綠色公路理念在高速公路設(shè)計中的應(yīng)用

劉 斌

(陜西省交通規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司,陜西 西安 710075)

1 引 言

加大生態(tài)環(huán)境保護(hù)力度,建設(shè)人與自然和諧共生的現(xiàn)代化,是在新發(fā)展階段推動高質(zhì)量發(fā)展的必要舉措。特別是在習(xí)近平總書記提出“綠水青山就是金山銀山”的正確科學(xué)論斷后,交通運(yùn)輸部于2016年8月提出《關(guān)于實施綠色公路建設(shè)的指導(dǎo)意見》,生態(tài)文明建設(shè)已深入人心,不論在公路的設(shè)計及施工中,還是在公路的運(yùn)營及管理中,綠色公路理念應(yīng)該始終貫穿其中。所以,在高速公路設(shè)計中要牢固樹立創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享發(fā)展理念,這也是為了實現(xiàn)公路交通建設(shè)的可持續(xù)健康發(fā)展。

目前,已經(jīng)有很多學(xué)者對綠色公路理念的進(jìn)行了探討,夏晨野[1]以S503(聯(lián)十五線)東山生態(tài)環(huán)島公路為例對國省干線綠色公路方案進(jìn)行了相關(guān)研究;余凡凡等[2]從綠色施工、資源再利用、服務(wù)與運(yùn)營等方面列舉了目前綠色公路實施的一些方案;柴麗[3]分析了目前我國交通環(huán)境現(xiàn)狀及阻礙綠色交通發(fā)展的原因,并從交通質(zhì)量檢測和交通環(huán)境監(jiān)測的角度探討了如何更好地在內(nèi)蒙古地區(qū)實現(xiàn)綠色交通發(fā)展;田川[4]結(jié)合青銀改擴(kuò)建工程建設(shè)經(jīng)驗,探討了綠色公路設(shè)計理念在已竣工項目中的應(yīng)用實踐。

雖然綠色公路理念的研究已經(jīng)很多,但是針對高速公路設(shè)計中對綠色公路理念的實踐應(yīng)用卻較少,主要通過結(jié)合陜西平利至鎮(zhèn)坪高速公路在設(shè)計中對綠色公路理念的踐行,從堅持生態(tài)選線、貫徹全壽命周期理念、樹立節(jié)約資源理念、積極推廣節(jié)能技術(shù)等多個方面全面分析了綠色公路理念在設(shè)計中的實際應(yīng)用,為廣大設(shè)計工作者理解和認(rèn)識綠色公路理念提供了很好的借鑒實例。

2 項目概況

安康至來鳳高速公路(G6911)是國家高速銀百高速公路(G69)的一條聯(lián)絡(luò)線。陜西省平利至鎮(zhèn)坪高速公路是安來高速公路的重要組成部分,項目位于陜西省安康市的平利縣和鎮(zhèn)坪縣。對完善國家高速公路網(wǎng),改善區(qū)域交通條件,貫徹落實西部大開發(fā)戰(zhàn)略,推動秦巴山區(qū)連片特困地區(qū)脫貧攻堅,促進(jìn)沿線地區(qū)資源開發(fā)和社會經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展具有十分重要的作用。

本項目路線起于安康市平利縣,向南經(jīng)鎮(zhèn)坪至陜渝兩省交界,與重慶市在建的陜渝界至巫溪高速公路相連。路線起點位于安康市平利縣龍古村,終點至筒車壩省界雞心嶺隧道北口,路線全長81.445 km。項目位于秦巴山區(qū),生態(tài)環(huán)境保護(hù)顯得尤為重要,在施工建設(shè)階段及后期運(yùn)營階段都將綠色公路理念執(zhí)行到底。

3 綠色公路理念在高速公路設(shè)計中的應(yīng)用

3.1 堅持綠色生態(tài)選線,合理避讓各類敏感點

項目區(qū)所在地山勢陡峻、地形復(fù)雜,滑坡、崩塌、斷裂帶等不良地質(zhì)分布較廣,且橋隧比例較高、工程規(guī)模較大,路線設(shè)計階段堅持“安全選線”、“地形選線”、“地質(zhì)選線”、“生態(tài)選線”。不盲目采用高指標(biāo),在滿足行車安全的情況下,盡量選用中、低值,以期達(dá)到最佳的工程經(jīng)濟(jì)合理性[5]。本項目路線走廊帶相對狹窄,路線布設(shè)時盡量減少與地方路的干擾,減少改移,同時預(yù)留地方公路改擴(kuò)建的空間;在公路選線、布線時,注意避讓基本農(nóng)田、濕地,利用坡地、河灘地和劣質(zhì)地,減少對耕地資源的占用及對農(nóng)田的分割,最大限度地節(jié)約土地、保護(hù)耕地;做好路堤與橋梁、路塹與隧道的方案比選,盡可能少占用土地資源。

3.2 貫徹全壽命周期理念,追求綜合效益最大化

本項目設(shè)計之初就將公路運(yùn)營維護(hù)與建設(shè)一并考慮,研究全壽命周期成本,追求綜合效益最大化。按照《交通運(yùn)輸部關(guān)于推進(jìn)公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)的指導(dǎo)意見》(交公路發(fā)[2016]115號),充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)橋梁建造周期短、抗震和耐久性好、結(jié)構(gòu)受力機(jī)理明確等優(yōu)勢特點,針對本項目所在區(qū)域地震烈度指標(biāo)高及橋梁比例大的特點,充分考慮鋼結(jié)構(gòu)橋梁的研究應(yīng)用,推廣應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)橋梁。

本項目在四方石溝大橋、白土嶺大橋、友誼村大橋、七坪村大橋、神州灣大橋及錦雞洞大橋共6座橋梁設(shè)計中采用鋼板-混凝土組合梁結(jié)構(gòu),并通過大力推進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工業(yè)化生產(chǎn)、裝配化施工和可維護(hù)性設(shè)計[6],提升橋梁建設(shè)品質(zhì),提高結(jié)構(gòu)安全耐久性,降低全壽命周期成本[7]。

同時,針對山區(qū)河流特點,對位于河道內(nèi)的橋梁下部結(jié)構(gòu),增設(shè)滾石防撞保護(hù)結(jié)構(gòu),并進(jìn)行安全性評價,提升橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。

3.3 秉承節(jié)約資源的理念,使自然破壞最小化

因地制宜進(jìn)行公路橫斷面與縱斷面的設(shè)計,統(tǒng)籌土石方調(diào)配方案,力爭實現(xiàn)填挖平衡。路基填筑采用路基挖余方和隧道棄渣,基本達(dá)到“零借方、少棄方”的綠色交通設(shè)計理念。對隧道棄渣及路基挖余方進(jìn)行充分的縱向調(diào)配利用,減少棄土場設(shè)置;根據(jù)隧道棄渣的巖性,盡可能選擇合適的棄渣加工成塊片石、碎石及機(jī)制砂等;對于路基清除表土,采取集中堆放,作為邊坡培土、棄土場復(fù)耕土利用,避免新借土對生態(tài)破壞。

采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。構(gòu)件設(shè)計執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化和通用化原則,統(tǒng)籌考慮施工的可操作性和維護(hù)的便捷性,在設(shè)計中盡量做到梁板尺寸一致、墩柱蓋梁形式一致,以提高模板的周轉(zhuǎn)利用率。

在滿足使用功能的前提下,互通式立交采用簡單、緊湊的設(shè)計方案[8],并在牛頭店立交采用立交區(qū)綠化島設(shè)置停車區(qū)和收費站場區(qū)以節(jié)約占地。

3.4 推廣應(yīng)用節(jié)能技術(shù),減少對環(huán)境的破壞

在隧道照明設(shè)計時根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范和隧道平縱條件進(jìn)行照明亮度計算,優(yōu)化光源功率,選取LED光源作為主要光源。同時,在加強(qiáng)段等易有團(tuán)霧產(chǎn)生的地點采用高壓鈉燈輔助照明模式,并采取過渡及基本段單排布設(shè)方式,合理降低建設(shè)投資及后期運(yùn)營能源損耗,整體照明系統(tǒng)做到智能控制。

隧道采用節(jié)能型通風(fēng)方式——全射流風(fēng)機(jī)縱向式通風(fēng),充分利用車輛行駛形成的活塞風(fēng)[9]。其次,射流風(fēng)機(jī)選用大直徑、高效率型,并采用遠(yuǎn)程自動控制方式,根據(jù)污染物濃度水平自動控制射流風(fēng)機(jī)的開啟臺數(shù)以滿足各種運(yùn)營工況下的通風(fēng)需求,合理節(jié)約風(fēng)機(jī)能耗。

各隧道變配電所低壓無功功率補(bǔ)償采用就地與集中相結(jié)合方式,提高供配電系統(tǒng)的功率因數(shù),降低系統(tǒng)的電能損耗。動力及照明配電系統(tǒng)根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)及用途分回路供電,輸電纜推廣采用合金電纜,并根據(jù)隧道用電負(fù)荷大小和供電電纜長度,合理確定電纜截面,減少線路損耗。同時,選用非晶合金節(jié)能型變壓器,合理確定變壓器容量,使變壓器高效運(yùn)行,降低空載損耗[10]。

開展建筑節(jié)能設(shè)計。單體建筑通過采用節(jié)能墻體材料,如粉煤灰加水泥砌塊作為填充墻,外墻保溫板或節(jié)能措施;門窗采用雙層真空玻璃窗等可以有效降低建筑室內(nèi)能耗的措施;通過采用節(jié)水型器具和設(shè)備,安裝雨水收集處理設(shè)備收集使用雨水,采用節(jié)水型便器、節(jié)水型龍頭等措施節(jié)約用水;通過安裝LED節(jié)能燈,服務(wù)區(qū)中燈桿安裝太陽能LED燈,在房建設(shè)計中考慮自然通風(fēng)及自然采光等措施降低照明電力損耗。

3.5 推行生態(tài)環(huán)保設(shè)計,實現(xiàn)道路與環(huán)境融合

隧道洞口“零開挖”設(shè)計。隧道洞口生態(tài)設(shè)計,遵循“零開挖”的設(shè)計理念,按照“安全性、整體協(xié)調(diào)性、自然性”原則,提倡簡潔、隱蔽,注重與環(huán)境和諧統(tǒng)一的洞門設(shè)計形式。同時,做好洞門的綠化設(shè)計。

項目區(qū)域?qū)ξ鬯欧艠?biāo)準(zhǔn)高,沿線河流水系均需達(dá)到二類水體排放,且局部路段通過水源地保護(hù)區(qū)。設(shè)計階段采取路基水與路面水分離排放進(jìn)行設(shè)計。路基水可通過排水設(shè)施直接排入河道,路面水則集中收集至蓄水池,通過污水處理設(shè)備對水體凈化處理后再排入河道。針對性開展水環(huán)境保護(hù)專項設(shè)計,并按照項目區(qū)特點展開施工及運(yùn)營期水環(huán)境保護(hù)專項設(shè)計。

全線跨河橋梁、伴河橋梁和伴河路基段均設(shè)置雨水徑流處理系統(tǒng)(兼做事故應(yīng)急收集池),全線共設(shè)置雨水徑流處理系統(tǒng)175座。

橋梁設(shè)計盡量減少對山體的擾動,采用高低樁設(shè)計、提高底系梁高程及全幅雙主墩設(shè)計等措施減少對山體的開挖和河道的影響。

邊坡防護(hù)設(shè)計貫徹協(xié)調(diào)、自然原則,減少高大圬工混凝土和漿砌工程。對全線邊坡防護(hù)形式采取清單式管理,不斷優(yōu)化設(shè)計方案,確保設(shè)計方案科學(xué)合理。優(yōu)先采用邊坡自然穩(wěn)定下的植物防護(hù)或不防護(hù),對于高邊坡,在滿足穩(wěn)定性要求的前提下,盡量采用生態(tài)防護(hù),減少“硬防護(hù)”,采用工程與植物相結(jié)合的綜合防護(hù)形式,達(dá)到加固與防護(hù)兼顧、剛?cè)岵?jì)的效果;在受征地、地形限制邊坡處,采用樁板墻陡邊坡綠色防護(hù)技術(shù),減少對土地資源的占用。

優(yōu)化全線路塹邊溝設(shè)計形式及橋隧護(hù)欄過渡段三角區(qū)設(shè)計。取消路塹邊溝蓋板,采用加高邊溝形成種植槽,增加邊坡綠化效果,減少混凝土3 000多立方米,節(jié)約投資180萬元;利用橋隧護(hù)欄過渡段三角區(qū)種植花草,避免造成浪費,增加了綠化面積,美化了橋隧段綠化景觀。

3.6 完善基礎(chǔ)設(shè)施支撐建設(shè),促進(jìn)智慧高速集約發(fā)展

擴(kuò)大ETC覆蓋范圍,加快車道通行效率。在每個收費站均設(shè)電子不停車收費系統(tǒng)(ETC),減少車輛的啟停次數(shù),減少擁堵,從而降低能耗,減少汽車尾氣排放。在收費出口實施計重收費,通過計重收費,消除了車輛超限運(yùn)輸?shù)睦骝?qū)動,進(jìn)一步規(guī)范了貨運(yùn)市場經(jīng)濟(jì)秩序,保護(hù)了公路路面、橋梁免受破壞,同時降低了能耗,減少了汽車尾氣的排放。

完善高速公路綠色通道車輛檢測管理系統(tǒng),通過采用先進(jìn)的技術(shù)手段及自動化檢測設(shè)備,提高綠色通道車輛檢測的準(zhǔn)確性和可靠性,降低檢測的人力成本與車輛檢測時間,提高檢測效率。

3.7 推進(jìn)綠色服務(wù)設(shè)施建設(shè),強(qiáng)化生態(tài)環(huán)境質(zhì)量保障

采用清潔能源。收費站利用天然氣供暖;在服務(wù)區(qū)建設(shè)加氣站、充電樁,保障綠色出行。

開發(fā)利用可再生能源。沿線收費站、停車區(qū)、服務(wù)區(qū)冬季供暖和夏季制冷優(yōu)先采用空氣源熱泵,宿舍樓、綜合樓衛(wèi)生間采用太陽能供熱水。

沿線房建站點建設(shè)地埋式垃圾壓縮站,做到垃圾集中處理,避免二次污染、減少占地、降低投資,實現(xiàn)效益與環(huán)境雙贏。

服務(wù)區(qū)中水循環(huán)利用。在服務(wù)區(qū)兩側(cè)建設(shè)以“生物接觸氧化+過濾+消毒”為核心工藝的污水處理及回用系統(tǒng),用于處理生活洗浴用水、沖廁污水、餐廳污水、洗車廢水、汽修間含油廢水等,處理后的中水用作綠化澆灌和沖廁。

4 結(jié) 語

綜上所述,通過陜西平利至鎮(zhèn)坪高速公路在設(shè)計中對綠色公路理念的應(yīng)用,讓我們認(rèn)識到在公路設(shè)計階段有許多地方可以應(yīng)用綠色公路理念。同時,設(shè)計人員應(yīng)提高綠色環(huán)保思想認(rèn)識,將綠色公路設(shè)計放在首位,秉承精細(xì)化設(shè)計,堅持綠色設(shè)計、生態(tài)選線,節(jié)約資源,認(rèn)真貫徹落實《關(guān)于實施綠色公路建設(shè)的指導(dǎo)意見》,通過在公路設(shè)計中各個方面的不斷優(yōu)化,力爭將公路建設(shè)對自然的破壞降到最低,達(dá)到人與自然、公路與自然的和諧統(tǒng)一,讓綠色公路理念在設(shè)計中更加深入人心。