王京力 任軍社 河北省交通規劃設計研究院有限公司 河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)大學(xué)

摘 要：以延崇高速公路河北段為例，對該項目貫徹綠色公路設計理念進(jìn)行總結，首先對綠色公路實(shí)施背景進(jìn)行闡述，之后通過(guò)對項目特點(diǎn)的分析，形成創(chuàng )建綠色公路實(shí)施方案，然后對實(shí)施方案需落實(shí)的8項重點(diǎn)任務(wù)進(jìn)行介紹，圍繞重點(diǎn)任務(wù)開(kāi)展綠色公路的設計實(shí)踐，涵蓋路線(xiàn)、路基、路面、橋梁、隧道、互通立交、服務(wù)區、交安機電等各個(gè)專(zhuān)業(yè)，如路線(xiàn)與國省干線(xiàn)共用走廊、尾礦棄渣利用、抑凝冰瀝青路面、鋼橋推廣應用、開(kāi)放共享式服務(wù)區等，可以為其他類(lèi)似項目綠色公路設計提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：延崇高速公路;綠色公路;實(shí)施方案;設計實(shí)踐;

隨著(zhù)我國社會(huì )經(jīng)濟的快速發(fā)展，高速公路通車(chē)里程逐年增多，高速公路建設過(guò)程中對周?chē)h(huán)境的影響越來(lái)越受到重視。為有效實(shí)現對生態(tài)環(huán)境的保護，推動(dòng)交通運輸事業(yè)的健康、高質(zhì)量發(fā)展，在設計過(guò)程中應遵循創(chuàng )新、協(xié)調、綠色、開(kāi)放、共享五大發(fā)展理念，同時(shí)要做好以資源節約、生態(tài)環(huán)保、節能高效、服務(wù)提升為主要特征的綠色公路創(chuàng )建工作，從而發(fā)揮綠色公路的社會(huì )價(jià)值，實(shí)現人與自然的和諧共處。

1 項目概況

延慶至崇禮高速公路河北段是2022年北京-張家口冬奧會(huì )的重大交通保障項目，連接了延慶賽區和張家口崇禮賽區，是冬奧會(huì )期間注冊人員轉場(chǎng)的公路主通道，項目建設對于服務(wù)冬奧會(huì )交通保障，完善河北省高速公路路網(wǎng)，推進(jìn)京津冀協(xié)同發(fā)展，促進(jìn)沿線(xiàn)地區旅游開(kāi)發(fā)和經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展具有重要意義。項目位于張家口市西部，由主線(xiàn)、延伸工程和赤城支線(xiàn)3條路段組成，全長(cháng)約114km,其中主線(xiàn)長(cháng)81.5km,延伸工程17km,赤城支線(xiàn)15km。全線(xiàn)采用雙向四車(chē)道高速公路標準，設計速度分為100km/h和80km/h,主線(xiàn)、延伸工程路基寬度26m,赤城支線(xiàn)路基寬度24.5m。

本項目列入交通運輸部首批綠色公路典型示范工程、新一代國家交通控制網(wǎng)和智慧公路試點(diǎn)，設計中深入貫徹創(chuàng )新、協(xié)調、綠色、開(kāi)放、共享五大新發(fā)展理念，著(zhù)力打造科技示范和品質(zhì)工程。項目于2017年開(kāi)工建設，目前已全部通車(chē)運營(yíng)。項目勘察設計獲2020年度公路交通優(yōu)秀設計一等獎。

2 綠色公路實(shí)施背景

綠色公路屬于綠色交通的重要組成部分，其按照系統論和周期成本思想，統籌公路規劃、設計、建設、運營(yíng)、管理全過(guò)程，以最少的資源占用、最小的能源消耗、最低的污染排放、最小的環(huán)境影響，獲得最優(yōu)的工程質(zhì)量和最高效的運輸服務(wù)，實(shí)現外部剛性約束與公路內在供給之間最大限度均衡。

2016年7月，交通運輸部下發(fā)《關(guān)于實(shí)施綠色公路建設的指導意見(jiàn)》。意見(jiàn)要求，公路建設過(guò)程中應遵循創(chuàng )新、協(xié)調、綠色、開(kāi)放、共享五大發(fā)展理念，落實(shí)以資源節約、生態(tài)環(huán)保、節能高效、服務(wù)提升為主要特征的綠色公路建設。同時(shí)，要高度重視公路建設與社會(huì )環(huán)境、資源利用率等各方面的關(guān)系，為實(shí)現公路健康可持續發(fā)展，在公路建設中要統籌規劃、設計、建設、運營(yíng)、管理、服務(wù)的全過(guò)程，理解項目功能定位，準確把握工程環(huán)境及特點(diǎn)，因地制宜建設有品位、有亮點(diǎn)的綠色公路[1]。除此之外，指導意見(jiàn)還要求堅持可持續發(fā)展，堅持統籌協(xié)調，堅持創(chuàng )新驅動(dòng)，堅持因地制宜，建成一批綠色公路示范工程，形成一套可復制、可推廣的經(jīng)驗，行業(yè)推動(dòng)和示范效果顯著(zhù)，綠色公路建設取得明顯進(jìn)展。

依據文件要求，結合延崇高速公路功能定位及實(shí)際情況，設計階段精心組織編制了《延崇高速創(chuàng )建綠色奧運品質(zhì)示范工程實(shí)施方案》(簡(jiǎn)稱(chēng)《實(shí)施方案》),并按照要求逐條落實(shí)。

3 綠色公路設計實(shí)踐 3.1項目特點(diǎn)分析 (1)項目關(guān)注度高。

延崇高速公路是2022年北京-張家口冬奧會(huì )連接延慶和張家口崇禮兩個(gè)賽區的重大交通保障項目，是注冊人員轉場(chǎng)的重要通道，是國家冬奧組委、交通運輸部的“一號工程”。

(2)建設目標高。

交通運輸部將延崇高速公路列入全國第一批綠色公路建設典型示范工程、新一代國家交通控制網(wǎng)和智慧公路試點(diǎn)，同時(shí)還是河北省第一批公路水運品質(zhì)示范工程。

(3)制約因素多。

首先地勢起伏大，起終點(diǎn)設計高差超過(guò)800m,且存在30km連續下坡；其次路線(xiàn)經(jīng)過(guò)松山、海陀山國家級自然保護區，沿線(xiàn)還分布唐長(cháng)城、烽火臺等國家級文物，赤城縣采礦廠(chǎng)較多，現場(chǎng)經(jīng)過(guò)多處采礦場(chǎng)、尾礦庫；除此之外，不良地質(zhì)主要有濕陷性黃土和采空區，均對路線(xiàn)方案的選擇制約較大。

(4)建設難度大。

沿線(xiàn)地形復雜，施工場(chǎng)地受限，橋梁、隧道數量多，橋隧比達56%,局部路段橋隧比高達90%以上，其中松山特長(cháng)隧道長(cháng)9.2km,為華北地區最長(cháng)公路隧道。

(5)工期要求緊。

為全力做好冬奧會(huì )服務(wù)保障工作，項目主線(xiàn)計劃于2020年初建成通車(chē)，由于橋梁規模大、特長(cháng)隧道數量多，同時(shí)張家口地區冬季施工周期長(cháng)，因此設計及施工工期均十分緊迫。

3.2實(shí)施方案總體框架

結合項目特點(diǎn)分析，《實(shí)施方案》明確延崇高速綠色公路設計總目標為建設“國際一流、國內第一”的“平安、綠色、智慧、人本”高速公路，努力實(shí)現“質(zhì)量第一、安全第一、環(huán)保第一、效率第一、服務(wù)第一”,最終將延崇高速公路建設成為“資源節約、生態(tài)環(huán)保、低碳節能、智慧高效、服務(wù)為本”的高品質(zhì)綠色公路。

圍繞總目標，結合項目實(shí)際，《實(shí)施方案》謀劃了綠色環(huán)保技術(shù)、景觀(guān)設計、智慧交通、服務(wù)及管理模式、“交通+旅游+產(chǎn)業(yè)”運營(yíng)模式等5類(lèi)創(chuàng )新；提出10項預期成果，分別為基于綠色環(huán)保的資源循環(huán)利用技術(shù)、中溫帶地區節能降碳技術(shù)、路域環(huán)境自然融合創(chuàng )新技術(shù)、北方地區冬季景觀(guān)營(yíng)造技術(shù)、高速公路智慧出行服務(wù)體系、智慧高效運營(yíng)管理模式、交通旅游協(xié)同運行與應急指揮平臺、管理和服務(wù)新模式及質(zhì)量安全監管新技術(shù)、若干項新技術(shù)專(zhuān)利與工法、交通與產(chǎn)業(yè)互動(dòng)新模式。

綠色公路實(shí)施的核心內容為重點(diǎn)任務(wù)，本項目共歸納總結為8項重點(diǎn)任務(wù)，可分為29條專(zhuān)項措施，細化為93條具體措施，屬于勘察設計階段的措施共計74條，屬于施工運營(yíng)階段的措施共計19條，見(jiàn)表1。

3.3主要設計措施

(1)路線(xiàn)存在30km連續下坡路段，屬于典型的壩上、壩下過(guò)渡段，為克服高差進(jìn)行了自然展線(xiàn)、螺旋展線(xiàn)等多方案比選，最終采用螺旋展線(xiàn)形式，迂回360°高程升高112m,有效減少了高填深挖，同時(shí)較好地解決了上壩路段高差爬升難題，降低了高寒、降雪條件下對行車(chē)的不利影響。

(2)合理運用線(xiàn)形指標，集約利用通道資源，通過(guò)科學(xué)選線(xiàn)、布線(xiàn)，使高速公路與國省干線(xiàn)共用走廊，消除三角地帶，提高土地利用率。如K62～K69段路線(xiàn)與G112共用走廊，提高土地利用率。見(jiàn)圖1。

圖1 與G112共用走廓 下載原圖

(3)推行高速公路拌和站、鋼筋加工場(chǎng)等臨時(shí)設施“多集中”建設，加強與地方對接，部分設施實(shí)現永臨結合，減少臨時(shí)用地，減少重復建設。如施工臨時(shí)便道考慮與地方道路結合，施工完成后用于地方使用，隧道施工用電考慮按永久用電一次接入等。

(4)全線(xiàn)隧道里程長(cháng)，棄渣規模大，隧道棄渣進(jìn)行分級利用。如將隧道棄渣用于路基、停車(chē)港灣、避險車(chē)道、觀(guān)景平臺、服務(wù)區、連接線(xiàn)等設施建設；根據施工標段劃分、互通形式等進(jìn)行微地形整理。

(5)沿線(xiàn)有多家采礦廠(chǎng)，選礦后產(chǎn)生的尾礦渣為適宜的路基填料，經(jīng)對尾礦碎石取料、試驗后進(jìn)行路基填筑，全線(xiàn)共計使用尾礦渣470萬(wàn)m3,既減少取土場(chǎng)，又加快工期，同時(shí)利于環(huán)保。

(6)邊坡防護注重生態(tài)環(huán)保，盡量采用植物防護，減少圬工裸露。主線(xiàn)挖方僅有3段圬工防護，其余土質(zhì)路塹采用格賓網(wǎng)防護，石質(zhì)邊坡采用掛網(wǎng)客土噴播。

表1 延崇高速綠色公路建設重點(diǎn)任務(wù) 導出到EXCEL

重點(diǎn)任務(wù)

專(zhuān)項措施

具體措
施/條

勘察設
計/條

施工運
營(yíng)/條

控制資源
占用

提高資源利用率

5

5

大規模隧道棄渣利用及再生

3

2

1

建筑材料選用

4

4

減少能源
消耗

隧道節能環(huán)保

6

6

綠色服務(wù)區

7

7

降低污染
排放

噪聲污染防治

2

1

1

服務(wù)區環(huán)保設施應用

3

3

隧道內研究探索使用吸收尾氣型路面

1

1

保護生態(tài)
環(huán)境

環(huán)保選線(xiàn)技術(shù)

2

2

生態(tài)環(huán)保技術(shù)

5

5

自然和諧技術(shù)

2

2

強化周期
統籌

鋼結構橋梁應用

3

3

強化系統設計

3

3

推進(jìn)標準化施工

4

4

積極探索BIM技術(shù)應用

3

3

實(shí)現智慧
高效

以人為本，為公眾出行提供智慧服務(wù)

4

2

2

科技助力，實(shí)現運營(yíng)管理智慧高效

3

2

1

安全先行，全面提高應急指揮力度

3

1

2

打造特色
景觀(guān)

公路主體工程模擬綠色生態(tài)自然景觀(guān)

2

2

路域內外特色植被展現

3

3

主題景觀(guān)營(yíng)造

2

2

特長(cháng)隧道模擬自然的照明景觀(guān)

1

1

大跨徑橋梁特殊景觀(guān)營(yíng)造

1

1

與冬奧會(huì )相匹配的建筑景觀(guān)設計

2

2

拓展公路旅游及游憩功能

3

2

1

文化元素的充分展現

2

2

提升服務(wù)
水平

創(chuàng )新服務(wù)區建設理念

3

2

1

優(yōu)化服務(wù)區設施布置

6

5

1

拓展服務(wù)區經(jīng)營(yíng)管理

5

2

3

總 計

93

74

19

(7)選取高海拔、連續長(cháng)陡下坡局部路段，路面表面層應用化學(xué)抑凝冰材料，抑制路面結冰，提高積雪的易除性，保障車(chē)輛安全運行。同時(shí)，為有效降低汽車(chē)尾氣對人與環(huán)境的危害，在金家莊特長(cháng)隧道路面采用摻雜降解尾氣材料，鋪筑路面面層時(shí)將降解尾氣材料摻雜在瀝青混合料中或者涂覆在道路表面，降解尾氣材料作為催化劑將汽車(chē)尾氣中的有害成分降解，形成H2O、CO2、硝酸鹽類(lèi)，減少排入空氣中有害的濃度，從而控制汽車(chē)所產(chǎn)生的尾氣污染，為實(shí)現“生態(tài)環(huán)?！钡脑O計理念提供技術(shù)保障。

(8)項目地處崇山峻嶺，沿線(xiàn)深溝險壑密布，施工場(chǎng)地受限，缺少預制場(chǎng)地，運輸不便，同時(shí)工期要求緊。為降低橋梁全壽命周期成本，設計中針對地形復雜、場(chǎng)地運輸不便的區域，采用便于運輸的鋼結構橋梁，鋼結構橋梁與傳統混凝土橋梁相比，其施工工藝更為簡(jiǎn)單，對周?chē)h(huán)境污染更小，更加符合綠色公路設計理念。本項目推廣應用鋼結構橋梁總長(cháng)約10 km, 占橋梁總長(cháng)52%,總用鋼量約9.2萬(wàn)t, 是河北省內用鋼量最多的高速公路。

(9)因地制宜打造特色景觀(guān)，設計標志性景觀(guān)鋼橋。杏林堡大橋采用40 m+2×65 m+40 m鋼獨塔鋼主梁雙索面斜拉橋，拱塔為空間曲線(xiàn)鋼混組合結構，寓意“京冀兩地攜手辦奧運，延崇高速千里一線(xiàn)牽”。磚樓特大橋主橋采用65 m+120 m+65 m上承式拱形變截面鋼桁架梁，最大橋高接近90 m, 與周邊環(huán)境相協(xié)調，體現“更高、更快、更強”的奧運精神。太子城互通主線(xiàn)橋(圖2)采用25 m+60 m+120 m+60 m+25 m/50 m+2×100 m+50 m鋼斜拉橋，展現了冬奧主題和冰雪元素，同時(shí)融入中國拱門(mén)、窗格等元素，實(shí)現中國文化和冬奧主題完美統一，現已成為網(wǎng)紅打卡地。除此之外，水碾堡天橋上部結構采用30 m+40 m+30 m變截面鋼桁腹預應力混凝土組合梁，是我國第一座變截面鋼桁腹預應力混凝土組合梁橋。

圖2 太子城互通主線(xiàn)橋 下載原圖

(10)金家莊特長(cháng)隧道位于螺旋展線(xiàn)路段，為河北省第一座螺旋隧道，長(cháng)度位居世界第一，獲吉尼斯世界紀錄認證。隧道全長(cháng)4 166 m, 最大埋深315 m, 采用順時(shí)針螺旋線(xiàn)，左幅半徑890 m, 右幅半徑860 m, 見(jiàn)圖3。

圖3 金家莊特長(cháng)隧道 下載原圖

(11)因地制宜布設路線(xiàn)方案，減少高填深挖，全線(xiàn)大多路段挖方邊坡控制在三級以?xún)?，局部邊坡較高路段通過(guò)修整邊坡頂部、設置平臺改善視覺(jué)效果。特殊地形段，靈活運用技術(shù)指標，做好路堤與橋梁、路塹與隧道、“半路+”的方案比選，如金家莊至棋盤(pán)梁之間橫向地形陡峭，部分路段采用半幅路基+半幅棚洞，長(cháng)度228 m。

(12)海拔1 400 m以上路段冬季易出現風(fēng)積雪，該路段路基中央分隔帶與路面平齊，同時(shí)采用波形梁護欄，橋梁兩側采用鋼護欄，提升除雪車(chē)作業(yè)效率，降低風(fēng)吹雪對行車(chē)的不利影響；同時(shí)，小半徑下坡路段設置旋轉桶護欄，進(jìn)一步提高行車(chē)安全系數。

(13)服務(wù)區設計遵循開(kāi)放、共享、科技、智慧、綠色理念，結合周邊旅游資源，全力打造開(kāi)放式、景區式、共享式、智慧式的服務(wù)區，兼具保障奧運和服務(wù)地方旅游發(fā)展的功能，實(shí)現“交通+旅游”產(chǎn)業(yè)模式。赤城服務(wù)區通過(guò)聯(lián)絡(luò )道路與地方道路連通，結合周邊景觀(guān)，打造開(kāi)放、共享服務(wù)區，實(shí)現服務(wù)區與周邊的聯(lián)系，促進(jìn)區域融合發(fā)展。太子城服務(wù)區為河北省首座線(xiàn)外綜合服務(wù)區。

(14)打造綠色服務(wù)區，實(shí)現服務(wù)區建筑節能。如充分考慮嚴寒地區特點(diǎn)，建筑采用采光天井，室外采用太陽(yáng)能板照明，場(chǎng)區庭院照明采用LED燈具，同時(shí)增加太陽(yáng)能板蓄能裝置與市電電源互投；服務(wù)區雨水再生利用，將屋頂、路面等80%以上的雨水進(jìn)行有效收集；停車(chē)場(chǎng)全部設置植草磚，廣場(chǎng)采用透水磚及廣場(chǎng)磚搭配鋪貼，在廣場(chǎng)使用透水磚達到50%以上；同時(shí)，在服務(wù)區設置充電樁及加氣站。

(15)本項目列入新一代國家交通控制網(wǎng)和智慧公路試點(diǎn)，設計階段提出智慧交通解決方案，實(shí)現運營(yíng)管理智慧高效，全面提高應急保障能力。如通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)監測橋隧全覆蓋，實(shí)現基礎設施集群的網(wǎng)絡(luò )安全協(xié)同評估與聯(lián)動(dòng)預警，保障山區高速公路的運營(yíng)安全；一般路段建設北斗地面增強基站提供亞米級高精度定位，隧道內利用衛星擴展技術(shù)實(shí)現衛星信號全覆蓋，并以此為基礎，構建基于北斗的應急救援一體化管理系統，實(shí)現車(chē)輛人員的迅速定位與救援力量的動(dòng)態(tài)調度與區域協(xié)同。

4 結語(yǔ)

總而言之，綠色公路理念貫穿公路規劃、設計、建設、運營(yíng)全過(guò)程，強調前期階段科學(xué)規劃，設計期間系統設計，施工期間生態(tài)建設，運營(yíng)期間低碳運營(yíng)。在公路設計、建設過(guò)程中，遵循綠色公路的設計理念是公路建設環(huán)節對生態(tài)環(huán)保的重要體現?，F階段，在我國公路建設中，綠色公路理念已逐步深入人心，但在綠色公路建設過(guò)程中，我們仍存在很大的進(jìn)步空間，因此，公路建設相關(guān)單位都要做好綠色公路的創(chuàng )建工作，在項目策劃、建設過(guò)程中，將綠色環(huán)保、景觀(guān)融合、創(chuàng )新驅動(dòng)、低碳建養等理念充分與項目相融合，從而推進(jìn)綠色公路的進(jìn)一步發(fā)展。

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