山區(qū)公路隧道群內(nèi)明線(xiàn)段防雪措施設(shè)計(jì)

姜 博

(四川省交通運(yùn)輸廳交通勘察設(shè)計(jì)研究院， 四川成都 610000)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及西部大開(kāi)發(fā)的深入，我國(guó)高速公路建設(shè)不斷向西部山區(qū)延伸，為適應(yīng)西部山區(qū)陡峭險(xiǎn)峻的地形，往往需要設(shè)置較高的橋隧比。隧道群是西部高山峽谷地區(qū)高速公路經(jīng)常采用的一種形式，而隧道群內(nèi)獨(dú)立隧道之間往往采用橋梁跨越峽谷進(jìn)行銜接。由于高山峽谷地區(qū)受環(huán)境影響，冬季降雪時(shí)間長(zhǎng)、氣溫低，降雪后易行成冰凌路面，加之高山峽谷地區(qū)道路線(xiàn)型受地形影響彎道多，縱坡大，道路視距條件相對(duì)較差，從而導(dǎo)致路面抗滑性能?chē)?yán)重下降，道路行車(chē)安全系數(shù)驟然降低。當(dāng)車(chē)輛在隧道群內(nèi)行駛，由隧道內(nèi)暗線(xiàn)段駛?cè)胨淼廊褐g較短明線(xiàn)段時(shí)，會(huì)出現(xiàn)反應(yīng)不及時(shí)，導(dǎo)致車(chē)輛在冰凌路面打滑，發(fā)生交通事故。當(dāng)隧道群內(nèi)明線(xiàn)段為橋梁時(shí)，往往還會(huì)引發(fā)車(chē)輛墜崖、墜河等二次嚴(yán)重事故。因此，高山隧道群內(nèi)橋梁段明線(xiàn)范圍內(nèi)如何除雪防冰變得尤為重要。

1 工程概況

汶馬(四川汶川縣至馬爾康市)高速公路是四川第二條藏區(qū)高速，是四川省連接大西北的出川大通道，也是內(nèi)地深入阿壩藏區(qū)羌區(qū)的經(jīng)濟(jì)走廊和戰(zhàn)略走廊，路線(xiàn)全長(zhǎng)172 km，橋隧比86 %。本項(xiàng)目C22、C23標(biāo)位于高山隧道群段，其中C22標(biāo)毛木初隧道與趕羊溝隧道之間、C23標(biāo)趕羊溝隧道與撲鴨腳隧道之間均有一段明線(xiàn)段，明線(xiàn)距離較短，采用部分路基部分橋梁的銜接形式，隧道群內(nèi)明線(xiàn)段分類(lèi)如表1所示。由于本項(xiàng)目位于高山峽谷地段，冬季降雪時(shí)間長(zhǎng)，為減輕冬季降雪對(duì)行車(chē)的影響，降低安全事故的發(fā)生幾率，需要在上述隧道群內(nèi)的明線(xiàn)段內(nèi)設(shè)置防雪措施。

表1 汶馬高速C22、C23標(biāo)隧道群之間明線(xiàn)段防雪措施設(shè)置段落

2 公路防雪措施現(xiàn)狀

目前，根據(jù)山區(qū)公路冬季防雪方式可分為主動(dòng)式防雪和被動(dòng)式除雪。目前我國(guó)規(guī)范并無(wú)針對(duì)道路防雪方面的具體要求，因此通常以道路管理部門(mén)被動(dòng)式的除雪為主，主要采用的方法為機(jī)械除雪和化學(xué)除雪，實(shí)施上都具有延遲性，且都需要大量的人工輔助，主要針對(duì)北方寒冷地區(qū)長(zhǎng)路段降雪時(shí)采用。而西部山區(qū)高速公路隧道群內(nèi)的明線(xiàn)段存在范圍小、較分散等特點(diǎn)，例如本項(xiàng)目汶馬高速C22標(biāo)、C23標(biāo)數(shù)十公里隧道群內(nèi)共兩處明線(xiàn)段，左右線(xiàn)共計(jì)592 m明線(xiàn)，被動(dòng)式除雪難以滿(mǎn)足西部山區(qū)高速公路隧道群內(nèi)的除雪要求，因此急需探尋行之有效的主動(dòng)防雪措施。

3 汶馬高速隧道群內(nèi)明線(xiàn)段防雪措施方案設(shè)計(jì)

3.1 柔性拱棚方案

借鑒隧道明洞的設(shè)計(jì)思路，采用一種柔性拱棚結(jié)構(gòu)，覆蓋于隧道群內(nèi)明線(xiàn)段上方，將隧道群內(nèi)獨(dú)立的兩個(gè)隧道串聯(lián)成為一個(gè)長(zhǎng)隧道，從根本上解決降雪問(wèn)題。柔性拱棚可采用輕質(zhì)高強(qiáng)的鋼桁架結(jié)構(gòu)，并在拱頂覆蓋專(zhuān)用PVDF防雪膜，從而隔離降雪。由于明線(xiàn)范圍內(nèi)有橋梁段落和路基段落，柔性拱棚的基礎(chǔ)形式需要分別考慮。鑒于柔性拱棚自身具有一定的荷載，為減輕橋梁主體結(jié)構(gòu)的荷載負(fù)擔(dān)，橋梁段落內(nèi)柔性拱棚基礎(chǔ)通常置于橋梁范圍外獨(dú)立設(shè)置的鋼縱梁上，路基段落內(nèi)直接將拱棚基礎(chǔ)置于路基范圍外。本項(xiàng)目柔性拱棚設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖1，柔性拱棚案例圖見(jiàn)圖2。

圖1 柔性拱棚示意(圖中未示意拱頂防雪膜)

圖2 柔性拱棚

3.2 電熱式融雪方案

借鑒生活中常用的電熱毯的工作原理，在道路瀝青層下混凝土層內(nèi)刻槽埋設(shè)不銹鋼高強(qiáng)度礦物絕緣導(dǎo)熱電纜，在路面瀝青層內(nèi)埋設(shè)相應(yīng)的溫度、濕度傳感器和控制器，通過(guò)設(shè)定臨界的溫度和濕度值，通過(guò)傳感器和控制器控制導(dǎo)熱電纜的開(kāi)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)通電發(fā)熱達(dá)到融雪的目的。汶馬高速單線(xiàn)路基寬12.25 m，路面布置為2車(chē)道加1應(yīng)急車(chē)道，為保證車(chē)行道的融雪效果并考慮項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)考慮僅在車(chē)行道范圍內(nèi)鋪設(shè)伴熱系統(tǒng)，鋪設(shè)寬度為2×3.75 m=7.5 m，鋪設(shè)長(zhǎng)度為整個(gè)工區(qū)內(nèi)明線(xiàn)段長(zhǎng)度。路面導(dǎo)熱電纜的埋設(shè)方式見(jiàn)圖3。

3.3 灑水式除雪方案

借鑒市政工程中的灑水系統(tǒng)，將被動(dòng)式的人工或機(jī)械撒鹽改造成主動(dòng)噴射除冰液。在汶馬高速橋梁段防撞護(hù)欄上和路基段波形護(hù)欄上埋設(shè)管道和噴頭，在路面瀝青層內(nèi)埋設(shè)溫度、濕度傳感器和控制器，在路基附近修建存放除冰液的設(shè)備用房，通過(guò)設(shè)定臨界的溫度和濕度值，自動(dòng)控制除冰液的噴射。灑水式除冰設(shè)備安裝示意見(jiàn)圖4。

圖3 電熱式融雪

圖4 灑水式除雪

4 汶馬高速隧道群內(nèi)明線(xiàn)段防雪措施方案比選

由于汶馬高速目前主體土建工程已經(jīng)全線(xiàn)完工，即將通車(chē)，為保證汶馬高速順利通車(chē)，需要選用施工難度相對(duì)較低、施工工期短、使用效果較好的防雪措施。通過(guò)對(duì)上述三種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行技術(shù)可行性、施工難易性、經(jīng)濟(jì)性、耐久性等多方面技術(shù)指標(biāo)比較，最終選用了經(jīng)濟(jì)性較高、施工快速便捷、技術(shù)較為成熟的灑水式除雪方案。方案綜合對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 汶馬高速C22、C23標(biāo)隧道群內(nèi)明線(xiàn)段防雪措施方案對(duì)比

5 結(jié)束語(yǔ)

(1)山區(qū)公路勘察設(shè)計(jì)中，通常對(duì)滑坡、泥石流、洪水等地質(zhì)災(zāi)害的防治設(shè)計(jì)較為重視，往往忽視了環(huán)境氣候因素對(duì)山區(qū)公路的影響，尤其是冬季降雪對(duì)公路的災(zāi)害影響。西部高寒山區(qū)冬季降雪期時(shí)間長(zhǎng)，降雪量大，若不采用主動(dòng)防雪措施，可能會(huì)造成交通事故，甚至是造成大面積交通癱瘓的嚴(yán)重后果，因此應(yīng)加強(qiáng)西部山區(qū)公路的防雪措施設(shè)計(jì)。

(2)本文依托汶馬高速C22標(biāo)、C23標(biāo)隧道群內(nèi)明線(xiàn)段防雪措施設(shè)計(jì)，分析了三種行之有效的防雪措施，為后續(xù)西部山區(qū)公路工程的防雪措施設(shè)計(jì)提供了方向和方法。

(3)本文研究的三種主動(dòng)式防雪措施均具有較高的可實(shí)施性，但又各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中柔性拱棚方案防雪效果最佳，但由于本身工程規(guī)模較大，造價(jià)較高，阻礙了其大范圍的應(yīng)用。電熱式融雪方案和灑水式除雪方案工作思路大體相同，都是通過(guò)傳感器和控制器來(lái)控制整個(gè)除雪系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)，兩種方案僅在最后一步的除雪方式上有所不同。灑水式除雪方案較電熱式融雪方案具有節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，工程實(shí)施也基本不會(huì)對(duì)道路的通行造成影響，是可能大范圍進(jìn)行推廣使用的一種方案。