公路工程桥梁桥改隧优化方案.docx
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公路工程桥梁桥改隧优化方案
公路工程桥梁、桥改隧优化方案
1、编制目的
为使本标段线路减少本标段与其他标段的施工干扰，降低施工安全风险、保证全线工期计划，特编制本线路优化建议方案。
2、适用范围
本次建议方案针对于二标段里程K10+429~K12+786.373的线路线形及构筑物等的优化设计。
3、编制依据
⑴本标段招标文件；
⑵本标段设计文件及设计图纸；
⑶国家颁布的有关规范、规程：
《公路路线设计规范》（JTGD20-006）；
《公路隧道设计细则》（JTG/TD70-2010）；
《公路隧道施工技术规范》（JTG60-2009）。
4、工程概况
我单位承建的半角至新村公路工程二标段，位于昆明市禄劝县，该区地段沿河两侧冲沟发育，松散堆积物分布广泛，暴雨季节地质灾害频发，滑坡、泥石流等灾害较多。
本标段里程桩号K10+429～K20+800，全长10.371km。
工程内容包括路基、路面、桥梁涵洞、隧道、安全设施及预埋管线、绿化及环境保护设施等。
共5座桥梁，总长584m，其中最长桥梁292m；共4座隧道，总长5540.5m，其中最长隧道2107.5m；钢筋混凝土箱涵9座；路基施工约4.2km。
本工程总施工工期为28个月。
5、原设计方案
5.1、原设计方案概述
原线路设计方案为：
线路起点大母楚大桥（63m钢筋混凝土拱桥）——大母楚隧道（644m）——红梁子中桥（3×20m预应力混凝土组合箱梁）——红梁子隧道（2107.5m）——打基沟大桥（75m+130m+75m连续刚构）——对门峰隧道（809m）——邝家凹子1#中桥（3×30m预应力混凝土组合箱梁）——路基、路面（85m）——邝家凹子2#中桥（3×20m预应力混凝土组合箱梁）——路基、路面（4115m）——锅圈岩隧道（1977.5m）至线路终点。
本次线路优化仅针对大母楚大桥和红梁子中桥提交建议方案。
里程
5.2、原设计方案分析
5.2.1、原设计桥梁概况
大母楚大桥起点里程桩号K10+430，终点里程桩号K10+493，桥长63m，钢筋混凝土拱桥，桥梁设计高度约65m，整个桥梁平面位于R=605m的右偏圆曲线上，纵面位于-3%的直坡段上。
红梁子中桥起点里程桩号K11+148.201，终点里程桩号K11+210.201，桥长62m，3×20m预应力混凝土组合箱梁，桥梁设计高度约25m，整个桥梁平面位于直线上，纵面位于-0.4%的下坡段上。
图5-1大母楚大桥立面图
图5-2红梁子中桥立面图
5.2.2、安全风险分析
⑴大母楚大桥
①大母楚大桥桥梁两侧拱座均为绝壁，且距谷底近70m，属高空作业，拱座开挖采用放坡施工，场地受到限制，机械设备在峭壁上施工存在极大安全风险；
②大母楚大桥主拱安装需搭设三铰桁式拱架或架设缆索施工，因场地受限，搭设三铰桁式拱架或架设缆索施工存在较高安全风险；
④大母楚大桥两侧地处悬崖，地势陡峭，施工区无既有施工便道，新建施工便道存在较大安全风险；
图5-3大母楚大桥桥址现场
⑵红梁子中桥
①红梁子中桥两侧地势陡峭，桥梁施工属高空作业，存在一定安全风险；
②红梁子中桥两侧地处悬崖，地势陡峭，施工区无既有施工便道，新建施工便道存在较大安全风险；
③桥址在发育冲沟，该冲沟由周边四条冲沟汇聚而成，冲沟陡峭，并拌有泥石流现象，同时，该冲沟在桥梁桥址的纵深较大，山体卸荷强烈，岩体破碎，地表岩体多呈块碎状结构，施工也存在较大的安全隐患。
图5-4红梁子中桥桥址现场
5.2.3、后期运营期间存在的隐患
实地勘察结果表明，两座桥位置的冲沟有明显的沟壑，沟内流水冲刷痕迹明显。
每年都会有不同的变化。
车辆通行危险性较大，如桥梁发生损坏，桥梁无法及时恢复，将影响整条公路的通行，无法确保专用公路的正常运行。
桥的使用安全性，便道掉东西
5.2.4、工期进度分析
⑴大母楚大桥
①大母楚大桥桥梁施工区无既有施工便道，桥梁两侧地势陡峭，便道修建距离长、修建难度高，初步估计施工便道修建时间在6个月以上，影响施工工期；总工期多长时间能完，主体工期受气候等影响
②两岸绝壁上拱座施工，为保证安全，进度较常规施工慢；
③搭设三铰桁式拱架或架设缆索施工受地形限制，拱桥施工工序复杂，工期将会受到拖延。
⑵红梁子中桥
①红梁子中桥桥梁施工区无既有施工便道，桥梁两侧地势陡峭，便道修建距离长、修建难度高，影响施工工期；
②施工工序繁杂，在地形与雨季的影响下，工期预计将会受到拖延；
③根据现场实际情况以及招标文件《二标半角至新村桥梁桥招标2013.01》，红梁子中桥施工区无开阔场地修建桥梁预制场，若等待红梁子隧道、打基沟大桥、对门峰隧道施工完毕，再从远处梁场运送箱梁，对本标全线道路贯通影响极大，便道施工干扰，工期难以保证（红梁子隧道为本工程工期关键线路）。
综上所述，原设计方案中以大母楚大桥和红梁子中桥的安全风险高、工期受制约，因此建议对原设计方案进行优化。
6、建议优化方案
6.1、建议优化方案概述
我单位根据原设计方案，结合现场实际情况，建议将大母楚大桥和红梁子中桥取消，将相应里程的线路向附近的山体改移，以隧道结构形式代替原有桥梁结构形式。
由于本标段大母楚大桥与1标段窑缝沟隧道相连，故1标段窑缝沟隧道线形需做改变。
本标段内对大母楚大桥、大母楚隧道、红梁子中桥、红梁子隧道线路线形有改变。
线路线形改变后，1标段窑缝沟隧道与本标段大母楚隧道、红梁子隧道整体连为一座隧道。
为了保证工期，对施工支洞位置做相应的调整，设在修改后的线路里程K11+395.63处，施工支洞长289.66m，以施工支洞及红梁子出口同时开工，即可满足工期要求。
另外，为保证隧道运营期间通风的需要，待隧道施工后期，在原里程K10+429附近，由里向外施做一条辅助支洞用以通风。
6.2、建议方案优势分析
6.2.1、安全优势分析
根据建议方案，取消大母楚大桥和红梁子中桥后，可避免高空作业，降低安全隐患，而隧道以新奥法施工相对安全；两座桥梁地处发育冲沟，山体卸荷强烈，岩体破碎，受自然灾害威胁较大，而隧道施工可有效避免此安全隐患，安全优势进一步凸显。
6.2.2、工期优势分析
根据建议方案，取消大母楚大桥和红梁子中桥后，可相应减少施工便道的修建，有效缩短工期；桥梁施工，工序相对复杂，受雨期、冷热期施工影响大，施工工期长，而改为隧道施工则可进一步缩短工期；红梁子中桥箱梁需要等待红梁子隧道贯通后方可运输架设，占用工期关键线路，而改为隧道施工后则可保证整个标段工期顺利完成。
6.3、建议方案具体内容
6.3.1、方案优化依据
《公路路线设计规范》（JTGD20-006）、《公路隧道设计细则》（JTG/TD70-2010）、《公路隧道施工技术规范》（JTG60-2009）和施工图纸线形组合及纵断面设计。
6.3.2、平面设计调整
由于本标段大母楚大桥与1标段窑缝沟隧道相连，如取消大母楚大桥、红梁子中桥，则平面线形的改动将涉及1标段窑缝沟隧道，以及本标段大母楚大桥、大母楚隧道、红梁子中桥、红梁子隧道。
原设计窑缝沟隧道至红梁子隧道，平曲线线形为：
圆曲线（JD19）——直线——圆曲线（JD20）——直线——圆曲线（JD21）——直线——圆曲线（JD22）——直线。
优化后的平曲线，JD19的曲线要素未作改变，改线的起始里程位于K9+911.224，为新JD′20的ZY点。
优化后的线路比原设计线路减少45.403m，因此在新JD′20的YZ点处设置短链，即K10+568.239=K10+613.642，短链长度45.403m。
改线的结束里程位于K12+786.373，为新JD′22的YZ点。
平曲线线形图详见附图《二标段线路优化方案平曲线图（K10+429~K12+786.373）》。
改线后平曲线要素对比如下表所示：
表6-1改线后平曲线要素对比表
交点号
交点坐标
交点桩号
转角值
曲线要素值（m）
X（N）
Y（E）
半径
缓和曲线长度
切线长度
曲线长度
外距
校正值
JD20（原设计）
2904373.774
550368.819
K10+405.202
63°20′42.8″（Y）
605
373.256
668.878
105.88
77.635
JD20（优化）
2904266.548
550439.028
K10+277.037
62°44′25.2″（Y）
600
365.813
657.015
102.722
74.611
JD21（原设计）
2905378.203
550951.754
K11+488.899
11°36′27.9″（Z）
1500
152.467
303.89
7.7288
1.044
JD21（优化）
2905335.894
551044.647
K11+476.823
16°3′42.5″（Z）
1500
211.636
420.497
14.856
2.775
JD22（原设计）
2906455.638
551312.711
K12+624.145
13°33′22″（Y）
1500
178.281
354.898
10.558
1.665
JD22（优化）
2906455.638
551312.711
K12+625.37
18°36′54.2″（Y）
1000
163.891
324.894
13.341
2.888
根据《公路隧道设计细则》JTG/TD70-2010要求，路拱坡度小于等于2.0%，设计时速为30Km/h的公路，最小圆曲线半径为350m。
本优化方案最小曲线半径为600m，满足设计要求。
根据《公路路线设计规范》JTG/TD20-2006要求，当转角值大于7°时，平曲线最小长度一般值为150m。
本优化方案最小平曲线长度为324.894m，满足设计要求。
6.3.3、总曲线调整
方案优化后，里程K9+488.531~K11+133.293段的线路纵向坡度设计为-3.00%，在K11+133.293及K11+267.890设置变坡点，里程K11+133.293～K11+267.890段的线路纵向坡度设计为-0.5349%，里程K11+267.890～K14+807.89段的线路纵向坡度设计为-3.00%。
其余线路纵向坡度不做改变。
优化后隧道覆盖层均大于两倍隧道洞径，在原红娘子中桥冲沟处的最小覆盖层为41.843m，满足设计要求。
竖曲线线形图详见附图《二标段线路优化方案竖曲线图（K10+429~K12+786.373）》。
改线后的竖曲线要素如表6-2所示：
根据《公路隧道设计细则》JTG/TD70-2010要求，设计时速为30Km/h的公路，最小竖曲线半径一般值为400m，竖曲线长度最小值为25m。
本方案中竖曲线半径为3000m，竖曲线长度为73.926m，满足上述设计规范要求。
根据《公路桥隧设计细则》JTG/TD70-2010，特长隧道、长隧道最大纵坡宜控制在±3%以内。
本优化方案中最小纵坡为-3%，满足设计规范要求。
表6-2改线后竖曲线要素表
序号
变坡点桩号
变坡点高程
竖曲线
纵坡（%）
变坡点间距
竖曲线间
备注
凸半径（m）
凹半径（m）
切线长（m）
外距（m）
+
-
（m）
直坡段长（m）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
14
1
K9+488.531
1957.78
3000
39.000
0.253
短链45.403m
3.000
1599.359
1523.404
2
K11+133.293
1909.799
3000
36.965
0.228
0.5349
134.597
60.667
3
K11+267.890
1909.079
3000
36.965
0.228
3.000
3540.000
3454.229
4
K14+807.890
1802.879
3000
48.806
0.397
5
6.3.4、施工支洞设计
线路线形改变后，1标段窑缝沟隧道与本标段大母楚隧道、红梁子隧道整体连为一座隧道。
为了保证工期，对原设计施工支洞位置做相应调整，施工支洞设在修改后的线路里程K11+395.63处。
施工支洞贯通后双向开挖，向小里程方向开挖921.227m，向大里程方向开挖924.87m，原红梁子隧道出口向小里程方向开挖1000m，即可满足工期要求。
施工支洞全长289.66m，与主洞相交里程K11+395.63，为便于施工排水设置3%的上坡。
施工支洞的横断面与原设计施工支洞相同。
为保证施工支洞的顺利进行，计划接原有地方公路修建施工便道至施工支洞，便道全长约3580m，坡度控制在-10%。
图6-1优化后施工支洞洞口位置图
另外，为保证隧道运营期间通风的需要，待隧道施工后期，在里程K10+429附近，由里向外施做一条辅助支洞用以通风。
通风支洞全长82.913m，由里向外3%坡度。
7、方案工程量对比
根据上述方案的优化，本优化方案工程量对比如下表所示：
表7-1优化后工程量对比表
序号
项目名称
单位
数量
备注
优化前
优化后
差值
1
桥梁、涵洞
m/座
125/2
0
-125/-2
1.1
大母楚大桥
m
63
0
-63
优化取消
1.2
红梁子中桥
m
62
0
-62
优化取消
2
隧道
m/座
2217.373/2
2311.97/1
94.597/-1
2.1
大母楚隧道
m
644
2311.97
94.597
优化后隧道增长94.597米
2.2
红梁子隧道
m
1573.373
2.3
洞口工程及明洞
处
3
0
-3
优化后减少3个洞口工程及明洞
3
支洞
m
91.76
289.66
197.9
优化后支洞增长197.9米。
说明：
本次计算里程桩号为：
K10+429-K12+786.373。
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