榮烏高速公路新線品質工程、智慧公路設計理念

趙偉娟

(河北省交通規(guī)劃設計研究院有限公司 石家莊市 050011)

0 引言

2018年4月，中共中央、國務院批復《河北雄安新區(qū)規(guī)劃綱要》[1]，綱要中要求構建“四縱三橫”區(qū)域高速公路網(wǎng)，榮烏高速公路新線屬于“四縱三橫”的三橫之一。

2018年12月，省委、省政府聯(lián)合印發(fā)《河北雄安新區(qū)總體規(guī)劃》[2]，《總體規(guī)劃》提出：榮烏高速新線起自京滬高速與現(xiàn)狀榮烏高速交叉點，向西與淶淶高速相接，是新區(qū)北部重要過境通道和聯(lián)系天津的主要通道。榮烏高速公路新線為河北省一條聯(lián)系津冀的高速通道，對于完善國家和區(qū)域高速公路網(wǎng)，改善區(qū)域交通條件，疏解雄安新區(qū)過境交通壓力，促進雄安新區(qū)建設和京津冀區(qū)域協(xié)同發(fā)展等具有重要意義。

1 總體目標

項目以科技創(chuàng)新為引領，致力于打造“便捷舒適高效暢行樣板路、安全耐久品質示范樣板路、綠色生態(tài)資源節(jié)約樣板路、智能運維車路協(xié)同樣板路、路域經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展樣板路”[3]。

2 工程概況

榮烏高速公路新線京臺高速至京港澳高速段路線總體東西走向，途徑廊坊市永清縣、霸州市、固安縣，保定市高碑店市、白溝新城、定興縣，路線全長72.814km。

2.1 主要技術標準

主線采用雙向八車道高速公路標準，設計速度為120km/h，整體式路基寬度為42m。

2.2 建設規(guī)模

項目路線全長72.814km，設置特大橋27175.5m/9座，大橋4822m/11座，中橋677m/11座，小橋12m/2座，涵洞15道，互通式立交11座(其中樞紐互通5座)，分離式立交10座，天橋7座，通道47道，服務區(qū)3處，停車區(qū)1處，養(yǎng)護中心1處，監(jiān)控通信分中心1處，橋梁占比約45%。

3 總體及路線設計

3.1 總體設計思路

項目設計中遵循雄安新區(qū)“世界眼光、國際標準、中國特色、高點定位”要求；貫徹“技術先進、安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟合理”的基本原則，打造“以資源節(jié)約、生態(tài)環(huán)保、節(jié)能高效、服務提升”為主要特征的綠色公路[4]，將本項目打造成便捷、安全、綠色、智能的京南雄北貨運主通道。

3.2 統(tǒng)籌集約節(jié)約，降低路基高度

(1)項目地處華北平原，沿線地勢平坦、村莊密集，公路、鐵路、水利設施等分布較多，且土地資源寶貴，自然、人文資源豐富。為最大限度節(jié)約土方及占地，設計中開展低路基專項設計，最大限度降低路基高度。

(2)全線路基段長約40km，平均填土高度3.16m；平均填土高度小于2m路段長20.5km，占全線路基段總長的比例為53%。

4 路基與路面工程

4.1 下穿城際及高鐵，設置U槽確保運營安全

項目分別下穿京雄城際鐵路和京石高鐵，為確保運營期鐵路安全，采用U槽分幅下穿，其中下穿京雄城際處，最低處較原地面下挖約1m，設置U型槽長度120m；下穿京石高鐵處，最低處較原地面下挖約1.4m，設置U型槽長度70m。兩處下穿高鐵路段，均設置蓄水池、泵站和蒸發(fā)池?，F(xiàn)場照片見圖1。

圖1 下穿城際及高鐵U槽現(xiàn)場照片

4.2 建設精品工程，采用永久路面

依據(jù)項目功能定位、使用要求，重點設計提高路面的耐久性，延長路面的使用壽命，實現(xiàn)減少維修頻次，提高通行能力，降低全壽命周期成本。以修建永久性路面為設計目標，15年不用小修，20年不用大修，其它結構層使用40年以上。

本項目為全國首次在瀝青各結構層采用大摻量橡膠粉改性瀝青，三層瀝青混凝土中膠粉含量分別達到30%、40%、50%，具有良好的高、低溫性能，其耐老化、抗疲勞性能突出。同時鋪筑7.86km高模量瀝青混凝土全厚式柔性基層試驗段，為實現(xiàn)永久路面進一步提供技術數(shù)據(jù)。

5 橋梁工程

5.1 裝配式雙T梁的采用

項目中5座橋梁共計3678m采用裝配式結構，模型圖見圖2，應用預應力預制管樁基礎、預制墩柱、預制蓋梁和雙T梁，橋梁裝配率達到92%，為拓展高速公路建設新工藝、新技術，橋梁裝配化施工提供借鑒。

圖2 裝配式雙T梁模型圖

裝配式雙T梁具有整體剛度大、工后沉降小、現(xiàn)場施工快、經(jīng)濟性能好等優(yōu)勢，是河北省高速公路第一次大規(guī)模應用全預制裝配式結構。

5.2 多結構型式最長八車道公路橋梁修建

琉璃街-蘭溝洼特大橋，連續(xù)跨越清北分洪區(qū)、白溝河和蘭溝洼蓄滯洪區(qū)，并貫穿泗莊互通式立交和雄安北服務區(qū)，橋梁總長度19.218km。本橋涵蓋了預制混凝土小箱梁、支架澆筑預應力連續(xù)箱梁、懸臂澆筑預應力連續(xù)梁和鋼-混組合梁多種結構型式。該特大橋為目前國內雙向8車道高速公路中最長的橋梁。

5.3 橋梁結構工程美學設計

白溝河特大橋位于雄安北服務區(qū)旁，是本項目跨越白溝河的一座重要的特大型橋梁，白溝河河道寬840m，規(guī)劃天然三級航道。橋梁創(chuàng)作既著眼于跨越水系，又將橋梁作為河道兩岸綠色生態(tài)空間的溝通媒介和融于自然美景的構筑物，強化景觀生態(tài)，形成功能齊備、靈動和諧、水路相融的綠色生態(tài)走廊。

白溝河特大橋跨河段主橋長900m(跨徑為5×60m+(60+2×90+60)m+5×60m)，橋梁結構采用多孔預應力混凝土變截面連續(xù)梁，優(yōu)美的連續(xù)波浪線條，猶如水面上飄舞的錦帶，結合鏤空花瓶式橋墩，與周圍水系、稻田、樹林等融為一體，見圖3。

圖3 白溝河特大橋現(xiàn)場照片

5.4 復合擴盤樁技術應用

復合擴盤樁技術是擠擴支盤樁技術的優(yōu)化和完善，可有效避免樁基施工工序多，樁盤成形質量不易控制問題。結合了復合地基處理、樁基擴盤和樁身變徑等技術，通過支盤的端承作用提高樁基堅向承載力，實現(xiàn)減小樁長的目的，復合擴盤樁極限承載力是常規(guī)樁基的2.5倍。本項目在南大王莊天橋應用了復合擴盤樁技術。

5.5 橋梁結構建養(yǎng)一體化設計理念

設計過程中充分考慮運營養(yǎng)護階段結構(如橋梁踏步、泄水管、鋼橋內外部、支座、伸縮縫等)可檢、可修、可達、可換，檢養(yǎng)通道設置便利(圖4)，對于特殊結構提出了有針對性的養(yǎng)護方法及要求。

圖4 橋梁檢修孔現(xiàn)場照片

5.6 橋梁結構耐久性設計理念

橋梁設置時充分考慮了橋梁結構的耐久性，對橋梁的混凝土、鋼筋、保護層、防腐涂裝等均做了具體要求，避免因混凝土腐蝕而造成橋梁結構性能下降的情況。

北方橋梁受除冰鹽腐蝕問題突出，為了提高除冰鹽環(huán)境下混凝土抗腐蝕性能，本項目提出高性能混凝土+長效防腐體系模式，橋梁主要部位混凝土均采用高性能混凝土，防撞護欄內表面、排水側邊梁外側還涂裝了300μm的石墨烯環(huán)氧膩子和150μm的石墨烯環(huán)氧玻璃鱗片，通過同時加強混凝土內在性能、表面性能和防腐層厚度，提高易腐蝕部位的混凝土耐久性。

6 路線交叉

項目互通形式的選擇，主要考慮保證主交通流方向快捷通暢，合理組織其它方向的交通，提供更安全的行駛條件和更美觀的造型，以及合理利用自然條件和環(huán)境條件，盡可能降低工程造價等。

泗莊樞紐型互通采用渦輪型互通方案，現(xiàn)場照片見圖5，布局對稱，空間通透，以“互通融合、同心共贏”為設計理念，匝道通過靈動的布置形成同心圓相互融合，契合中華傳統(tǒng)文化“天圓地方”的理念，寓意“萬眾一心，同心同德”，全力將雄安新區(qū)打造成為“未來之城、千秋之城”。

圖5 泗莊樞紐型互通現(xiàn)場照片

7 智能交通

7.1 智慧高速公路全過程管理平臺

綜合應用BIM+GIS、物聯(lián)網(wǎng)、云儲備等新一代信息化技術搭建高速公路全過程管理平臺，建設期實現(xiàn)工程管理信息化；運營期統(tǒng)籌高速公路實體與數(shù)字資產(chǎn)管理、監(jiān)測設施運行狀況，跟蹤病害發(fā)生發(fā)展，預測新能變化，提供資產(chǎn)管理服務，支撐公路養(yǎng)護科學決策，有效降低養(yǎng)護成本。

7.2 全息化數(shù)字感知系統(tǒng)

通過自主研發(fā)的千米超距毫米波交通雷達和卡口攝像頭數(shù)據(jù)相融合，實現(xiàn)車輛行駛路徑與車牌關聯(lián)，快速提取車輛特征、運行速度和行駛軌跡，為主動控制系統(tǒng)進行交通流狀態(tài)分析和控制決策制定提供基礎數(shù)據(jù)支撐，同時快速識別車輛行駛異常、擁堵等交通事件。榮烏高速公路新線全線布設了89個千米雷達，并局部布設了500m雷達，基本實現(xiàn)了全線覆蓋。

7.3 車道化主動控制系統(tǒng)

依據(jù)數(shù)字感知系統(tǒng)所獲得的交通流數(shù)據(jù)，實時評估交通運行態(tài)勢，對交通擁堵點進行預判，制定通行策略，并通過智慧門架系統(tǒng)，對不同車道進行速度、開啟/封閉提示，調控不同車道的通行狀態(tài)和建議速度，減少因交通事件導致的交通擁堵，提高通行效率。榮烏高速新線2000多個核心控制單元，是世界上管控里程最長、控制單元數(shù)量最多、系統(tǒng)耦合性最高、場景策略最為復雜的高速公路主動管控系統(tǒng)。

7.4 一體化車路協(xié)同系統(tǒng)

構建多種模式的車路協(xié)同系統(tǒng)(圖6)。通過“路+可變信息情報板+動態(tài)控制”“路+(RSU+OBU)+動態(tài)控制”“智慧路+網(wǎng)聯(lián)車”等模式，實現(xiàn)不同階段的信息與人-車-路之間的有效交互。

(1)探索車路協(xié)同技術在高速公路的應用場景。在張六莊互通與馬莊互通間布設11km的路側智能單元(RSU)及北斗高精度定位基站，初步搭建車路協(xié)同測試環(huán)境，為后期全線應用提供技術支撐。

(2)研發(fā)并推廣應用車基反饋技術。基于智能網(wǎng)聯(lián)汽車，直接提取車輛反饋數(shù)據(jù)，比如防抱死數(shù)據(jù)、路面摩阻系數(shù)等，輔助道路系統(tǒng)進行協(xié)同管理、決策和控制，實現(xiàn)車路協(xié)同深層次應用。見圖6。

圖6 一體化車路協(xié)同系統(tǒng)圖

7.5 智慧化交通管理系統(tǒng)

以云控技術為基礎開發(fā)了云控管理平臺，能夠支持低延時、高可靠、并行海量計算。近期可作為基礎平臺支撐高速公路智慧化管理，遠期為智能網(wǎng)聯(lián)車時代做好了水平擴展與能力預留。

同時，面向管理應用，研發(fā)坐席終端，強化管理效率，按照智能交通管理方式，有效提升交通管控效率及精準性。

7.6 精細化交通服務系統(tǒng)

(1)車道級駕駛智慧引導系統(tǒng)。在現(xiàn)有手機導航APP的基礎上，將感知數(shù)據(jù)、控制策略與第三方導航地圖浮動車數(shù)據(jù)相融合，向APP推送車道引導、車道限速、貨運限行、事故事件、碰撞預警、氣象信息給駕駛人員，有效提升道路車輛通行效率與廣大司乘人員的高速駕駛體驗。

(2)逐步推進準全天候通行。在技術上，針對不同的交通量、氣象、路況條件，基于感知+主動控制+綜合誘導+信息服務等技術生成不同的控制策略，支撐實現(xiàn)準全天候通行。在政策保障上，針對不同等級事件下的控制策略，構建交通、公安、氣象協(xié)調一致的工作機制，實現(xiàn)從識別互認到等級互認再到流程互認的全域路警融合，開展高效聯(lián)合執(zhí)法。

8 結束語

新基建是我國經(jīng)濟發(fā)展的新引擎，智慧高速公路是未來高速發(fā)展的主旋律，智慧高速公路建設符合交通強國等國家戰(zhàn)略，也是當前的建設熱點。以榮烏高速公路新線設計實踐為例，將品質工程、智慧高速理念融入到高速公路設計工作中，理論與實際工作相結合，為高速公路品質工程、智慧高速建設提供了現(xiàn)實依據(jù)，希望能為其他平原區(qū)公路項目建設提供參考。