■宋瑞宽

（福建省交通规划设计院有限公司，福州 350004）

1 工程概况

乐业县，隶属于百色市，位于广西壮族自治区西北部，地处云贵高原东南麓，被誉为“世界天坑之都”，包含大石围天坑群、穿洞天坑、黄猄洞天坑，以上天坑与布柳河、罗妹洞共同被称作“世界地质公园”。

乐望高速公路， 即梧州-乐业公路乐业至望谟（乐业段）（以下简称“本项目”）见图1，是广西高速公路网规划“横五”梧州（粤桂界）至乐业（黔桂界）的重要组成路段，是广西北部地区连接广东沿海发达地区的重要通道，承担着横贯广西并衔接贵州和广东两省的重要功能。 项目建设将进一步完善广西高速公路网， 对提高桂北交通效率和运输能力、衔接广东发达地区、加强西南出海大通道建设、促进桂北地区经济发展具有十分重要意义。

图1 项目地理位置示意图

2 工程建设条件

2.1 地形地貌

乐业县境内地形起伏大，西南地势高，最高峰海拔约达2000 m；东、西、北地势低，红水河谷最低海拔约250 m。在复杂地质构造作用下，地层褶皱起伏，加之流水的侵蚀，地表遭受强烈切割，形成山高谷深的典型地貌景观。

本项目沿线的地貌类型为：构造—侵蚀中低山地貌、 溶蚀—侵蚀岩溶中低山峡谷地貌， 以及构造—溶蚀峰丛洼地、谷地地貌（图2）。

图2 沿线构造—溶蚀峰丛洼地、谷地地貌

2.2 地质构造

乐业县境属广西“山”字型构造前弧西翼西侧、川滇“之”字型构造尾部的北侧，以及南岭纬向构造带西端三者相互叠加复合部位。 一系列NW、NE 向延伸展布的褶皱（金竹洞背斜、老山背斜、武称向斜等）和断裂（浪全断裂、斑鸠井断层、乐业断裂等）组成了著名的乐业“S”型构造（图3）。

图3 区域地质构造纲要图

2.3 地震

乐业县自1875 年有地震记载以来， 最大震级地震为6.5 级， 于1875 年6 月8 日发生在乐业、罗甸间，其余均在5 级以下，区域地壳次稳定，具备发生中强地震的地质背景。 本项目全线地震动加速度反应谱特征周期为0.35 s。 地震动峰值加速度均为0.10～0.15 g，地震基本烈度为Ⅶ度。

2.4 岩溶

沿线碳酸盐岩区在地下水的作用下，形成独特的岩溶地貌。 岩溶个体形态主要有溶沟、 石芽、峰丛、溶蚀洼地、溶洞、岩溶漏斗、落水洞等，溶洞地形见图4。溶洞的发育程度和延伸方向主要与岩性、地下水和构造关系密切。

图4 溶洞地形

项目沿线发育的岩溶对六为隧道、 花坪2# 隧道、达记1# 隧道、达记2# 隧道、运赖隧道、大土大桥、运赖特大桥建设影响较大，工程施工可能遭遇溶洞、暗河。

2.5 地下河

落水洞与地下河相连，成为洼地下部地下河的主要补给通道。本项目跨越百朗地下河（图5）。百朗地下河属红水河一级支流，发源于乐业县西南部的甘田镇达浪村， 在伏流洞潜人地下， 流经逻沙、乐业、上坝、花坪等地，出口在幼平乡百中村百朗屯南3.5 km。 百朗地下河系由主流及11 条支流构成，源头高程1 052 m， 出口高程375 m， 主流长度64.2 km，支流长度共159 km，河道坡降10.51‰，集雨面积835.5 km2，其中岩溶面积597 km2，非岩溶面积238.5 km2。

图5 百朗地下河示意图

受乐业“S”型构造的控制，地下河系平面展布为一近似的“S”型，与区域构造线趋于一致。 地下河位于大石围天坑底部的溶洞中，洞顶围岩厚度大于400 m，溶洞规模较大，洞底一般宽30～50 m，局部洞段达150 m，两侧为基岩陡壁，高30～80 m。

受百朗地下河的影响，境内基本无大型地表水系发育。

3 工程总体设计

3.1 路线设计

3.1.1 主要制约因素

（1）大石围天坑国家地质公园；（2）雅长兰科国家级自然保护区；（3）大利水库、上岗水库、那桂水库水源保护区、鸡公岭水源保护区；（4）乐业县运赖金矿、方解石矿等；（5）乐业机场、规划铁路；（6）地形起伏，高差大，地质条件复杂。

3.1.2 选线原则

（1）路线应符合广西交通运输发展格局，符合广西高速公路网规划；（2）路线应符合沿线城市及乡镇的总体规划，充分服务于沿线城镇经济及社会发展；（3）路线应处理好与相交路网的关系，路线走向尽可能顺捷；（4）路线方案选择时应妥善处理好与沿线敏感点的关系，尽可能规避；（5）坚持地质选线，最大程度避开地质不良路段[1]；（6）路线设计应充分考虑隧道洞口成洞条件、洞身埋置条件、高墩大跨桥梁布置条件、互通立交布设条件；（7）利用地形升坡展线，合理控制平均纵坡。

3.1.3 路线走廊带方案比选

本项目总体走向为：凤山县—乐业县—望谟县蔗香镇。 根据乐业县、凤山县位置关系；乐业县敏感点分布、乐业县城、沿线乡镇分布情况，本次共布设了北线（K1 线）、中线（K2 线）、南线（K3 线）以及南线+中线（K 线）4 个大走廊带方案比选（图6），相关里程见表1。

图6 路线走廊带方案示意图

表1 各走廊带方案路线里程比较

北线（K1 线），拟建段工程规模最小，但由于偏离乡镇及县城太远， 带动沿线乡镇经济作用弱，地方明确反对。 中线（K2 线），拟建段工程规模最大，行车总里程最长；避开了雅长兰科保护区，但同K1线，偏离乐业县城太远，不利于带动沿线乡镇经济发展，地方不赞同。 南线（K3 线），行车总里程最短，有效服务乐业县城、大石围天坑群景区，兼顾花坪镇、雅长乡，由于穿越雅长兰科保护区，影响缓冲区及核心区，不符合相关要求。 南线+中线（K 线），规模适中，干扰最少，可以更有效地服务乐业县城、大石围天坑群景区、花坪镇，也符合地方利益，因此推荐K 线方案。

3.1.4 局部路落方案比选

在K 线走廊带内，根据地形、地质条件进行地质选线，并结合沿线城镇规划、自然景观以及永久基本农田占用情况等， 利用1∶2000 地形图拟定不同的路线方案进行比选：（1）提出详细论述比较方案4 段，分别为同乐隧道段（K、L1）、达记段（K、L2、L3、L4）、巴 蕉 段 取 直 比 较（K、L5）、坝 岩 寨 段（K、L6），论述比较方案里程达36.9 km；（2）提出同深度比较方案4 段，分别为大石围段（K、A）、达记段（K、B）、巴蕉段（K、C）、丁龙段（K、D）里程达30.270 km。

达记路段是全线地质条件最复杂、工程难度最大的路段，岩溶洼地密布，现场勘察亦发现多处落水洞。 本段从工程规模及对岩溶洼地的处理方式，布设了K 线和B 线进行比选，见图7。

图7 达记段（K、B）路线方案示意图

K 线主要以隧道穿越，离村庄较远，少拆迁5 295.6 m2，少占基本农田4.15 hm2；B 线部分路段采用路基填筑，消化周边弃方，节约造价3 967.9 万元；B 线沿线溶洞、溶蚀洼地较K 线发育，不利于施工安全性和结构稳定。 经综合比选，该路段推荐K 线方案。

以上其余7 个路段，通过对工程地质、水文条件、占用基本农田、自然环境、施工难易、工程造价、地方意见、对促进沿线经济发展作用等方面综合研究比较，均推荐K 线方案。

3.1.5 纵面设计

本项目从坝岩寨至红水河路段， 路线连续下坡，利用地形条件进行下坡展线，合理控制平均纵坡（图8）。 该路段路线里程为27.05 km，两侧高差627 m，平均纵坡为2.32%；其中运赖至巴蕉路段，路线里程为8.29 km， 高差244 m， 平均纵坡为2.95%， 各个路段纵坡/坡长均符合JTG D20-2017《公路路线设计规范》8.3.5 规定。

图8 坝岩寨至红水河段纵面示意图

3.2 岩溶路基设计

3.2.1 岩溶路基处理原则

（1）细致勘察，科学评估；（2）预防为主，防治结合；（3）因地制宜，经济合理；（4）安全可靠，便于施工。

3.2.2 岩溶水处治措施

岩溶地区地表水与地下水联系密切且复杂多变，碳酸盐岩溶蚀作用强烈，是导致路基冲刷淘蚀等工程病害的主要因素[2]。 因此，岩溶水控制是岩溶地区公路工程病害处治的关键，本工程拟采用以下4 类措施：

（1）截流

截断岩溶水的渗入或降低某一范围水位，使路基免受岩溶水的影响，适用于流量较小，但水路复杂、出水点多、影响范围广、水流分散不易汇集等地段，如成群的岩溶泉处理。 截流工程措施有截水盲沟、截水墙、截水洞等，设置方向与水流方向垂直。

（2）排泄

排泄措施适用于流量大而集中的岩溶水处理。对常流的间歇性岩溶水，尤其当流量、流速较大，或直接影响当地农田灌溉的岩溶水都应考虑采用排泄处理措施。 排水设施所设方向常与水流方向一致，工程措施有泄水洞、管道、桥涵及明沟等。

（3）疏导

主要处理路基基底处出水量较大的岩溶泉及季节性冒水洞，采用竖井+涵管或封堵+涵管等综合措施将水流引出路基外，并保持地下管道水汽压力与地面一致，防止水汽压力骤变对路基产生冲击或真空吸蚀。

（4）跨越

跨越有桥跨、涵跨等措施。 桥跨适用于流量较大的暗河、冒水洞或消水洞等，涵跨适用于一般岩溶泉。 在跨越季节性或经常性积水而水深不大的溶蚀洼地时，可采用填石透水路堤。

3.2.3 漏斗、洼地路段排水设计

项目沿线分布溶蚀洼地、漏水洞、溶洞共38处，部分路段见表2。

表2 沿线岩溶路基漏斗、洼地路段列举

典型路段：K19+000～K19+480 路段设计情况如图9 所示。 由图可知，该路段位于乐业北互通区，地形平坦，四周都为水田，地表水、灌溉水系多且复杂，路线经过路段为该洼地较高点。 地表为冲洪积粉质黏土，据钻孔揭示，堆积物厚达33 m 以上，两侧中风化灰岩出露。

图9 K19+000～K19+480 路段溶蚀洼地

路线以桥梁形式跨越洼地，桥梁设计时桩端进入稳定地层。 排水方案：收集桥面及隧道水，设置引水沟，接入地方水系，采用自然消水为主的排水方式。

3.3 桥梁设计

3.3.1 设计原则

（1）桥梁必须服从于总体设计，其平面、纵面应与公路线形相融合[3]；（2）桥梁设计应满足技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理等要求，同时注重环保与景观需求；（3）抓住山区桥梁的特点，精心布跨，减少对自然环境的破坏，注重桥梁与周围环境的协调；（4）桥梁方案选择时，充分考虑施工场地、施工工艺、造价及工期，尽量选择标准化、系统化、便于施工及节约造价的方案作为推荐；（5）合理布孔和桥孔分联，充分考虑桥梁下部的刚度协调一致，达到最佳受力效果。

3.3.2 桥梁布设情况

本项目设拱桥1 座，为广西—贵州省交界处跨红水河的乐望红水河特大桥；连续刚构桥梁11 座，主跨分别为120、140、160 m，见表3；普通桥梁28 座，上构均采用T 梁；现浇箱梁桥1 座；钢箱梁桥2 座（谐里互通匝道）。

表3 连续刚构桥梁主跨跨径一览表

典型桥梁：雅长特大桥、乐望红水河特大桥设计情况如下。

（1）雅长特大桥

桥位区属剥蚀低山地貌， 地面标高在470～710 m，地形起伏较大，山间冲沟较发育。 桥址区地震动峰值加速度为0.15 g， 地震动反应谱特征周期为0.35 s，抗震设防烈度为7 度。

雅长特大桥是广西连续刚构第一高墩，最大主墩墩高158 m。 左桥上部结构采用9×40+（75+140+75）+10×40+（90+3×160+90）+15×40 m 预应力砼连续刚构+预应力砼T 梁；右桥上部结构采用10×39+（75+140+75）+9×40+（90+3×160+90）+15×39 m 预应力砼连续刚构+预应力砼T 梁， 下部结构桥墩采用箱形墩、实体墩、圆柱墩，桥台采用桩柱台，墩台均采用桩基础，见图10。

图10 雅长特大桥效果图

（2）乐望红水河特大桥

乐望红水河特大桥在乐业县雅长乡三寨村附近自南向北跨越红水河，连接广西和贵州。 桥位区属剥蚀丘陵夹山间河谷地貌， 地面标高在341～489 m，地形起伏较大。 红水河宽约300 m，最大水深约90 m，最高水位375 m，最低水位330 m。 受河水冲刷，河道两岸基岩出露，自然边坡稳定，地形坡度45°～55°， 无护坡。 桥址区地震动峰值加速度0.1 g，地震动反应谱特征周期为0.35 s，抗震设防烈度为7 度。

乐望红水河特大桥是世界第三大跨径钢管砼拱桥，主桥长528 m，计算跨径508 m。 主桥跨越红水河（Ⅲ级航道），结合通航、地形及地质情况，采用中承式钢管混凝土拱桥方案。 桥跨组合2×30+3×40+5×（4×40）+3×40 m 预应力砼T 梁+528 m 中承式钢管砼拱桥+2×30 m 预应力砼T 梁，桥梁全长1 701 m，见图11、12。

图11 乐望红水河特大桥立面图

图12 乐望红水河特大桥效果图

3.4 隧道设计

3.4.1 设计原则

（1）地质选线：隧道轴线选择尽量避免断裂构造等大的地质病害，轴线选择应以地质条件作为主控因素，隧道尽可能布置在地质条件较好的地层中[4]。 （2）洞口位置：以地形地质条件为首要控制因素，避免不良地质病害的影响，提倡早进洞、晚出洞， 减少洞口开挖， 做到洞口段无不良地质现象。（3）洞口形式：注重水保、环保，尽量减少对自然环境的破坏，洞门形式应和环境协调融合。 （4）在中、长、特长隧道内，紧急停车带、车行横通道的设置要方便紧急停车，便于检修和维护管理，人行横通道的设置便于人员紧急避难和疏散。

3.4.2 隧道布设情况

本项目主线共设置隧道22 765.5 m/19 座，其中特长隧道3 996.5 m/1 座，长隧道11 803 m/7 座，中隧道5 998.5 m/9 座，短隧道967.5 m/2 座；乐业北互通D 匝道设置中隧道611 m/1 座。 乐业北互通主线隧道、 乐业北互通D 匝道隧道、 花坪2 号隧道、达记1 号隧道等隧址附近分布岩溶洼地，测设过程加强水文地质调绘，详细分析地表水对隧道施工的不利影响，避免意外涌突水引发安全事故。

典型隧道：花坪2 号隧道设计情况如图13 所示。

图13 花坪2 号隧道平面布置图

花坪2 号隧道全长1 651 m， 隧道按分离式布设，进口采用端墙式洞门，出口采用削竹式洞门。 由图14 可知，隧道洞身围岩主要为碎块状强风化～微风化灰岩， 围岩级别主要为Ⅲ～Ⅴ级。 根据地质测绘、物探成果及钻孔揭示，岩溶发育区主要位于隧道南侧的二叠系上统合山组灰岩中，地表发育多处岩溶洼地和落水洞，隧道可能存在隐藏溶洞。

图14 花坪2 号隧道地质纵断面示意图

岩溶发育地段（305 m）采用S5-T 型复合式衬砌，采用洞内管棚超前支护，采用FD3 帷幕注浆堵水注浆。

3.5 互通立交设计

3.5.1 设计原则

（1）互通立交总体布局与区域路网、沿线城镇总体规划相吻合，辐射周边地区，带动沿线经济发展；（2）互通立交选用的型式和规模，应满足交通功能需求、适合现场情况、便于运营管理，并获得最大的社会经济效益[5]；（3）互通立交选址以集约用地为目标，有效利用土地资源，做到不占或少占永久基本农田；（4）互通立交作为高速公路绿化景观的关键节点，注重景观提升，打造和谐绿色的高速公路。

3.5.2 互通布设情况

本项目共设置互通3 处， 依次为谐里枢纽互通、乐业北互通以及大石围互通，分别与乐百高速、G212 以及X790 衔接。

典型互通：谐里枢纽互通、乐业北互通设计情况如下。

（1）谐里枢纽互通

谐里枢纽互通位于乐业县谐里村，主要解决本项目与既有乐业至百色高速之间的交通流转换功能， 受地形限制交叉处两条高速标高相差85 m，难以设置十字枢纽，故而在交叉处东南向约4.4 km 处设置双T 型枢纽互通，见图15。

图15 谐里枢纽互通方案平面示意图

（2）乐业北互通

乐业北互通位于乐业县城北侧，互通布置于同乐至上岗隧道群之间，受地形条件制约，本互通需设置主线隧道及D 匝道隧道，见图16。

图16 乐业北互通方案效果图

设计采用单喇叭A 形互通式立交，互通匝道及连接线于乐业县新区向北侧沿山边展线，接入国道212 线，并对现状国道212 线改线。

4 K 线方案工程规模及适应性分析

4.1 K 线方案工程规模

本项目拟采用双向4 车道、设计速度100 km/h的高速公路标准修建，推荐K 线方案主要工程数量见表4。

表4 K 线方案主要工程数量

4.2 工程适应性分析

（1）经过对多个路线走廊带的认真研究、对比分析，推荐的路线方案基本避让了各种敏感制约因素，也符合地方需求；（2）通过地质测绘、物探、钻孔等手段，进行地质选线，最大程度避开地质不良地段，提高工程安全及稳定性；（3）选线过程严格贯彻“实行最严格的耕地保护制度”精神，绕避村庄密集区，最大程度减少基本农田占用，减少拆迁量；（4）利用地形克服高差展线，合理控制长下坡路段平均纵坡，确保行车安全；（5）结合截流、排泄、疏导、跨越等措施，合理处治岩溶水，确保路基及桥隧构造物的稳定及安全；（6）服从总体设计及路线的平纵面布设情况，结合地形地貌条件，合理布设高墩大跨桥梁，使天堑变通途；（7）根据勘察资料、水文地质专题成果，摸清隧道路段地质情况，确保隧道工程的安全与稳定；（8）结合沿线城镇总体规划布局，合理选用互通的型式和规模，服务社会经济发展，造福地方百姓。

5 结语

本项目位于百色市乐业县境内，受复杂的地形地质条件以及诸多敏感因素制约，工程选线是一项困难的工作。在近1000 km2的区域内寻找一条合理可行、节约便捷的路线走廊实属不易，设计人员潜心研究方案，花费了大量时间和精力；设计成果获得业主的好评：“崇山峻岭中只有一条狭缝可以通过，被你们寻找到了！ ”由于建设条件的复杂性，本项目路基、桥梁、隧道以及互通等专业的设计工作同样复杂，但功夫不负有心人，通过项目组全体成员的共同努力，顺利完成了项目设计工作。 回顾项目设计过程， 鉴于岩溶地区工程建设的复杂性，特总结本项目的技术积累，可供其他项目参考。