曠達(dá)線位初設(shè)線位1路線總長(zhǎng)km536753232最小圓曲線半徑m5159613長(zhǎng)大下坡坡度/坡長(zhǎng)%/km//4挖方104m311638.45填方104m321.914.26借方104m3007棄方104m311659.98擋墻104m31.010.469挖方邊坡防護(hù)104m27.152.5610橋梁總長(zhǎng)特大橋大橋中橋m/座2075/702075/702393/702393/7011隧道總長(zhǎng)長(zhǎng)隧道中長(zhǎng)隧道短隧道m(xù)/座1215/30664/1551/21800/40725/11075/312征地104m320.213.913投資總額萬元6840076100

        圖4中,優(yōu)化線位自下老互通引出后,平面線位稍微東移,同時(shí)降低設(shè)計(jì)高程,可將交塘大橋調(diào)整為高路堤的形式通過。過交塘大橋后,優(yōu)化平面線位往東南方向調(diào)整,過下老隧道后,沿山體布線至百西隧道。優(yōu)化后線位與地形結(jié)合更好,可縮減百西1號(hào),2號(hào)大橋的規(guī)模。線位出百西隧道后,適當(dāng)降低路線的平面指標(biāo),利用溝渠兩側(cè)的地形以路基形式布線,同時(shí)線位向西北方向偏轉(zhuǎn),調(diào)整音里隧道的進(jìn)出口,可縮減音里隧道的長(zhǎng)度。巴勞一號(hào)大橋至邏西段,由于受河流切割的影響,兩岸地形比較凌亂,原初設(shè)線位主要沿河流中心布線,以橋梁的形式通過。通過優(yōu)化將該路段線位推至河流西側(cè)的山腳布線,以路基形式通過,在縮減橋梁工程的同時(shí)還可消減棄方。對(duì)占用河道的部分,對(duì)河道進(jìn)行改移,該路段經(jīng)優(yōu)化后可節(jié)約工程投資約21000萬元,主要工程數(shù)量對(duì)比見表3:

        4連接線優(yōu)化分析

        如圖5所示,樂業(yè)連接線的整體優(yōu)化來看,優(yōu)化結(jié)果主要有初設(shè)線位走廊和206省道走廊,其中絕大部分線位都集中在初設(shè)線位走廊內(nèi),驗(yàn)證了初設(shè)線位走廊選擇的正確性。將省道206走廊內(nèi)的曠達(dá)線位同原省道206線位進(jìn)行對(duì)比,由于樂業(yè)連接線的技術(shù)指標(biāo)較高,優(yōu)化線位基本不能同206線位吻合,因此沿206省道走廊布線也利用不上206省道的路基。

        表3K19+900~K32+800主要工程數(shù)量對(duì)比表

        序號(hào)指標(biāo)名稱單位曠達(dá)線位初設(shè)線位1路線總長(zhǎng)km13.19612.92最小圓曲線半徑m5277603長(zhǎng)大下坡坡度/坡長(zhǎng)%/km//4挖方104m32601895填方104m323590.16借方104m3007棄方104m396.71848擋墻104m32.260.89挖方邊坡防護(hù)104m219.812.210橋梁總長(zhǎng)特大橋大橋中橋m/座1799/701471/3328/44108/161929/31775/7404/611隧道總長(zhǎng)長(zhǎng)隧道中長(zhǎng)隧道短隧道m(xù)/座3925/502920/21005/34418/503548/2870/312征地104m358.942.213投資總額萬元117000138000

        圖5 樂業(yè)連接線整體路線優(yōu)化示意圖

        圖6 樂業(yè)連接線路線方案對(duì)比

        圖6中,藍(lán)色線位是優(yōu)化線位,紅色線位是初設(shè)線位,由于方案從起點(diǎn)至終點(diǎn)基本為持續(xù)上坡路段,且受地形的控制,因此曠達(dá)線位同初設(shè)線位在平面位置上差異不大,將兩條線位進(jìn)行綜合對(duì)比,主要差異為,優(yōu)化線位同地形結(jié)合更好,挖方數(shù)量少,填挖更為平衡。初設(shè)線位縱斷面主要為6%,3%縱坡的陡緩組合,路線的組合坡度超標(biāo),優(yōu)化線位大部分緩坡路段的坡度控制在2.8%左右,該路段經(jīng)優(yōu)化后節(jié)約工程投資約1 900萬元,主要工程數(shù)量對(duì)比見表4:

        表4 樂業(yè)連接線主要工程數(shù)量對(duì)比表

        5結(jié)語(yǔ)

        通過對(duì)擬建工程樂業(yè)至百色高速公路路線方案進(jìn)行三維優(yōu)化技術(shù)分析,可以得出如下結(jié)論和建議:

        (1)全路段經(jīng)三維線路優(yōu)化后,縮減橋梁約8 842 m,縮減隧道約4 242 m,全路段內(nèi)共節(jié)約土建工程投資約11.98億元。樂業(yè)連接線優(yōu)化里程7.2 km,縮減隧道約91 m,全路段內(nèi)共節(jié)約土建工程投資約1 900萬元。

        (2)通過三維優(yōu)化系統(tǒng)對(duì)路線方案進(jìn)行優(yōu)化分析,可幫助公路和鐵路規(guī)劃設(shè)計(jì)者在選線過程中綜合處理復(fù)雜的工程、地質(zhì)、自然環(huán)境、社會(huì)人文和行車安全等因素,降低和控制工程建設(shè)及運(yùn)營(yíng)成本,較短時(shí)間內(nèi)選擇出經(jīng)濟(jì)合理的路線方案。

        參考文獻(xiàn):

        [1]李德仁,邵振峰,楊小敏. 從數(shù)字城市到智慧城市的理論與實(shí)踐[J]. 地理空間信息, 2011,12(9-6):1-3.

        [2]王昌翰,李響. 二維GIS與三維仿真結(jié)合的城市規(guī)劃信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].城市勘測(cè), 2008,(3):10-13.

        [3]常新生,張怡,林駿. 鐵路線路整體優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)中人機(jī)交互模塊的設(shè)計(jì)[J]. 鐵道學(xué)報(bào),1994.

        收稿日期:2016-05-05

        作者簡(jiǎn)介:馬長(zhǎng)明(1984-),男,山東濰坊人,研究生,中級(jí),研究方向:道路路線。

        中圖分類號(hào):U412

        文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:C

        文章編號(hào):1008-3383(2016)06-0087-03

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