王朝杰

(河北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院 石家莊市 050011)

品質(zhì)工程是踐行現(xiàn)代工程管理發(fā)展的新要求，追求工程內(nèi)在質(zhì)量和外在品位的有機(jī)統(tǒng)一，以優(yōu)質(zhì)耐久、安全舒適、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、社會(huì)認(rèn)可為建設(shè)目標(biāo)的公路水運(yùn)工程建設(shè)成果。推進(jìn)綠色公路建設(shè)，就是促進(jìn)公路發(fā)展轉(zhuǎn)型升級(jí)，建設(shè)以質(zhì)量?jī)?yōu)良為前提，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，實(shí)現(xiàn)公路建設(shè)健康可持續(xù)發(fā)展。

以延崇高速公路河北段金家莊特長(zhǎng)螺旋隧道品質(zhì)工程設(shè)計(jì)實(shí)踐為例，基于“安全、耐久、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)?！钡幕驹瓌t，對(duì)隧道安全設(shè)計(jì)、景觀設(shè)計(jì)、綠色環(huán)保設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了系統(tǒng)而深入的研究，以期提升隧道工程的設(shè)計(jì)水平。

1 工程概況

延慶至崇禮高速公路(以下簡(jiǎn)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(gè)賽區(qū)，是奧運(yùn)交通的主通道和冬奧會(huì)交通重點(diǎn)項(xiàng)目。項(xiàng)目由主線、延伸工程及赤城支線三條路段組成，其中主線長(zhǎng)81.552km。

主線控制性工程金家莊特長(zhǎng)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(zhǎng)4228m、右幅長(zhǎng)4104m，為世界最長(zhǎng)的公路螺旋隧道。隧道地處冀北山區(qū)，最大埋深約314.5m，考慮施工工期布設(shè)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(shè)計(jì)

項(xiàng)目韓莊至棋盤(pán)梁段，線路在7km范圍內(nèi)，需克服高差240m。為解決路線兩端巨大高差問(wèn)題，提出自然展線(D線)和螺旋展線(K線)方案(見(jiàn)圖1)。同時(shí)聯(lián)合交通運(yùn)輸部規(guī)劃研究院針對(duì)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(guī)模和造價(jià)等進(jìn)行了充分論證。綜合考慮安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等因素，選擇采用半徑860m的螺旋隧道展線方案。

圖1 項(xiàng)目韓莊至棋盤(pán)梁段總體設(shè)計(jì)

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

3 隧道安全設(shè)計(jì)

3.1 利用BIM技術(shù)開(kāi)展隧道智能化全景虛擬空間安全預(yù)測(cè)仿真

金家莊特長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)螺旋隧道誘導(dǎo)功能、車距確認(rèn)功能為目標(biāo)，利用BIM技術(shù)對(duì)隧道進(jìn)、出口(見(jiàn)圖2)和洞內(nèi)行駛安全視距及夜間炫光(見(jiàn)圖3)進(jìn)行了模擬分析，驗(yàn)證了螺旋隧道內(nèi)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(nèi)行駛模擬

3.2 采用新材料、新技術(shù)預(yù)防凍害

為預(yù)防隧道漏水、凍害，保證隧道整個(gè)排水系統(tǒng)通暢，設(shè)計(jì)中聯(lián)合高校結(jié)合隧址區(qū)氣溫、風(fēng)向、凍結(jié)深度等因素，對(duì)隧道防凍保溫進(jìn)行專項(xiàng)研究，采取綜合防凍保溫措施如下：

(1)防水設(shè)計(jì)：結(jié)構(gòu)采用防滲等級(jí)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(shè)計(jì)：采用深埋中心排水溝；環(huán)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(nèi)壁光滑的HDPE雙壁波紋管。

(3)保溫加熱設(shè)計(jì)：在洞口1100～1500m范圍內(nèi)二襯表面設(shè)置防凍保溫層；對(duì)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(jìn)行保溫；在縱向排水管埋深較淺的地段采用電伴熱主動(dòng)加熱措施。

3.3 隧道洞外采用抑凝冰路面，確保冬季運(yùn)營(yíng)安全

為避免因路面積雪、結(jié)冰引發(fā)的交通事故，在金家莊特長(zhǎng)螺旋隧道崇禮端洞外，鋪筑了一定長(zhǎng)度的抑凝冰SBS改性瀝青瑪蹄脂碎石，通過(guò)降低路表水膜冰點(diǎn)來(lái)減緩路面凝冰，提高冰雪天氣下過(guò)往車輛的行車安全，同時(shí)減少人工除雪的成本和無(wú)機(jī)鹽類融雪添加劑對(duì)結(jié)構(gòu)物和土壤的影響。

3.4 應(yīng)急救援通道設(shè)計(jì)

(1)在金家莊螺旋隧道崇禮端左側(cè)設(shè)置應(yīng)急救援聯(lián)絡(luò)通道和30m長(zhǎng)活動(dòng)護(hù)欄(見(jiàn)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(lián)絡(luò)通道

(2)在隧道洞內(nèi)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(yīng)急救援。

3.5 智能綜合誘導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)隧道運(yùn)營(yíng)的安全與高效

利用大數(shù)據(jù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)隧道現(xiàn)有附屬設(shè)施以及智能逃生設(shè)施的聯(lián)動(dòng)控制，降低特長(zhǎng)螺旋隧道對(duì)駕駛員造成的不適感。利用緊急電話系統(tǒng)將FM調(diào)頻廣播引入隧道，日常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下調(diào)頻廣播信號(hào)不中斷，應(yīng)急狀態(tài)下通過(guò)FM調(diào)頻播報(bào)全頻段發(fā)布誘導(dǎo)疏散信息。通過(guò)建設(shè)綜合誘導(dǎo)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)隧道日常情況下交通誘導(dǎo)信息和應(yīng)急狀態(tài)下逃生誘導(dǎo)信息、應(yīng)急救援任務(wù)的“一鍵下發(fā)”和救援過(guò)程的全程掌握，提升特長(zhǎng)螺旋隧道的運(yùn)營(yíng)安全。

3.6 采用國(guó)之重器—北斗高精度定位，探索封閉空間定位技術(shù)

螺旋隧道內(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，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，為“兩客一危”和“重點(diǎn)車輛”的運(yùn)營(yíng)提供安全保障。

3.7 山區(qū)運(yùn)營(yíng)開(kāi)放路段車路協(xié)同試點(diǎn)

作為車路協(xié)同試點(diǎn)路段，通過(guò)雷達(dá)等各類感知設(shè)施輔助、車載智能單元、路側(cè)智能基站通信和服務(wù)平臺(tái)統(tǒng)一決策等實(shí)現(xiàn)2類(安全、效率)13項(xiàng)(危險(xiǎn)路段預(yù)警、隧道內(nèi)高精度車輛定位等)應(yīng)用場(chǎng)景，和北京段共同為奧運(yùn)轉(zhuǎn)場(chǎng)車輛提供交通保障，兩段雖然在地域上被分割，但在數(shù)據(jù)上保持共享，在車路協(xié)同應(yīng)用場(chǎng)景上保持一致，確保駕乘者行駛體驗(yàn)一致。

4 隧道景觀設(shè)計(jì)

4.1 隧道洞口景觀設(shè)計(jì)

金家莊特長(zhǎng)螺旋隧道延慶端洞門(mén)采用厚重感的端墻式，造型似古長(zhǎng)城烽火臺(tái)，與其周邊長(zhǎng)城遺址遙相呼應(yīng)，體現(xiàn)該地區(qū)作為邊城要塞的歷史風(fēng)情。同時(shí)隧道盤(pán)旋而上，與其頂部立體時(shí)尚宏偉的上承式拱形變高鋼桁組合連續(xù)梁磚樓特大橋主橋?qū)崿F(xiàn)了垂直100m高差的交叉，兩者之間的古樸與時(shí)尚、穿越與提升，構(gòu)成了別具風(fēng)采的橋隧交叉景觀(見(jiàn)圖5)。

圖5 金家莊特長(zhǎng)螺旋隧道延慶端橋隧交叉景觀

4.2 隧道洞內(nèi)景觀設(shè)計(jì)

隧道洞口60m范圍內(nèi)拱墻采用淺黃色儲(chǔ)能式發(fā)光涂料(見(jiàn)圖6)，洞口60m范圍外拱部采用藍(lán)天白云效果的納米硅涂料，美化了隧道洞內(nèi)環(huán)境，提高了隧道內(nèi)涂料耐污性和防霉性。

圖6 隧道洞口60m范圍內(nèi)涂裝效果

5 隧道綠色環(huán)保設(shè)計(jì)

5.1 隧道路面

為有效降低汽車尾氣對(duì)人與環(huán)境的危害，金家莊特長(zhǎng)螺旋隧道路面(見(jiàn)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(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。

圖7 金家莊特長(zhǎng)螺旋隧道降解尾氣路面

5.2 隧道多功能綠色環(huán)保電纜溝蓋

隧道采用多功能綠色環(huán)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(zhì)、耐高溫、耐腐蝕、高韌性等特點(diǎn)，破損后可回收利用，減少了污染排放。

圖8 多功能綠色環(huán)保電纜溝蓋板

5.3 隧道照明

照明采用綠色節(jié)能變色溫LED燈具，通過(guò)智能動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)管控誘導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)光控制和冷暖色溫調(diào)控。

5.4 隧道通風(fēng)

為滿足螺旋隧道內(nèi)遠(yuǎn)期通風(fēng)需求，隧道設(shè)置互補(bǔ)式通風(fēng)結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖11)，用于降低遠(yuǎn)期運(yùn)營(yíng)通風(fēng)耗能。該結(jié)構(gòu)與純射流通風(fēng)模式相比，正常運(yùn)營(yíng)通風(fēng)工況下，可降低耗能約30%～40%。

圖9 互補(bǔ)式通風(fēng)結(jié)構(gòu)示意圖

6 結(jié)束語(yǔ)

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(shè)計(jì)實(shí)踐為例，將品質(zhì)工程理念融入到高速公路設(shè)計(jì)工作中，理論與實(shí)際工作相結(jié)合，為高速公路隧道品質(zhì)工程建設(shè)提供了現(xiàn)實(shí)依據(jù)，也取得了一定的效果，希望能為其他公路項(xiàng)目建設(shè)提供參考和借鑒。