新型螺旋式高速公路设计理念创新探讨

龚国鑫，霍三胜，霍冰凌

（1.江山生态环境建设有限公司，河北 石家庄 050060；2.中港建设集团新晋高速公路项目部，河南 辉县 453600）

1 螺旋式路线特征概述

项目区域位于华北平原西部边缘和太行山山岭地带，沿线地形起伏巨大。地势北高南低，西高东低。路线自南向北跨越3 个地貌单元：起点的前段25 km地势平坦开阔，属平原微丘地形；中段15 km 为重丘及山间盆地，地形起伏变化相对较大；后段30 km为太行山主脉的中南段，峰峦叠嶂，悬崖陡壁，沟壑纵横，海拔高度从 500 m 到 1 730 m，绝对高差1 230 m，为典型的深山区地形，大起伏高山地貌，沿线形成多处高差上百米的中山深谷。峡谷地表为坚硬的石英砂岩及石灰岩，受构造断裂破坏，形成许多直立的峭壁（90°)和悬崖（大于90°)地貌。围绕路线3 km 范围，有河南万仙山郭亮、回龙和山西昆山、锡崖沟4 条挂壁公路。

项目建成后，当地群众外出将彻底告别在悬崖下穿行现状，避开滚石路段、山路结冰等交通风险，通往河南、京珠高速，山东日照地区的通行时间大大缩短。

图1 山区段螺旋线路线图

2 螺旋式路线存在的问题与解决对策

2.1 问题的提出

本项目路线长69.753 km，环绕轿顶山螺旋攀升，旋转近3 个圆圈（旋转角1 010°左右），隧道穿越山梁，桥梁跨越峡谷，桥隧相连螺旋展线，形成以桥隧为主3 层叠加螺旋式高速公路特殊线形。隧道、桥梁、收费站、服务区占90%。尤其是特殊地段路线弯急坡陡，连续坡道长，隧隧相摞、桥隧相交、3 层叠加、螺旋立交，山上山下温差大，沟壑（露头）多，大多时间山上下雪山下雨，山上阳光明媚，沟壑吞云驾雾，变化无常。桥长墩高易结冰，行车安全隐患多；路线地处南太行，景点多，低碳环保难度大，科技含量要求高；如何应对挑战，寻找解决办法和对策，是广大建设者的主要任务和重大课题。

2.2 优化与对策

2.2.1 因势利导提升安全保障水平——建设生命高速通道

该项目山区路段桥隧多，连续下坡，急弯陡坡回头弯，山上山下气温悬殊，运营安全保障难度大。如何确保安全，防止雨雪路滑和团雾弥漫等特殊气候对行车安全的影响，增设救援通道，解决隧道消防，逃生、应急救援及景区森林防火等问题需深入探讨，提出建议，采取对策。

a）防雨、雪、雾恶劣天气建议方案 采用棚洞等技术措施将桥隧相连路段封闭连接起来，按照“地铁”的原理使其免受雨、雪、雾等气候影响，避免路面积水结冰，杜绝因结冰路滑、团雾影响视线而引发交通事故。同时，隧道与明道连接起来，还可形成长达25 km 的世界高速公路第一特长“隧道”，增加景观效果，提升路段运营效益。

b）采取新技术新材料保障安全出行。

地表植被覆盖度小于15%时，光谱特征与裸地近似，基于植被指数的干旱监测难以实现，就需要对土壤的光谱特征进行研究。一般情况下，不同土壤类型光谱特征区别不大[15]。当土壤含水量发生变化时，土壤的反射率变化明显，具体表现为：土壤含水量增加，会使表层反射率曲线平移下降，并有两个明显的吸收谷，分别为1 450，1 900 nm，符合水的波谱曲线特征；但当土壤水分超过最大毛管持水量时，土壤的反射率不再降低，当土壤水分处于饱和状态，土壤表层反射率（平面）近似于水体镜面反射[16]（图3）。

（a）采用不同的发光亮度、颜色、闪频等交通安全设施组合，实施针对性的诱导策略，为驾驶员提供道路轮廓强化、行车主动诱导、防止追尾警示，保障雾区安全行车的保障措施。

（b）通过安装于路侧的红外热像传感器，实现连续下坡路段货车制动器温度的不停车实时监测，并通过车牌识别系统进行实时反馈，实现连续下坡路段货车制动安全提前预警，同时增加避险车道密度，避免事故发生。

（c）利用路面抗冰雪新材料，在山区桥梁路基外露路段推广使用，减少因路面下雪结冰引起的交通事故。

c）隧道内行车安全保障措施。

（a）隧道内安装安全车距智能警示系统，自动探测前后相邻车距，运用安全车距计算模型，判断潜在的追尾风险，并通过可变信息情报板，将距离过近的后车的车牌号予以发布，提示后车驾驶员注意保持安全车距。

（b）推广应用光色双元控制的隧道照明安全与节能系统，充分发挥LED 光源强、可调色的性能，契合驾驶员人眼视觉感知的优势，在保证安全的前提下降低高速公路运营成本，提升隧道密集条件下高速公路的安全性和运营效率。

d）设置隧道消防逃生应急救援通道。对于超过1 500 m 的隧道，增设水平横向通风道，即施工期间在横岭、韩口、蒿坪、柳园、南马鞍和王莽岭等多处特长、长隧道内增设横向通风道，对于增设横向通风道困难的韩口特长隧道、蒿坪隧道则可在洞内设避险车道，通过横向通道增强通风、消防和逃生救援效能，洞外与既有施工便道、县乡道路连接，形成逃生救援道路网，构建安全防线。

2.2.2 应用智慧交通技术——建设智慧高速公路

利用地理环境特殊优势，全面应用新技术，提升建设管理水平和信息服务品质，提升智慧高速公路元素。

采取措施与对策：a）智慧效能提升。依托建设期形成的BIM 数据库，有效提升在养护、运营、监测、应急、管理等方面的管理水平。开发手持移动终端的智能养护管理系统，实现高速公路及沿线设施破损情况的及时发现上报、快速跟踪维护、动态督查督办和全程监督评价，建立完善BIM的建管养运服协同工作平台。b）智能化管控系统。针对高速公路交通管理与服务总体需求，以“可控、可服务”为目标，应用高速公路多要素预警、建设一体化决策支持平台。完善机电设施，实现全线监控、自动监测报警系统，建设高速公路智能管控系统。

2.2.3 优化设计方案，不拘一格保护生态，建设绿色长廊

路线位于南太行万仙山、八里沟、关山地质公园和王莽岭云顶景区，必须做好生态保护，实现保护生态旅游、节能环保绿色通道的建设目标。

应用对策：a）节能减排新技术应用。采用太阳能、风能、地能（地源热泵）等可再生能源利用技术，LED 节能灯具，隧道智能节能通风照明技术，房建绿色节能技术等，大幅度降低公路建设能耗。b）生态环保新材料应用。一是将桥梁优化为路基，利用隧道弃渣填筑路基，减少废弃物对植被的破坏。二是边坡防护选用新材料，变浆砌硬防护为木质或挂网软防护，增加绿化面积。c）打造景观工程。打造以南太行优美自然环境为背景的生态景观和文化景观大道，优化和完善主线、立交绿化景观设计。边坡绿化，实行台阶化；桥梁景观实行护栏盆景绿化；隧道、服务区实行绿化、照明景观工程，将高速公路作为景观主体来打造，建设绿色长廊。

2.2.4 打造智慧服务区+旅游，拓展高速公路综合服务性能

结合新晋高速环境特点，利用地势布设观景台、露营地、停车场等设施，方便游客休闲逗留，欣赏体验南太行壮观自然景观，使广大旅客充分感受太行山的自然风光，实现车在路上行、人在景中游的和谐画面。

应用与对策：建设半开放式服务区，因地制宜在服务区增设休憩娱乐、物流、票务、旅游信息和地方特色产品售卖等服务功能，扩大净空,设置异向区划停车场区，设置加气站和新能源汽车充电等设施。与地方旅游资源结合，联合设置停车、购票和下道引导，使服务区具有交通、生态、旅游、消费复合功能，成为地方旅游文化综合服务场所。建立智慧型服务区综合信息服务平台，将高速公路服务区的经营服务、管理功能及设施进行有效整合，实施“互联网+服务+管理+…”，为社会公众提供交通出行、酒店预订、旅游度假等全方位的综合交通旅游服务。提升服务区的信息服务向金融支付、网络服务、ETC 等充值服务方面延伸，促进交通旅游服务大数据应用，将新晋高速真正建成南太行旅游发展的大动脉。

3 实施意义及效益

新晋高速项目充分利用公路工程领域新技术、新装备，创新设计，全面挖潜增效，打造品质工程，建设全寿命周期高速公路，体现实施意义，提升项目效益。

一是创新旅游产业开发，打开旅游高速公路增值空间。通过“交通旅游目的地”建设，吸引更多的交通流量，实现通行费收入增加。二是突出安全保底工程，降低运营成本风险。主动强化安全防护系统的应用，最大限度减少运营管理过程中的交通事故，缩减运营成本。

4 结语

坚持“因地制宜、因势利导、开放包容、创新融合”的设计和建设理念，以实现高速公路智慧绿色效能提升为目标，以方便公众出行、提高运输效率、确保交通安全、加强环境保护为切入点，突出“建管养运服”并重理念，拓展高速公路旅游服务新功能，将该项目打造成为全国首例以高速公路为主题的“交通旅游目的地”和“智慧公路科技馆”，争创建筑品牌，打造一流品质工程。