復雜控制因素下的橋梁改擴建路線方案研究
——以巫山龍門復線橋為例

趙禮昭, 鄒 云

(招商局重慶交通科研設計院有限公司, 重慶 400067)

巫山龍門大橋位于國家5A級旅游景區巫山小三峽景區龍門峽峽口處,跨越大寧河,是渝巴路在巫山縣的交通咽喉,是三峽庫區內從東到西的控制性工程,也是聯系巫山縣新老城區之間里程最短、最為便捷的公路通道,交通地位十分顯著,發揮著主干線的運輸作用。但由于建成時間較早,現狀龍門橋及引道僅為雙向2車道,而與兩側引道相接的道路均為雙向4車道,導致龍門橋在早晚高峰出現常態化擁堵,已不能滿足當下的交通需求,更是難以適應未來巫山縣交通發展的需要。為此,需盡快實施龍門大橋的改擴建,使之與周邊路網及交通量相匹配。

本文以巫山龍門復線橋路線方案為例,基于龍門橋的交通現狀,結合路線地形地質條件[1],研究了復雜控制條件下綜合最優路線方案,旨在為山地城市復雜控制條件下的橋梁改擴建方案研究提供指導與參考。

1 項目概況

本項目路線起點位于S103(平湖東路)與寧江路平交口處,終點設置在現狀S103與環湖景觀大道平交口處,路線全長約1.036 km,其中橋梁長約0.93 km。路線方案主要控制因素為龍門復線橋橋位、起終點現狀道路接線、地形地貌、橋頭兩端不良地質、周邊建構筑物。為確保路線方案充分服務巫山發展,結合多種控制因素,對橋梁改擴建方案進行研究[2]。

1.1 橋梁改擴建方案的主要控制因素

1) 起點接入寧江路高程及形式;

2) 終點接入濱江路高程及形式;

3) 現狀龍門大橋及連接線的平面線形及高程;

3) 龍門橋改擴建形式;

4) 大寧河洪水位;

5) 周邊建(構)筑物;

6) 二郎廟滑坡、龍門橋東崩塌體等不良地質。

1.2 項目范圍內主要地質風險

本項目擬建路線長度雖較短,但不良地質較多,如二郎廟滑坡、向家溝次級滑坡、龍門橋東崩塌體、橋頭順層等,對路線及結構物方案影響大。改擴建時,路線區不良地質的準確認識和安全合理的處治方案是項目成敗的關鍵。

1) 二郎廟滑坡、向家溝次級滑坡

二郎廟滑坡、向家溝次級滑坡位于三峽庫區治理范圍內,三峽庫區已蓄水多年,涉水岸坡的再造已基本完成,庫區蓄水的漲落對滑坡影響已基本消除,二郎廟滑坡、向家溝次級滑坡已根據各部位穩定性情況進行了工程治理,對穩定滑坡起到了一定作用。近些年,在二郎廟滑坡、向家溝次級滑坡體內,修建了一些公路、橋梁及民用建筑,經調查,這些構筑物未對滑坡穩定性產生不利影響。通過現場調查和資料收集,總體上,滑坡整體穩定性良好,在施工擾動或強降雨情況下,局部坡體有失穩的可能性。

2) 龍門橋東崩塌體

根據踏勘和收集資料,該段臨江下邊坡已采用護腳墻+坡面干碼片石防護治理,但因年久失修、干砌片石及岸坡土體出現局部垮塌;上邊坡采用擋墻+錨索框架梁進行防護,坡體無裂縫、錯臺等變形現象。龍門橋東崩塌體整體處于穩定狀態。

3) 龍門橋橋頭順層邊坡

龍門橋兩岸橋頭段,路線布設在山前斜坡地帶,巖層與路線呈順層狀,為順層邊坡。該段邊坡地形較陡,巖性為灰巖,強度高,層厚1 m～2 m,層間結構面為硬性結構面,強度較高,但巖層傾角30°,在施工擾動情況下,極易發生順層滑動,穩定性較差,如圖1所示[3-5]。

圖1 沿線不良地質分布

2 路線方案布置及比選論證[6]

2.1 龍門橋改擴建方式比選

1) 橋梁加寬方式

常規設計中,對既有橋梁改造加寬有3種方式:既有橋梁拼寬、既有橋梁拆除重建及新建分離式橋梁?，F狀龍門大橋為鋼管混凝土中承式拱橋,主孔跨徑240 m,主拱圈由鋼管混凝土上弦桿、空鋼管腹桿、鋼管混凝土下弦桿等組成,該橋于2010年建成通車,目前運行情況良好。由于大橋是拱橋形式,采用拼寬方式勢必會對主拱結構進行破壞,拼寬方式不可行。大橋是巫山縣城連接江東新城、巫山高鐵站的重要通道,若采用拆除重建方式,勢必會對巫山縣交通產生重大影響。綜上所述,橋梁加寬方式只能采用新建分離式橋梁,并需完善相應的施工交通組織設計,減少對現狀龍門橋行車的干擾,保障交通暢通。

2) 橋位比選

基于前期對項目區域內的地質條件、交通等情況進行調查,初步提出了位于現狀橋上游及下游2個橋位,如圖2所示。對比后發現,雖然下橋位路線總里程更短,但主橋橋梁規模更大,且主橋兩端直接位于二郎廟滑坡及龍門橋東崩塌體范圍內,建設運營風險極大,同時也不能改善現狀道路縱坡大,安全隱患大的問題;上橋位雖然路線總里程更長,但主橋橋梁規模更小,地質風險相對較小,且可解決現狀道路縱坡大的問題,故主橋橋位選擇在現狀龍門大橋上游90 m處[7]。

通過綜合分析,最終確定龍門橋采用新建分離式復線橋的改擴建方式,主橋選擇上橋位。

2.2 橋頭接線方案比選

由于本項目受到現狀道路、現狀龍門大橋、周邊建筑物、項目區域地質災害等情況的綜合影響,走廊帶基本唯一,在主橋橋位受限的情況下,對橋頭接線提出了方案1、方案2兩個方案來進行比選[8-10]。

1) 方案1路線布設

方案1路線起于巫山縣城現狀S103與寧江路平交口,緊沿平湖路向江東方向行進,先上跨一次現狀龍門橋西橋頭,跨江后再次上跨現狀龍門橋東橋頭,最后與現狀S103、濱江路平交,路幅寬度12 m,單向雙車道,其平、縱斷面如圖3所示。路線長1 036.265 m,最小平曲線半徑60 m,最大縱坡5.7%,最小凸曲線半徑1 800 m,最小凹曲線半徑800 m,全線設計指標均滿足二級公路設計時速40 km的規范要求。

圖2 橋位比選

(a) 平面

(b) 縱斷面

項目建成后,巫山縣城去江東新城方向走新橋,江東新城回巫山老城方向走老橋,與現狀龍門大橋形成對向4車道的跨河通道,交通組織如圖4所示。

圖4 方案1交通組織

2) 方案2路線布設

方案2路線起于巫山縣城現狀S103與寧江路平交口,沿現狀道路進行右側拼寬,在現狀龍門橋西橋頭設置平交口與S103平面交叉,跨江后與現狀龍門橋東橋頭平交,對現狀道路進行拼寬后終點在濱江路平交口處漸變接入現狀路,路幅寬度12 m,單向雙車道,其平、縱斷面示意如圖5所示。路線長1 111.074 m,最小平曲線半徑40 m,最大縱坡8%(現狀道路拓寬段),最小凸曲線半徑400 m,最小凹曲線半徑800 m,全線設計指標均滿足設計時速30 km(三級公路)的規范要求。

項目建成后,巫山縣城去江東新城方向走老橋,江東新城回巫山老城方向走新橋,與現狀龍門大橋形成對向4車道的跨河通道,交通組織如圖6所示。

(a) 平面

(b) 縱斷面

2.3 接線方案對比分析

1) 道路功能性對比分析

2個方案對比如圖7所示。由圖7可知,2個方案在建成后都能與現狀路形成對向4車道的跨河通道,都能滿足當地的交通需求,但方案1在滿足二級公路40 km/h設計指標的情況下,可解決因現狀縣城側道路縱坡過大致使下坡安全隱患大的問題;方案2沿現狀路擴建,不能滿足二級公路設計速度40 km/h設計指標,仍然存在現狀路下坡縱坡過大問題,存在一定安全隱患。

圖6 方案2交通組織

2) 工程規模對比分析

對2個方案的主要經濟技術指標進行對比分析,結果如表1所示。

由表1可知,方案1橋梁規模大,方案2防護工程量大,從工程投資上看,2個方案基本相當。

2.4 方案比選對比

對2個方案的主要指標進行對比分析,結果如表2所示。

由表2可知,方案1在滿足項目功能的同時,能改善下坡的縱坡指標,滿足通航需求,降低安全隱患;方案2雖然景觀效果較好,但不能改善下坡縱坡條件,存在一定安全隱患。綜合對比,最終采用方案1。

圖7 方案對比

表1 主要指標對比

表2 方案比選

3 結束語

本文從項目背景、多種復雜控制因素和路線方案比選等方面探究了龍門橋復線橋改擴建的路線設計問題,在對比分析了各種方案后得到最終推薦方案,并得出如下結論:

1) 復雜地形地質下的路線設計前期,要加強地質勘察,充分考慮路線對不良地質的影響,做好前期的地質災害治理工作,避免由于地質問題對路線造成安全隱患,道路邊坡的穩定性是行車安全的重要因素。

2) 保護區路線設計要充分結合環境特點,避免對環境造成破壞,要與周邊環境相協調,打造風景線,實現與自然的和諧統一。

3) 在安全性與景觀性不一致時,應堅持安全第一的設計思路,盡量保證結構物和運營安全。