忻阜高速綠色公路理念設(shè)計應(yīng)用

文/邱建冬

（作者單位：山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司）

“北隔長城攬云朔，南界石嶺通太原，西帶黃河望陜蒙，東臨太行連京冀”，忻州市位于山西省中北部，素有 “晉北鎖鑰”之稱，是山西省重要樞紐。忻州至阜平高速公路（忻州至長城嶺段）起點位于忻州市北，與忻保高速相接，終點位于晉冀交界長城嶺，與河北省保阜高速公路相接，全長 124 公里，全線采用雙向四車道標準建設(shè)，設(shè)計時速 80公里。在科技的引領(lǐng)下建設(shè)者發(fā)揚艱苦奮斗的精神，歷時短短兩年，于 2010 年 9 月實現(xiàn)通車。

忻阜高速的通車，打通了山西通向京津環(huán)渤海經(jīng)濟區(qū)的咽喉，完善了山西省高速公路網(wǎng)布局，服務(wù)了 “西煤東輸” 的經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略，帶動忻州市社會經(jīng)濟發(fā)展和世界著名佛教圣地五臺山的旅游發(fā)展，促進了山西及周邊地區(qū)的經(jīng)濟建設(shè)。

忻州作為國家級貧困地級市，下轄的 12 個縣中有 11 個為國家級貧困縣。2014 年忻州市開始響應(yīng)國家的精準扶貧政策，利用忻阜高速得天獨厚的交通便利條件，積極發(fā)展經(jīng)濟，發(fā)展旅游事業(yè)，使得全市的貧困縣于 2019年順利脫貧。忻阜高速貫通后，由太原出發(fā)經(jīng)忻阜高速去往五臺山只有 200 公里。從北京至五臺山，時長也大大減少。五臺山作為世界文化遺產(chǎn)，應(yīng)該讓更多的國內(nèi)外友人去了解它。忻阜高速公路的貫通，能夠更方便地推動佛學文化的傳承，使五臺山的佛教文化更廣泛地傳向全世界。

忻阜高速公路橫貫五臺山，沿線溝壑縱橫、地質(zhì)復雜、工程建設(shè)難度大，同時生態(tài)和文物景觀保護的要求也很高，受到了國家有關(guān)部門的高度重視，被交通部確定為全國十大公路勘察設(shè)計典型示范工程之一。同時該高速公路是交通運輸部確定的 “設(shè)計新理念典型示范工程”，項目穿越了數(shù)條河流與黃土區(qū)，黃土覆蓋分布廣泛，途經(jīng)數(shù)個長大隧道，工程建設(shè)難度高；穿越平原區(qū)和山嶺區(qū)，路線走廊帶狹窄，耕地數(shù)量有限，土地資源非常珍貴 ；沿線多次跨越清水河及其支流，對于水資源的保護及其周邊的生態(tài)環(huán)境尤為重要。本項目成功地克服了這些難點，巧妙地做到了佛教歷史文化與現(xiàn)代建設(shè)的完美融合，建設(shè)成為一條 “生態(tài)環(huán)保、低碳綠色、人文品質(zhì)” 的高速公路，這些成果均源于新理念的引進與新技術(shù)、新材料的應(yīng)用。

科技創(chuàng)新，踐行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略

針對資源綜合利用，生態(tài)環(huán)保等理念要求，參建各方聯(lián)合科研攻關(guān)，推廣了 20 項科技成果，實施了 2 項科研攻關(guān)，依靠科技進步，立足自主創(chuàng)新，確立先進的設(shè)計思想，采用先進的工程技術(shù)，推動了高速公路的工程技術(shù)的發(fā)展，為同類高速公路的建設(shè)提供了可靠的技術(shù)支撐。

在全國最大規(guī)模推廣使用廢胎膠粉橡膠瀝青技術(shù)。忻阜高速公路有 73 公里路面采用廢胎膠粉橡膠瀝青筑路技術(shù)，是目前國內(nèi)應(yīng)用規(guī)模最大的實體工程，共計使用了約 60 萬條廢舊輪胎。與SBS 改性瀝青相比，節(jié)約工程投資 3500 萬元，每年節(jié)約公路養(yǎng)護維修費用480 萬元。這種做法既提高了路面質(zhì)量、降低了路面行駛噪聲，又實現(xiàn)了廢物循環(huán)利用、保護了環(huán)境，達到多贏效果。

提出了隧道棄渣綜合利用技術(shù)。忻阜高速公路依托交通運輸部科技示范工程對高速公路隧道棄渣綜合利用技術(shù)進行研究，對隧道棄渣進行分類后，將隧道棄渣廣泛用于圬工砌筑（防護、排水工程、涵洞砌筑）、路基填筑（軟地基處理、仰拱回填、橋背回填等）、筑路材料再加工（碎石、機制砂等）等多個方面，共利用隧道棄渣 162.4 萬立方米。

首次在高速公路的建設(shè)中大規(guī)模推廣使用機制砂技術(shù)。忻阜高速公路成功利用機制砂技術(shù)將隧道棄渣應(yīng)用于工程建設(shè)中，實際利用隧道棄渣生產(chǎn)砂石約 36萬立方米，加工生產(chǎn)機制砂約 12萬立方米，減少棄渣占用耕地 50多畝，節(jié)約工程投資 1080 萬元。此做法既滿足了資源的循環(huán)利用，又實現(xiàn)了棄渣的零堆放，大大避免了鳳凰嶺一帶次生地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，最大限度地保護了周圍生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定，提高了資源利用率。同時在國內(nèi)機制砂混凝土應(yīng)用研究成果的基礎(chǔ)上，制定了《忻阜高速公路用機制砂混凝土應(yīng)用技術(shù)指南》，為同類高速公路采用機制砂技術(shù)提供了技術(shù)支持。

同時制定出了棄渣綜合利用工作流程圖，確定隧道棄渣綜合利用范圍。提出了本項目隧道棄渣路基填筑施工參數(shù)和質(zhì)量檢測指標，編制了隧道棄渣綜合利用技術(shù)指南，為同類隧道的設(shè)計和施工提供了技術(shù)參考。

理念創(chuàng)新，以人為本貫穿始終

本項目將低碳環(huán)保的理念貫徹到高速公路設(shè)計、施工和運營的全過程中，對緩解高速公路沿線自然資源緊缺，保護生態(tài)自然環(huán)境起到重大的作用。同時，也對高速公路節(jié)能減排，建設(shè)綠色低碳公路，起到積極的促進與推動作用。

應(yīng)用設(shè)計新理念，節(jié)約耕地，保護環(huán)境。忻阜高速公路K0+000—K39+600 段位于忻定盆地，這個地區(qū)農(nóng)田灌溉渠網(wǎng)密布，人口密度較大，人均耕地面積較少。根據(jù)公路設(shè)計新理念，對跨越人口密集的地區(qū)采用了合理低路堤方案，路基平均填土高為 2.5 米，減少占用耕地 180 畝。減少路基填土近 90 萬立方米，節(jié)約了工程投資近 800 萬元，取得了良好的社會與經(jīng)濟效益。

精心布線，高架橋與山谷自然環(huán)境融為一體。忻阜高速公路沿古峪溝布線，與忻臺公路走向基本一致，忻臺公路左側(cè)為臥虎山，左側(cè)的路基挖方邊坡較陡，右側(cè)為基巖出露的條狀沖溝，走廊狹窄，線位布設(shè)極其困難。設(shè)計時本著水土保持的原則，精心設(shè)計、合理布線，采用高架橋的形式跨越古峪溝，避免了對山體穩(wěn)定性的破壞。

應(yīng)用了路側(cè)安全設(shè)計理念與方法。忻阜高速公路作為我國綜合應(yīng)用路側(cè)安全設(shè)計理念與方法的示范路，采用了新型的路側(cè)安全防護形式，包括屬于路側(cè)事故主動預防性質(zhì)的新型可解體消能桿柱交通標志、新型細桿多柱式桿柱交通標志、新型肩章式太陽能主動發(fā)光誘導設(shè)施、新型光帶式主動發(fā)光誘導設(shè)施和新型護欄柱帽等 ；屬于降低路側(cè)事故嚴重性的新型纜索護欄、新型轉(zhuǎn)動護欄、新型預鍍鋅合金鍍層波形梁鋼護欄、新型可導向防撞墊、新型吸能式波形梁護欄端頭、新型波形梁護欄上游端頭和新型橋梁混凝土護欄與路側(cè)波形梁護欄過渡段等。

根據(jù)實際調(diào)查結(jié)果，各項路側(cè)安全防護設(shè)施應(yīng)用效果良好，較好地解決了相應(yīng)的路側(cè)安全技術(shù)難點，據(jù)調(diào)查，通車 10年多來，每年能減少重大交通事故 10 余起，為安全出行保駕護航。

應(yīng)用了高速公路路域生態(tài)工程技術(shù)。通過高速公路路域生態(tài)工程技術(shù)的推廣應(yīng)用，減少了土壤侵蝕，有效地保持了水土，改善和調(diào)節(jié)了小氣候環(huán)境，為高等植物定植打下了良好的基礎(chǔ) ；減緩了太陽輻射，降低了行車噪聲，對行車舒適性起到良好的保障作用。

成功解決了鳳凰嶺特長隧道的偏壓、溶洞、斷層、涌水、高地應(yīng)力等技術(shù)難題。忻阜高速公路對鳳凰嶺特長隧道建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)進行研究，利用有限元數(shù)值模擬的方法，對鳳凰嶺隧道偏壓區(qū)域施工過程的圍巖、支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進行評價，提出鳳凰嶺隧道偏壓淺埋隧道的斜交（或者虛擬正交）進洞的施工技術(shù)，提出淺埋隧道零開挖的結(jié)構(gòu)新形式，給出其結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙和施工技術(shù)工序、工藝，成功解決了鳳凰嶺隧道存在的偏壓、溶洞、斷層、涌水、高地應(yīng)力等這些工程技術(shù)難題。

提出適合鳳凰嶺公路隧道施工斜交偏壓隧道進洞技術(shù)方案 ；提出了兩種新型直接進洞技術(shù) ；研發(fā)了公路隧道不良地質(zhì)災(zāi)害處治對策系統(tǒng)，保證鳳凰嶺隧道建設(shè)的順利進行和質(zhì)量安全，該系統(tǒng)在長城嶺隧道施工涌水災(zāi)害的治理中得到應(yīng)用，為長城嶺隧道涌水災(zāi)害的處治措施和方法提供了參考資源。

創(chuàng)新提出并應(yīng)用了高速公路重載交通路面修筑技術(shù)。忻阜高速公路為重點解決重載交通下高溫、高寒山區(qū)高速公路連續(xù)長大縱坡路段瀝青路面的高溫車轍、低溫裂縫問題，開展了PR PLAST.S 改性瀝青混合料技術(shù)性能研究，對路面二、三合同段連續(xù)上坡路段共 45.5 公里采用了 PR 改性瀝青路面。根治了長大縱坡路段車轍 “頑癥”，提高忻阜高速公路路面使用性能，延長路面壽命和路段的運營水平。與SBS 改性瀝青路面相比，路面使用壽命可提高 5 年以上，經(jīng)濟效益顯著。

融合佛教人文，展五臺圣境風采

作為連接世界文化遺產(chǎn)——五臺山佛教圣地的旅游通道，對環(huán)境景觀、部分隧道洞口和服務(wù)區(qū)進行了統(tǒng)一的環(huán)境美學設(shè)計，使公路構(gòu)造物（如服務(wù)停車區(qū)、收費站、管養(yǎng)區(qū)）巧妙與佛教文化相融合，營造了古香古色、優(yōu)美宜人、與環(huán)境和諧的公路景觀。

通過沿線河流的防護和綠化工程，構(gòu)筑亮麗的河岸景觀，使邊坡穩(wěn)定一勞永逸，且養(yǎng)護成本低。充分考慮道路綠化的后期養(yǎng)護，盡力降低養(yǎng)護成本。應(yīng)用生態(tài)學原理，使植物自然更新，最終達到穩(wěn)定的道路綠化景觀效果。

中國進入新的發(fā)展時代，習近平同志指出 “綠水青山就是金山銀山”，倡導綠色發(fā)展，可持續(xù)發(fā)展，尊重自然，保護自然，堅持人與自然和諧共生。忻阜高速公路完美地契合了這一發(fā)展的理念，設(shè)計時布線與環(huán)境融為一體，路段采用低路堤，減少對耕地的占用，施工時采用新的低碳環(huán)保技術(shù)和材料，減少了對環(huán)境的污染，創(chuàng)建了一條綠色生態(tài)公路。