綠色公路理念在高速公路設計中的應用

劉 斌

(陜西省交通規劃設計研究院有限公司,陜西 西安 710075)

1 引 言

加大生態環境保護力度,建設人與自然和諧共生的現代化,是在新發展階段推動高質量發展的必要舉措。特別是在習近平總書記提出“綠水青山就是金山銀山”的正確科學論斷后,交通運輸部于2016年8月提出《關于實施綠色公路建設的指導意見》,生態文明建設已深入人心,不論在公路的設計及施工中,還是在公路的運營及管理中,綠色公路理念應該始終貫穿其中。所以,在高速公路設計中要牢固樹立創新、協調、綠色、開放、共享發展理念,這也是為了實現公路交通建設的可持續健康發展。

目前,已經有很多學者對綠色公路理念的進行了探討,夏晨野[1]以S503(聯十五線)東山生態環島公路為例對國省干線綠色公路方案進行了相關研究;余凡凡等[2]從綠色施工、資源再利用、服務與運營等方面列舉了目前綠色公路實施的一些方案;柴麗[3]分析了目前我國交通環境現狀及阻礙綠色交通發展的原因,并從交通質量檢測和交通環境監測的角度探討了如何更好地在內蒙古地區實現綠色交通發展;田川[4]結合青銀改擴建工程建設經驗,探討了綠色公路設計理念在已竣工項目中的應用實踐。

雖然綠色公路理念的研究已經很多,但是針對高速公路設計中對綠色公路理念的實踐應用卻較少,主要通過結合陜西平利至鎮坪高速公路在設計中對綠色公路理念的踐行,從堅持生態選線、貫徹全壽命周期理念、樹立節約資源理念、積極推廣節能技術等多個方面全面分析了綠色公路理念在設計中的實際應用,為廣大設計工作者理解和認識綠色公路理念提供了很好的借鑒實例。

2 項目概況

安康至來鳳高速公路(G6911)是國家高速銀百高速公路(G69)的一條聯絡線。陜西省平利至鎮坪高速公路是安來高速公路的重要組成部分,項目位于陜西省安康市的平利縣和鎮坪縣。對完善國家高速公路網,改善區域交通條件,貫徹落實西部大開發戰略,推動秦巴山區連片特困地區脫貧攻堅,促進沿線地區資源開發和社會經濟協調發展具有十分重要的作用。

本項目路線起于安康市平利縣,向南經鎮坪至陜渝兩省交界,與重慶市在建的陜渝界至巫溪高速公路相連。路線起點位于安康市平利縣龍古村,終點至筒車壩省界雞心嶺隧道北口,路線全長81.445 km。項目位于秦巴山區,生態環境保護顯得尤為重要,在施工建設階段及后期運營階段都將綠色公路理念執行到底。

3 綠色公路理念在高速公路設計中的應用

3.1 堅持綠色生態選線,合理避讓各類敏感點

項目區所在地山勢陡峻、地形復雜,滑坡、崩塌、斷裂帶等不良地質分布較廣,且橋隧比例較高、工程規模較大,路線設計階段堅持“安全選線”、“地形選線”、“地質選線”、“生態選線”。不盲目采用高指標,在滿足行車安全的情況下,盡量選用中、低值,以期達到最佳的工程經濟合理性[5]。本項目路線走廊帶相對狹窄,路線布設時盡量減少與地方路的干擾,減少改移,同時預留地方公路改擴建的空間;在公路選線、布線時,注意避讓基本農田、濕地,利用坡地、河灘地和劣質地,減少對耕地資源的占用及對農田的分割,最大限度地節約土地、保護耕地;做好路堤與橋梁、路塹與隧道的方案比選,盡可能少占用土地資源。

3.2 貫徹全壽命周期理念,追求綜合效益最大化

本項目設計之初就將公路運營維護與建設一并考慮,研究全壽命周期成本,追求綜合效益最大化。按照《交通運輸部關于推進公路鋼結構橋梁建設的指導意見》(交公路發[2016]115號),充分發揮鋼結構橋梁建造周期短、抗震和耐久性好、結構受力機理明確等優勢特點,針對本項目所在區域地震烈度指標高及橋梁比例大的特點,充分考慮鋼結構橋梁的研究應用,推廣應用鋼結構橋梁。

本項目在四方石溝大橋、白土嶺大橋、友誼村大橋、七坪村大橋、神州灣大橋及錦雞洞大橋共6座橋梁設計中采用鋼板-混凝土組合梁結構,并通過大力推進鋼結構橋梁建設標準化設計、工業化生產、裝配化施工和可維護性設計[6],提升橋梁建設品質,提高結構安全耐久性,降低全壽命周期成本[7]。

同時,針對山區河流特點,對位于河道內的橋梁下部結構,增設滾石防撞保護結構,并進行安全性評價,提升橋梁結構的耐久性。

3.3 秉承節約資源的理念,使自然破壞最小化

因地制宜進行公路橫斷面與縱斷面的設計,統籌土石方調配方案,力爭實現填挖平衡。路基填筑采用路基挖余方和隧道棄渣,基本達到“零借方、少棄方”的綠色交通設計理念。對隧道棄渣及路基挖余方進行充分的縱向調配利用,減少棄土場設置;根據隧道棄渣的巖性,盡可能選擇合適的棄渣加工成塊片石、碎石及機制砂等;對于路基清除表土,采取集中堆放,作為邊坡培土、棄土場復耕土利用,避免新借土對生態破壞。

采用標準化設計。構件設計執行標準化和通用化原則,統籌考慮施工的可操作性和維護的便捷性,在設計中盡量做到梁板尺寸一致、墩柱蓋梁形式一致,以提高模板的周轉利用率。

在滿足使用功能的前提下,互通式立交采用簡單、緊湊的設計方案[8],并在牛頭店立交采用立交區綠化島設置停車區和收費站場區以節約占地。

3.4 推廣應用節能技術,減少對環境的破壞

在隧道照明設計時根據現行規范和隧道平縱條件進行照明亮度計算,優化光源功率,選取LED光源作為主要光源。同時,在加強段等易有團霧產生的地點采用高壓鈉燈輔助照明模式,并采取過渡及基本段單排布設方式,合理降低建設投資及后期運營能源損耗,整體照明系統做到智能控制。

隧道采用節能型通風方式——全射流風機縱向式通風,充分利用車輛行駛形成的活塞風[9]。其次,射流風機選用大直徑、高效率型,并采用遠程自動控制方式,根據污染物濃度水平自動控制射流風機的開啟臺數以滿足各種運營工況下的通風需求,合理節約風機能耗。

各隧道變配電所低壓無功功率補償采用就地與集中相結合方式,提高供配電系統的功率因數,降低系統的電能損耗。動力及照明配電系統根據負荷性質及用途分回路供電,輸電纜推廣采用合金電纜,并根據隧道用電負荷大小和供電電纜長度,合理確定電纜截面,減少線路損耗。同時,選用非晶合金節能型變壓器,合理確定變壓器容量,使變壓器高效運行,降低空載損耗[10]。

開展建筑節能設計。單體建筑通過采用節能墻體材料,如粉煤灰加水泥砌塊作為填充墻,外墻保溫板或節能措施;門窗采用雙層真空玻璃窗等可以有效降低建筑室內能耗的措施;通過采用節水型器具和設備,安裝雨水收集處理設備收集使用雨水,采用節水型便器、節水型龍頭等措施節約用水;通過安裝LED節能燈,服務區中燈桿安裝太陽能LED燈,在房建設計中考慮自然通風及自然采光等措施降低照明電力損耗。

3.5 推行生態環保設計,實現道路與環境融合

隧道洞口“零開挖”設計。隧道洞口生態設計,遵循“零開挖”的設計理念,按照“安全性、整體協調性、自然性”原則,提倡簡潔、隱蔽,注重與環境和諧統一的洞門設計形式。同時,做好洞門的綠化設計。

項目區域對污水排放標準高,沿線河流水系均需達到二類水體排放,且局部路段通過水源地保護區。設計階段采取路基水與路面水分離排放進行設計。路基水可通過排水設施直接排入河道,路面水則集中收集至蓄水池,通過污水處理設備對水體凈化處理后再排入河道。針對性開展水環境保護專項設計,并按照項目區特點展開施工及運營期水環境保護專項設計。

全線跨河橋梁、伴河橋梁和伴河路基段均設置雨水徑流處理系統(兼做事故應急收集池),全線共設置雨水徑流處理系統175座。

橋梁設計盡量減少對山體的擾動,采用高低樁設計、提高底系梁高程及全幅雙主墩設計等措施減少對山體的開挖和河道的影響。

邊坡防護設計貫徹協調、自然原則,減少高大圬工混凝土和漿砌工程。對全線邊坡防護形式采取清單式管理,不斷優化設計方案,確保設計方案科學合理。優先采用邊坡自然穩定下的植物防護或不防護,對于高邊坡,在滿足穩定性要求的前提下,盡量采用生態防護,減少“硬防護”,采用工程與植物相結合的綜合防護形式,達到加固與防護兼顧、剛柔并濟的效果;在受征地、地形限制邊坡處,采用樁板墻陡邊坡綠色防護技術,減少對土地資源的占用。

優化全線路塹邊溝設計形式及橋隧護欄過渡段三角區設計。取消路塹邊溝蓋板,采用加高邊溝形成種植槽,增加邊坡綠化效果,減少混凝土3 000多立方米,節約投資180萬元;利用橋隧護欄過渡段三角區種植花草,避免造成浪費,增加了綠化面積,美化了橋隧段綠化景觀。

3.6 完善基礎設施支撐建設,促進智慧高速集約發展

擴大ETC覆蓋范圍,加快車道通行效率。在每個收費站均設電子不停車收費系統(ETC),減少車輛的啟停次數,減少擁堵,從而降低能耗,減少汽車尾氣排放。在收費出口實施計重收費,通過計重收費,消除了車輛超限運輸的利益驅動,進一步規范了貨運市場經濟秩序,保護了公路路面、橋梁免受破壞,同時降低了能耗,減少了汽車尾氣的排放。

完善高速公路綠色通道車輛檢測管理系統,通過采用先進的技術手段及自動化檢測設備,提高綠色通道車輛檢測的準確性和可靠性,降低檢測的人力成本與車輛檢測時間,提高檢測效率。

3.7 推進綠色服務設施建設,強化生態環境質量保障

采用清潔能源。收費站利用天然氣供暖;在服務區建設加氣站、充電樁,保障綠色出行。

開發利用可再生能源。沿線收費站、停車區、服務區冬季供暖和夏季制冷優先采用空氣源熱泵,宿舍樓、綜合樓衛生間采用太陽能供熱水。

沿線房建站點建設地埋式垃圾壓縮站,做到垃圾集中處理,避免二次污染、減少占地、降低投資,實現效益與環境雙贏。

服務區中水循環利用。在服務區兩側建設以“生物接觸氧化+過濾+消毒”為核心工藝的污水處理及回用系統,用于處理生活洗浴用水、沖廁污水、餐廳污水、洗車廢水、汽修間含油廢水等,處理后的中水用作綠化澆灌和沖廁。

4 結 語

綜上所述,通過陜西平利至鎮坪高速公路在設計中對綠色公路理念的應用,讓我們認識到在公路設計階段有許多地方可以應用綠色公路理念。同時,設計人員應提高綠色環保思想認識,將綠色公路設計放在首位,秉承精細化設計,堅持綠色設計、生態選線,節約資源,認真貫徹落實《關于實施綠色公路建設的指導意見》,通過在公路設計中各個方面的不斷優化,力爭將公路建設對自然的破壞降到最低,達到人與自然、公路與自然的和諧統一,讓綠色公路理念在設計中更加深入人心。