新型螺旋式高速公路設(shè)計(jì)理念創(chuàng)新探討

龔國(guó)鑫，霍三勝，霍冰凌

（1.江山生態(tài)環(huán)境建設(shè)有限公司，河北 石家莊 050060；2.中港建設(shè)集團(tuán)新晉高速公路項(xiàng)目部，河南 輝縣 453600）

1 螺旋式路線特征概述

項(xiàng)目區(qū)域位于華北平原西部邊緣和太行山山嶺地帶，沿線地形起伏巨大。地勢(shì)北高南低，西高東低。路線自南向北跨越3 個(gè)地貌單元：起點(diǎn)的前段25 km地勢(shì)平坦開闊，屬平原微丘地形；中段15 km 為重丘及山間盆地，地形起伏變化相對(duì)較大；后段30 km為太行山主脈的中南段，峰巒疊嶂，懸崖陡壁，溝壑縱橫，海拔高度從 500 m 到 1 730 m，絕對(duì)高差1 230 m，為典型的深山區(qū)地形，大起伏高山地貌，沿線形成多處高差上百米的中山深谷。峽谷地表為堅(jiān)硬的石英砂巖及石灰?guī)r，受構(gòu)造斷裂破壞，形成許多直立的峭壁（90°)和懸崖（大于90°)地貌。圍繞路線3 km 范圍，有河南萬仙山郭亮、回龍和山西昆山、錫崖溝4 條掛壁公路。

項(xiàng)目建成后，當(dāng)?shù)厝罕娡獬鰧氐赘鎰e在懸崖下穿行現(xiàn)狀，避開滾石路段、山路結(jié)冰等交通風(fēng)險(xiǎn)，通往河南、京珠高速，山東日照地區(qū)的通行時(shí)間大大縮短。

圖1 山區(qū)段螺旋線路線圖

2 螺旋式路線存在的問題與解決對(duì)策

2.1 問題的提出

本項(xiàng)目路線長(zhǎng)69.753 km，環(huán)繞轎頂山螺旋攀升，旋轉(zhuǎn)近3 個(gè)圓圈（旋轉(zhuǎn)角1 010°左右），隧道穿越山梁，橋梁跨越峽谷，橋隧相連螺旋展線，形成以橋隧為主3 層疊加螺旋式高速公路特殊線形。隧道、橋梁、收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)占90%。尤其是特殊地段路線彎急坡陡，連續(xù)坡道長(zhǎng)，隧隧相摞、橋隧相交、3 層疊加、螺旋立交，山上山下溫差大，溝壑（露頭）多，大多時(shí)間山上下雪山下雨，山上陽光明媚，溝壑吞云駕霧，變化無常。橋長(zhǎng)墩高易結(jié)冰，行車安全隱患多；路線地處南太行，景點(diǎn)多，低碳環(huán)保難度大，科技含量要求高；如何應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，尋找解決辦法和對(duì)策，是廣大建設(shè)者的主要任務(wù)和重大課題。

2.2 優(yōu)化與對(duì)策

2.2.1 因勢(shì)利導(dǎo)提升安全保障水平——建設(shè)生命高速通道

該項(xiàng)目山區(qū)路段橋隧多，連續(xù)下坡，急彎陡坡回頭彎，山上山下氣溫懸殊，運(yùn)營(yíng)安全保障難度大。如何確保安全，防止雨雪路滑和團(tuán)霧彌漫等特殊氣候?qū)π熊嚢踩挠绊?，增設(shè)救援通道，解決隧道消防，逃生、應(yīng)急救援及景區(qū)森林防火等問題需深入探討，提出建議，采取對(duì)策。

a）防雨、雪、霧惡劣天氣建議方案 采用棚洞等技術(shù)措施將橋隧相連路段封閉連接起來，按照“地鐵”的原理使其免受雨、雪、霧等氣候影響，避免路面積水結(jié)冰，杜絕因結(jié)冰路滑、團(tuán)霧影響視線而引發(fā)交通事故。同時(shí)，隧道與明道連接起來，還可形成長(zhǎng)達(dá)25 km 的世界高速公路第一特長(zhǎng)“隧道”，增加景觀效果，提升路段運(yùn)營(yíng)效益。

b）采取新技術(shù)新材料保障安全出行。

地表植被覆蓋度小于15%時(shí)，光譜特征與裸地近似，基于植被指數(shù)的干旱監(jiān)測(cè)難以實(shí)現(xiàn)，就需要對(duì)土壤的光譜特征進(jìn)行研究。一般情況下，不同土壤類型光譜特征區(qū)別不大[15]。當(dāng)土壤含水量發(fā)生變化時(shí)，土壤的反射率變化明顯，具體表現(xiàn)為：土壤含水量增加，會(huì)使表層反射率曲線平移下降，并有兩個(gè)明顯的吸收谷，分別為1 450，1 900 nm，符合水的波譜曲線特征；但當(dāng)土壤水分超過最大毛管持水量時(shí)，土壤的反射率不再降低，當(dāng)土壤水分處于飽和狀態(tài)，土壤表層反射率（平面）近似于水體鏡面反射[16]（圖3）。

（a）采用不同的發(fā)光亮度、顏色、閃頻等交通安全設(shè)施組合，實(shí)施針對(duì)性的誘導(dǎo)策略，為駕駛員提供道路輪廓強(qiáng)化、行車主動(dòng)誘導(dǎo)、防止追尾警示，保障霧區(qū)安全行車的保障措施。

（b）通過安裝于路側(cè)的紅外熱像傳感器，實(shí)現(xiàn)連續(xù)下坡路段貨車制動(dòng)器溫度的不停車實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過車牌識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，實(shí)現(xiàn)連續(xù)下坡路段貨車制動(dòng)安全提前預(yù)警，同時(shí)增加避險(xiǎn)車道密度，避免事故發(fā)生。

（c）利用路面抗冰雪新材料，在山區(qū)橋梁路基外露路段推廣使用，減少因路面下雪結(jié)冰引起的交通事故。

c）隧道內(nèi)行車安全保障措施。

（a）隧道內(nèi)安裝安全車距智能警示系統(tǒng)，自動(dòng)探測(cè)前后相鄰車距，運(yùn)用安全車距計(jì)算模型，判斷潛在的追尾風(fēng)險(xiǎn)，并通過可變信息情報(bào)板，將距離過近的后車的車牌號(hào)予以發(fā)布，提示后車駕駛員注意保持安全車距。

（b）推廣應(yīng)用光色雙元控制的隧道照明安全與節(jié)能系統(tǒng)，充分發(fā)揮LED 光源強(qiáng)、可調(diào)色的性能，契合駕駛員人眼視覺感知的優(yōu)勢(shì)，在保證安全的前提下降低高速公路運(yùn)營(yíng)成本，提升隧道密集條件下高速公路的安全性和運(yùn)營(yíng)效率。

d）設(shè)置隧道消防逃生應(yīng)急救援通道。對(duì)于超過1 500 m 的隧道，增設(shè)水平橫向通風(fēng)道，即施工期間在橫嶺、韓口、蒿坪、柳園、南馬鞍和王莽嶺等多處特長(zhǎng)、長(zhǎng)隧道內(nèi)增設(shè)橫向通風(fēng)道，對(duì)于增設(shè)橫向通風(fēng)道困難的韓口特長(zhǎng)隧道、蒿坪隧道則可在洞內(nèi)設(shè)避險(xiǎn)車道，通過橫向通道增強(qiáng)通風(fēng)、消防和逃生救援效能，洞外與既有施工便道、縣鄉(xiāng)道路連接，形成逃生救援道路網(wǎng)，構(gòu)建安全防線。

2.2.2 應(yīng)用智慧交通技術(shù)——建設(shè)智慧高速公路

利用地理環(huán)境特殊優(yōu)勢(shì)，全面應(yīng)用新技術(shù)，提升建設(shè)管理水平和信息服務(wù)品質(zhì)，提升智慧高速公路元素。

采取措施與對(duì)策：a）智慧效能提升。依托建設(shè)期形成的BIM 數(shù)據(jù)庫，有效提升在養(yǎng)護(hù)、運(yùn)營(yíng)、監(jiān)測(cè)、應(yīng)急、管理等方面的管理水平。開發(fā)手持移動(dòng)終端的智能養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高速公路及沿線設(shè)施破損情況的及時(shí)發(fā)現(xiàn)上報(bào)、快速跟蹤維護(hù)、動(dòng)態(tài)督查督辦和全程監(jiān)督評(píng)價(jià)，建立完善BIM的建管養(yǎng)運(yùn)服協(xié)同工作平臺(tái)。b）智能化管控系統(tǒng)。針對(duì)高速公路交通管理與服務(wù)總體需求，以“可控、可服務(wù)”為目標(biāo)，應(yīng)用高速公路多要素預(yù)警、建設(shè)一體化決策支持平臺(tái)。完善機(jī)電設(shè)施，實(shí)現(xiàn)全線監(jiān)控、自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，建設(shè)高速公路智能管控系統(tǒng)。

2.2.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，不拘一格保護(hù)生態(tài)，建設(shè)綠色長(zhǎng)廊

路線位于南太行萬仙山、八里溝、關(guān)山地質(zhì)公園和王莽嶺云頂景區(qū)，必須做好生態(tài)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)生態(tài)旅游、節(jié)能環(huán)保綠色通道的建設(shè)目標(biāo)。

應(yīng)用對(duì)策：a）節(jié)能減排新技術(shù)應(yīng)用。采用太陽能、風(fēng)能、地能（地源熱泵）等可再生能源利用技術(shù)，LED 節(jié)能燈具，隧道智能節(jié)能通風(fēng)照明技術(shù)，房建綠色節(jié)能技術(shù)等，大幅度降低公路建設(shè)能耗。b）生態(tài)環(huán)保新材料應(yīng)用。一是將橋梁優(yōu)化為路基，利用隧道棄渣填筑路基，減少廢棄物對(duì)植被的破壞。二是邊坡防護(hù)選用新材料，變漿砌硬防護(hù)為木質(zhì)或掛網(wǎng)軟防護(hù)，增加綠化面積。c）打造景觀工程。打造以南太行優(yōu)美自然環(huán)境為背景的生態(tài)景觀和文化景觀大道，優(yōu)化和完善主線、立交綠化景觀設(shè)計(jì)。邊坡綠化，實(shí)行臺(tái)階化；橋梁景觀實(shí)行護(hù)欄盆景綠化；隧道、服務(wù)區(qū)實(shí)行綠化、照明景觀工程，將高速公路作為景觀主體來打造，建設(shè)綠色長(zhǎng)廊。

2.2.4 打造智慧服務(wù)區(qū)+旅游，拓展高速公路綜合服務(wù)性能

結(jié)合新晉高速環(huán)境特點(diǎn)，利用地勢(shì)布設(shè)觀景臺(tái)、露營(yíng)地、停車場(chǎng)等設(shè)施，方便游客休閑逗留，欣賞體驗(yàn)?zāi)咸袎延^自然景觀，使廣大旅客充分感受太行山的自然風(fēng)光，實(shí)現(xiàn)車在路上行、人在景中游的和諧畫面。

應(yīng)用與對(duì)策：建設(shè)半開放式服務(wù)區(qū)，因地制宜在服務(wù)區(qū)增設(shè)休憩娛樂、物流、票務(wù)、旅游信息和地方特色產(chǎn)品售賣等服務(wù)功能，擴(kuò)大凈空,設(shè)置異向區(qū)劃停車場(chǎng)區(qū)，設(shè)置加氣站和新能源汽車充電等設(shè)施。與地方旅游資源結(jié)合，聯(lián)合設(shè)置停車、購票和下道引導(dǎo)，使服務(wù)區(qū)具有交通、生態(tài)、旅游、消費(fèi)復(fù)合功能，成為地方旅游文化綜合服務(wù)場(chǎng)所。建立智慧型服務(wù)區(qū)綜合信息服務(wù)平臺(tái)，將高速公路服務(wù)區(qū)的經(jīng)營(yíng)服務(wù)、管理功能及設(shè)施進(jìn)行有效整合，實(shí)施“互聯(lián)網(wǎng)+服務(wù)+管理+…”，為社會(huì)公眾提供交通出行、酒店預(yù)訂、旅游度假等全方位的綜合交通旅游服務(wù)。提升服務(wù)區(qū)的信息服務(wù)向金融支付、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、ETC 等充值服務(wù)方面延伸，促進(jìn)交通旅游服務(wù)大數(shù)據(jù)應(yīng)用，將新晉高速真正建成南太行旅游發(fā)展的大動(dòng)脈。

3 實(shí)施意義及效益

新晉高速項(xiàng)目充分利用公路工程領(lǐng)域新技術(shù)、新裝備，創(chuàng)新設(shè)計(jì)，全面挖潛增效，打造品質(zhì)工程，建設(shè)全壽命周期高速公路，體現(xiàn)實(shí)施意義，提升項(xiàng)目效益。

一是創(chuàng)新旅游產(chǎn)業(yè)開發(fā)，打開旅游高速公路增值空間。通過“交通旅游目的地”建設(shè)，吸引更多的交通流量，實(shí)現(xiàn)通行費(fèi)收入增加。二是突出安全保底工程，降低運(yùn)營(yíng)成本風(fēng)險(xiǎn)。主動(dòng)強(qiáng)化安全防護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用，最大限度減少運(yùn)營(yíng)管理過程中的交通事故，縮減運(yùn)營(yíng)成本。

4 結(jié)語

堅(jiān)持“因地制宜、因勢(shì)利導(dǎo)、開放包容、創(chuàng)新融合”的設(shè)計(jì)和建設(shè)理念，以實(shí)現(xiàn)高速公路智慧綠色效能提升為目標(biāo)，以方便公眾出行、提高運(yùn)輸效率、確保交通安全、加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)為切入點(diǎn)，突出“建管養(yǎng)運(yùn)服”并重理念，拓展高速公路旅游服務(wù)新功能，將該項(xiàng)目打造成為全國(guó)首例以高速公路為主題的“交通旅游目的地”和“智慧公路科技館”，爭(zhēng)創(chuàng)建筑品牌，打造一流品質(zhì)工程。