王京力 任軍社 河北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)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(duì)該項(xiàng)目貫徹綠色公路設(shè)計(jì)理念進(jìn)行總結(jié)，首先對(duì)綠色公路實(shí)施背景進(jìn)行闡述，之后通過對(duì)項(xiàng)目特點(diǎn)的分析，形成創(chuàng)建綠色公路實(shí)施方案，然后對(duì)實(shí)施方案需落實(shí)的8項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)進(jìn)行介紹，圍繞重點(diǎn)任務(wù)開展綠色公路的設(shè)計(jì)實(shí)踐，涵蓋路線、路基、路面、橋梁、隧道、互通立交、服務(wù)區(qū)、交安機(jī)電等各個(gè)專業(yè)，如路線與國省干線共用走廊、尾礦棄渣利用、抑凝冰瀝青路面、鋼橋推廣應(yīng)用、開放共享式服務(wù)區(qū)等，可以為其他類似項(xiàng)目綠色公路設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)實(shí)踐;

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高速公路通車?yán)锍讨鹉暝龆?，高速公路建設(shè)過程中對(duì)周圍環(huán)境的影響越來越受到重視。為有效實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，推動(dòng)交通運(yùn)輸事業(yè)的健康、高質(zhì)量發(fā)展，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)遵循創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享五大發(fā)展理念，同時(shí)要做好以資源節(jié)約、生態(tài)環(huán)保、節(jié)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(xiàn)人與自然的和諧共處。

1 項(xiàng)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(xiàng)目，連接了延慶賽區(qū)和張家口崇禮賽區(qū)，是冬奧會(huì)期間注冊人員轉(zhuǎn)場的公路主通道，項(xiàng)目建設(shè)對(duì)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)沿線地區(qū)旅游開發(fā)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有重要意義。項(xiàng)目位于張家口市西部，由主線、延伸工程和赤城支線3條路段組成，全長約114km,其中主線長81.5km,延伸工程17km,赤城支線15km。全線采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度分為100km/h和80km/h,主線、延伸工程路基寬度26m,赤城支線路基寬度24.5m。

本項(xiàng)目列入交通運(yùn)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(shè)計(jì)中深入貫徹創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享五大新發(fā)展理念，著力打造科技示范和品質(zhì)工程。項(xiàng)目于2017年開工建設(shè)，目前已全部通車運(yùn)營。項(xiàng)目勘察設(shè)計(jì)獲2020年度公路交通優(yōu)秀設(shè)計(jì)一等獎(jiǎng)。

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(tǒng)論和周期成本思想，統(tǒng)籌公路規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營、管理全過程，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(yùn)輸服務(wù)，實(shí)現(xiàn)外部剛性約束與公路內(nèi)在供給之間最大限度均衡。

2016年7月，交通運(yùn)輸部下發(fā)《關(guān)于實(shí)施綠色公路建設(shè)的指導(dǎo)意見》。意見要求，公路建設(shè)過程中應(yīng)遵循創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享五大發(fā)展理念，落實(shí)以資源節(jié)約、生態(tài)環(huán)保、節(jié)能高效、服務(wù)提升為主要特征的綠色公路建設(shè)。同時(shí)，要高度重視公路建設(shè)與社會(huì)環(huán)境、資源利用率等各方面的關(guān)系，為實(shí)現(xiàn)公路健康可持續(xù)發(fā)展，在公路建設(shè)中要統(tǒng)籌規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營、管理、服務(wù)的全過程，理解項(xiàng)目功能定位，準(zhǔn)確把握工程環(huán)境及特點(diǎn)，因地制宜建設(shè)有品位、有亮點(diǎn)的綠色公路[1]。除此之外，指導(dǎo)意見還要求堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展，堅(jiān)持統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，堅(jiān)持因地制宜，建成一批綠色公路示范工程，形成一套可復(fù)制、可推廣的經(jīng)驗(yàn)，行業(yè)推動(dòng)和示范效果顯著，綠色公路建設(shè)取得明顯進(jìn)展。

依據(jù)文件要求，結(jié)合延崇高速公路功能定位及實(shí)際情況，設(shè)計(jì)階段精心組織編制了《延崇高速創(chuàng)建綠色奧運(yùn)品質(zhì)示范工程實(shí)施方案》(簡稱《實(shí)施方案》),并按照要求逐條落實(shí)。

3 綠色公路設(shè)計(jì)實(shí)踐 3.1項(xiàng)目特點(diǎn)分析 (1)項(xiàng)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(qū)的重大交通保障項(xiàng)目，是注冊人員轉(zhuǎn)場的重要通道，是國家冬奧組委、交通運(yùn)輸部的“一號(hào)工程”。

(2)建設(shè)目標(biāo)高。

交通運(yùn)輸部將延崇高速公路列入全國第一批綠色公路建設(shè)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(yùn)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(shè)計(jì)高差超過800m,且存在30km連續(xù)下坡；其次路線經(jīng)過松山、海陀山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，沿線還分布唐長城、烽火臺(tái)等國家級(jí)文物，赤城縣采礦廠較多，現(xiàn)場經(jīng)過多處采礦場、尾礦庫；除此之外，不良地質(zhì)主要有濕陷性黃土和采空區(qū)，均對(duì)路線方案的選擇制約較大。

(4)建設(shè)難度大。

沿線地形復(fù)雜，施工場地受限，橋梁、隧道數(shù)量多，橋隧比達(dá)56%,局部路段橋隧比高達(dá)90%以上，其中松山特長隧道長9.2km,為華北地區(qū)最長公路隧道。

(5)工期要求緊。

為全力做好冬奧會(huì)服務(wù)保障工作，項(xiàng)目主線計(jì)劃于2020年初建成通車，由于橋梁規(guī)模大、特長隧道數(shù)量多，同時(shí)張家口地區(qū)冬季施工周期長，因此設(shè)計(jì)及施工工期均十分緊迫。

3.2實(shí)施方案總體框架

結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)分析，《實(shí)施方案》明確延崇高速綠色公路設(shè)計(jì)總目標(biāo)為建設(shè)“國際一流、國內(nèi)第一”的“平安、綠色、智慧、人本”高速公路，努力實(shí)現(xiàn)“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(shè)成為“資源節(jié)約、生態(tài)環(huán)保、低碳節(jié)能、智慧高效、服務(wù)為本”的高品質(zhì)綠色公路。

圍繞總目標(biāo)，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際，《實(shí)施方案》謀劃了綠色環(huán)保技術(shù)、景觀設(shè)計(jì)、智慧交通、服務(wù)及管理模式、“交通+旅游+產(chǎn)業(yè)”運(yùn)營模式等5類創(chuàng)新；提出10項(xiàng)預(yù)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(qū)節(jié)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(qū)冬季景觀營造技術(shù)、高速公路智慧出行服務(wù)體系、智慧高效運(yùn)營管理模式、交通旅游協(xié)同運(yùn)行與應(yīng)急指揮平臺(tái)、管理和服務(wù)新模式及質(zhì)量安全監(jiān)管新技術(shù)、若干項(xiàng)新技術(shù)專利與工法、交通與產(chǎn)業(yè)互動(dòng)新模式。

綠色公路實(shí)施的核心內(nèi)容為重點(diǎn)任務(wù)，本項(xiàng)目共歸納總結(jié)為8項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)，可分為29條專項(xiàng)措施，細(xì)化為93條具體措施，屬于勘察設(shè)計(jì)階段的措施共計(jì)74條，屬于施工運(yùn)營階段的措施共計(jì)19條，見表1。

3.3主要設(shè)計(jì)措施

(1)路線存在30km連續(xù)下坡路段，屬于典型的壩上、壩下過渡段，為克服高差進(jìn)行了自然展線、螺旋展線等多方案比選，最終采用螺旋展線形式，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(duì)行車的不利影響。

(2)合理運(yùn)用線形指標(biāo)，集約利用通道資源，通過科學(xué)選線、布線，使高速公路與國省干線共用走廊，消除三角地帶，提高土地利用率。如K62～K69段路線與G112共用走廊，提高土地利用率。見圖1。

圖1 與G112共用走廓 下載原圖

(3)推行高速公路拌和站、鋼筋加工場等臨時(shí)設(shè)施“多集中”建設(shè)，加強(qiáng)與地方對(duì)接，部分設(shè)施實(shí)現(xiàn)永臨結(jié)合，減少臨時(shí)用地，減少重復(fù)建設(shè)。如施工臨時(shí)便道考慮與地方道路結(jié)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)全線隧道里程長，棄渣規(guī)模大，隧道棄渣進(jìn)行分級(jí)利用。如將隧道棄渣用于路基、停車港灣、避險(xiǎn)車道、觀景平臺(tái)、服務(wù)區(qū)、連接線等設(shè)施建設(shè)；根據(jù)施工標(biāo)段劃分、互通形式等進(jìn)行微地形整理。

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

(6)邊坡防護(hù)注重生態(tài)環(huán)保，盡量采用植物防護(hù)，減少圬工裸露。主線挖方僅有3段圬工防護(hù)，其余土質(zhì)路塹采用格賓網(wǎng)防護(hù)，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(shè)重點(diǎn)任務(wù) 導(dǎo)出到EXCEL

重點(diǎn)任務(wù)

專項(xiàng)措施

具體措
施/條

勘察設(shè)
計(jì)/條

施工運(yùn)
營/條

控制資源
占用

提高資源利用率

5

5

大規(guī)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(jié)能環(huán)保

6

6

綠色服務(wù)區(qū)

7

7

降低污染
排放

噪聲污染防治

2

1

1

服務(wù)區(qū)環(huán)保設(shè)施應(yīng)用

3

3

隧道內(nèi)研究探索使用吸收尾氣型路面

1

1

保護(hù)生態(tài)
環(huán)境

環(huán)保選線技術(shù)

2

2

生態(tài)環(huán)保技術(shù)

5

5

自然和諧技術(shù)

2

2

強(qiáng)化周期
統(tǒng)籌

鋼結(jié)構(gòu)橋梁應(yīng)用

3

3

強(qiáng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3

3

推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化施工

4

4

積極探索BIM技術(shù)應(yīng)用

3

3

實(shí)現(xiàn)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(xiàn)運(yùn)營管理智慧高效

3

2

1

安全先行，全面提高應(yīng)急指揮力度

3

1

2

打造特色
景觀

公路主體工程模擬綠色生態(tài)自然景觀

2

2

路域內(nèi)外特色植被展現(xiàn)

3

3

主題景觀營造

2

2

特長隧道模擬自然的照明景觀

1

1

大跨徑橋梁特殊景觀營造

1

1

與冬奧會(huì)相匹配的建筑景觀設(shè)計(jì)

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(xiàn)

2

2

提升服務(wù)
水平

創(chuàng)新服務(wù)區(qū)建設(shè)理念

3

2

1

優(yōu)化服務(wù)區(qū)設(shè)施布置

6

5

1

拓展服務(wù)區(qū)經(jīng)營管理

5

2

3

總 計(jì)

93

74

19

(7)選取高海拔、連續(xù)長陡下坡局部路段，路面表面層應(yīng)用化學(xué)抑凝冰材料，抑制路面結(jié)冰，提高積雪的易除性，保障車輛安全運(yùn)行。同時(shí)，為有效降低汽車尾氣對(duì)人與環(huán)境的危害，在金家莊特長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尾氣中的有害成分降解，形成H2O、CO2、硝酸鹽類，減少排入空氣中有害的濃度，從而控制汽車所產(chǎn)生的尾氣污染，為實(shí)現(xiàn)“生態(tài)環(huán)?！钡脑O(shè)計(jì)理念提供技術(shù)保障。

(8)項(xiàng)目地處崇山峻嶺，沿線深溝險(xiǎn)壑密布，施工場地受限，缺少預(yù)制場地，運(yùn)輸不便，同時(shí)工期要求緊。為降低橋梁全壽命周期成本，設(shè)計(jì)中針對(duì)地形復(fù)雜、場地運(yùn)輸不便的區(qū)域，采用便于運(yùn)輸?shù)匿摻Y(jié)構(gòu)橋梁，鋼結(jié)構(gòu)橋梁與傳統(tǒng)混凝土橋梁相比，其施工工藝更為簡單，對(duì)周圍環(huán)境污染更小，更加符合綠色公路設(shè)計(jì)理念。本項(xiàng)目推廣應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)橋梁總長約10 km, 占橋梁總長52%,總用鋼量約9.2萬t, 是河北省內(nèi)用鋼量最多的高速公路。

(9)因地制宜打造特色景觀，設(shè)計(jì)標(biāo)志性景觀鋼橋。杏林堡大橋采用40 m+2×65 m+40 m鋼獨(dú)塔鋼主梁雙索面斜拉橋，拱塔為空間曲線鋼混組合結(jié)構(gòu)，寓意“京冀兩地?cái)y手辦奧運(yùn)，延崇高速千里一線牽”。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(diào)，體現(xiàn)“更高、更快、更強(qiáng)”的奧運(yùn)精神。太子城互通主線橋(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(xiàn)了冬奧主題和冰雪元素，同時(shí)融入中國拱門、窗格等元素，實(shí)現(xiàn)中國文化和冬奧主題完美統(tǒng)一，現(xiàn)已成為網(wǎng)紅打卡地。除此之外，水碾堡天橋上部結(jié)構(gòu)采用30 m+40 m+30 m變截面鋼桁腹預(yù)應(yīng)力混凝土組合梁，是我國第一座變截面鋼桁腹預(yù)應(yīng)力混凝土組合梁橋。

圖2 太子城互通主線橋 下載原圖

(10)金家莊特長隧道位于螺旋展線路段，為河北省第一座螺旋隧道，長度位居世界第一，獲吉尼斯世界紀(jì)錄認(rèn)證。隧道全長4 166 m, 最大埋深315 m, 采用順時(shí)針螺旋線，左幅半徑890 m, 右幅半徑860 m, 見圖3。

圖3 金家莊特長隧道 下載原圖

(11)因地制宜布設(shè)路線方案，減少高填深挖，全線大多路段挖方邊坡控制在三級(jí)以內(nèi)，局部邊坡較高路段通過修整邊坡頂部、設(shè)置平臺(tái)改善視覺效果。特殊地形段，靈活運(yùn)用技術(shù)指標(biāo)，做好路堤與橋梁、路塹與隧道、“半路+”的方案比選，如金家莊至棋盤梁之間橫向地形陡峭，部分路段采用半幅路基+半幅棚洞，長度228 m。

(12)海拔1 400 m以上路段冬季易出現(xiàn)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(hù)欄，橋梁兩側(cè)采用鋼護(hù)欄，提升除雪車作業(yè)效率，降低風(fēng)吹雪對(duì)行車的不利影響；同時(shí)，小半徑下坡路段設(shè)置旋轉(zhuǎn)桶護(hù)欄，進(jìn)一步提高行車安全系數(shù)。

(13)服務(wù)區(qū)設(shè)計(jì)遵循開放、共享、科技、智慧、綠色理念，結(jié)合周邊旅游資源，全力打造開放式、景區(qū)式、共享式、智慧式的服務(wù)區(qū)，兼具保障奧運(yùn)和服務(wù)地方旅游發(fā)展的功能，實(shí)現(xiàn)“交通+旅游”產(chǎn)業(yè)模式。赤城服務(wù)區(qū)通過聯(lián)絡(luò)道路與地方道路連通，結(jié)合周邊景觀，打造開放、共享服務(wù)區(qū)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)區(qū)與周邊的聯(lián)系，促進(jìn)區(qū)域融合發(fā)展。太子城服務(wù)區(qū)為河北省首座線外綜合服務(wù)區(qū)。

(14)打造綠色服務(wù)區(qū)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)區(qū)建筑節(jié)能。如充分考慮嚴(yán)寒地區(qū)特點(diǎn)，建筑采用采光天井，室外采用太陽能板照明，場區(qū)庭院照明采用LED燈具，同時(shí)增加太陽能板蓄能裝置與市電電源互投；服務(wù)區(qū)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；停車場全部設(shè)置植草磚，廣場采用透水磚及廣場磚搭配鋪貼，在廣場使用透水磚達(dá)到50%以上；同時(shí)，在服務(wù)區(qū)設(shè)置充電樁及加氣站。

(15)本項(xiàng)目列入新一代國家交通控制網(wǎng)和智慧公路試點(diǎn)，設(shè)計(jì)階段提出智慧交通解決方案，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營管理智慧高效，全面提高應(yīng)急保障能力。如通過物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測橋隧全覆蓋，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施集群的網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)同評(píng)估與聯(lián)動(dòng)預(yù)警，保障山區(qū)高速公路的運(yùn)營安全；一般路段建設(shè)北斗地面增強(qiáng)基站提供亞米級(jí)高精度定位，隧道內(nèi)利用衛(wèi)星擴(kuò)展技術(shù)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào)全覆蓋，并以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建基于北斗的應(yīng)急救援一體化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車輛人員的迅速定位與救援力量的動(dòng)態(tài)調(diào)度與區(qū)域協(xié)同。

4 結(jié)語

總而言之，綠色公路理念貫穿公路規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營全過程，強(qiáng)調(diào)前期階段科學(xué)規(guī)劃，設(shè)計(jì)期間系統(tǒng)設(shè)計(jì)，施工期間生態(tài)建設(shè)，運(yùn)營期間低碳運(yùn)營。在公路設(shè)計(jì)、建設(shè)過程中，遵循綠色公路的設(shè)計(jì)理念是公路建設(shè)環(huán)節(jié)對(duì)生態(tài)環(huán)保的重要體現(xiàn)?，F(xiàn)階段，在我國公路建設(shè)中，綠色公路理念已逐步深入人心，但在綠色公路建設(shè)過程中，我們?nèi)源嬖诤艽蟮倪M(jìn)步空間，因此，公路建設(shè)相關(guān)單位都要做好綠色公路的創(chuàng)建工作，在項(xiàng)目策劃、建設(shè)過程中，將綠色環(huán)保、景觀融合、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、低碳建養(yǎng)等理念充分與項(xiàng)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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