延崇高速公路河北段金家莊特長螺旋隧道品質工程設計探討

王朝杰

(河北省交通規劃設計院 石家莊市 050011)

品質工程是踐行現代工程管理發展的新要求，追求工程內在質量和外在品位的有機統一，以優質耐久、安全舒適、經濟環保、社會認可為建設目標的公路水運工程建設成果。推進綠色公路建設，就是促進公路發展轉型升級，建設以質量優良為前提，以資源節約、生態環保、節能高效、服務提升為主要特征的綠色公路，實現公路建設健康可持續發展。

以延崇高速公路河北段金家莊特長螺旋隧道品質工程設計實踐為例，基于“安全、耐久、經濟、節能、環保”的基本原則，對隧道安全設計、景觀設計、綠色環保設計等方面進行了系統而深入的研究，以期提升隧道工程的設計水平。

1 工程概況

延慶至崇禮高速公路(以下簡稱延崇高速公路)起自延慶西羊坊，止于崇禮太子城，直接連接延慶和崇禮兩個賽區，是奧運交通的主通道和冬奧會交通重點項目。項目由主線、延伸工程及赤城支線三條路段組成，其中主線長81.552km。

主線控制性工程金家莊特長螺旋隧道位于河北省赤城縣，處于典型的上壩路段，路線平面采用螺旋展線方案，集中消化高差，為河北省首座螺旋隧道。其中，隧道左幅半徑890m、右幅半徑860m，左幅長4228m、右幅長4104m，為世界最長的公路螺旋隧道。隧道地處冀北山區，最大埋深約314.5m，考慮施工工期布設施工斜井1座。年最低氣溫-28.2℃，最大凍土深度1.62cm。

2 隧道總體設計

項目韓莊至棋盤梁段，線路在7km范圍內，需克服高差240m。為解決路線兩端巨大高差問題，提出自然展線(D線)和螺旋展線(K線)方案(見圖1)。同時聯合交通運輸部規劃研究院針對螺旋橋梁、螺旋隧道在不同行駛速度、不同路線半徑條件下工程規模和造價等進行了充分論證。綜合考慮安全、經濟、環保等因素，選擇采用半徑860m的螺旋隧道展線方案。

圖1 項目韓莊至棋盤梁段總體設計

實踐表明，采用螺旋隧道展線方案，避免了路線韓莊至棋盤梁段的高填深挖，降低了高寒、冰雪等惡劣天氣對行車的不利影響，提升了高速公路的品質，踐行了“綠色青山就是金山銀山”的生態環保理念。

3 隧道安全設計

3.1 利用BIM技術開展隧道智能化全景虛擬空間安全預測仿真

金家莊特長螺旋隧道基于螺旋隧道路段線形條件、交通流特性等要素，以實現螺旋隧道誘導功能、車距確認功能為目標，利用BIM技術對隧道進、出口(見圖2)和洞內行駛安全視距及夜間炫光(見圖3)進行了模擬分析，驗證了螺旋隧道內車輛行駛安全保障能力。

圖2 隧道出口行駛模擬

圖3 隧道洞內行駛模擬

3.2 采用新材料、新技術預防凍害

為預防隧道漏水、凍害，保證隧道整個排水系統通暢，設計中聯合高校結合隧址區氣溫、風向、凍結深度等因素，對隧道防凍保溫進行專項研究，采取綜合防凍保溫措施如下：

(1)防水設計：結構采用防滲等級P8混凝土；防水層采用1.5mm厚EVA高分子防水卷材；施工縫舍去遇水膨脹止水條，采用背貼式止水帶+中埋式橡膠止水帶防水。

(2)排水設計：采用深埋中心排水溝；環向排水管采用類似于“方便面”的MF12矩形塑料盲溝；縱向排水管和橫向排水管采用內壁光滑的HDPE雙壁波紋管。

(3)保溫加熱設計：在洞口1100～1500m范圍內二襯表面設置防凍保溫層；對中心排水管出水口、縱向排水管、中心排水管檢查井以及沉沙井進行保溫；在縱向排水管埋深較淺的地段采用電伴熱主動加熱措施。

3.3 隧道洞外采用抑凝冰路面，確保冬季運營安全

為避免因路面積雪、結冰引發的交通事故，在金家莊特長螺旋隧道崇禮端洞外，鋪筑了一定長度的抑凝冰SBS改性瀝青瑪蹄脂碎石，通過降低路表水膜冰點來減緩路面凝冰，提高冰雪天氣下過往車輛的行車安全，同時減少人工除雪的成本和無機鹽類融雪添加劑對結構物和土壤的影響。

3.4 應急救援通道設計

(1)在金家莊螺旋隧道崇禮端左側設置應急救援聯絡通道和30m長活動護欄(見圖4)，用于緊急情況下，人員和車輛的疏散。

圖4 隧道洞外緊急聯絡通道

(2)在隧道洞內布置了15處人行橫通道及4處車行橫通道，平均間距約210m，以便緊急情況下的應急救援。

3.5 智能綜合誘導，實現隧道運營的安全與高效

利用大數據平臺實現隧道現有附屬設施以及智能逃生設施的聯動控制，降低特長螺旋隧道對駕駛員造成的不適感。利用緊急電話系統將FM調頻廣播引入隧道，日常運營狀態下調頻廣播信號不中斷，應急狀態下通過FM調頻播報全頻段發布誘導疏散信息。通過建設綜合誘導系統，實現隧道日常情況下交通誘導信息和應急狀態下逃生誘導信息、應急救援任務的“一鍵下發”和救援過程的全程掌握，提升特長螺旋隧道的運營安全。

3.6 采用國之重器—北斗高精度定位，探索封閉空間定位技術

螺旋隧道內利用衛星擴展技術實現衛星信號全覆蓋，構建基于北斗的應急救援一體化管理系統，實現車輛人員的迅速定位與救援力量的動態調度與區域協同，為“兩客一危”和“重點車輛”的運營提供安全保障。

3.7 山區運營開放路段車路協同試點

作為車路協同試點路段，通過雷達等各類感知設施輔助、車載智能單元、路側智能基站通信和服務平臺統一決策等實現2類(安全、效率)13項(危險路段預警、隧道內高精度車輛定位等)應用場景，和北京段共同為奧運轉場車輛提供交通保障，兩段雖然在地域上被分割，但在數據上保持共享，在車路協同應用場景上保持一致，確保駕乘者行駛體驗一致。

4 隧道景觀設計

4.1 隧道洞口景觀設計

金家莊特長螺旋隧道延慶端洞門采用厚重感的端墻式，造型似古長城烽火臺，與其周邊長城遺址遙相呼應，體現該地區作為邊城要塞的歷史風情。同時隧道盤旋而上，與其頂部立體時尚宏偉的上承式拱形變高鋼桁組合連續梁磚樓特大橋主橋實現了垂直100m高差的交叉，兩者之間的古樸與時尚、穿越與提升，構成了別具風采的橋隧交叉景觀(見圖5)。

圖5 金家莊特長螺旋隧道延慶端橋隧交叉景觀

4.2 隧道洞內景觀設計

隧道洞口60m范圍內拱墻采用淺黃色儲能式發光涂料(見圖6)，洞口60m范圍外拱部采用藍天白云效果的納米硅涂料，美化了隧道洞內環境，提高了隧道內涂料耐污性和防霉性。

圖6 隧道洞口60m范圍內涂裝效果

5 隧道綠色環保設計

5.1 隧道路面

為有效降低汽車尾氣對人與環境的危害，金家莊特長螺旋隧道路面(見圖7)采用降解尾氣的光催化材料，減少排入空氣中有害的濃度，控制汽車所產生的尾氣污染，為實現“生態環保”的設計理念提供技術保障。

圖7 金家莊特長螺旋隧道降解尾氣路面

5.2 隧道多功能綠色環保電纜溝蓋

隧道采用多功能綠色環保電纜溝蓋板(圖8)，提高回收利用率。這種蓋板以聚丙烯廢棄塑料為原材料，具有阻燃、輕質、耐高溫、耐腐蝕、高韌性等特點，破損后可回收利用，減少了污染排放。

圖8 多功能綠色環保電纜溝蓋板

5.3 隧道照明

照明采用綠色節能變色溫LED燈具，通過智能動態實時管控誘導系統進行無級調光控制和冷暖色溫調控。

5.4 隧道通風

為滿足螺旋隧道內遠期通風需求，隧道設置互補式通風結構(見圖11)，用于降低遠期運營通風耗能。該結構與純射流通風模式相比，正常運營通風工況下，可降低耗能約30%～40%。

圖9 互補式通風結構示意圖

6 結束語

以延慶至崇禮高速公路河北段高速公路金家莊螺旋隧道設計實踐為例，將品質工程理念融入到高速公路設計工作中，理論與實際工作相結合，為高速公路隧道品質工程建設提供了現實依據，也取得了一定的效果，希望能為其他公路項目建設提供參考和借鑒。