延崇高速公路河北段金家庄特长螺旋隧道品质工程设计探讨

王朝杰

(河北省交通规划设计院 石家庄市 050011)

品质工程是践行现代工程管理发展的新要求，追求工程内在质量和外在品位的有机统一，以优质耐久、安全舒适、经济环保、社会认可为建设目标的公路水运工程建设成果。推进绿色公路建设，就是促进公路发展转型升级，建设以质量优良为前提，以资源节约、生态环保、节能高效、服务提升为主要特征的绿色公路，实现公路建设健康可持续发展。

以延崇高速公路河北段金家庄特长螺旋隧道品质工程设计实践为例，基于“安全、耐久、经济、节能、环保”的基本原则，对隧道安全设计、景观设计、绿色环保设计等方面进行了系统而深入的研究，以期提升隧道工程的设计水平。

1 工程概况

延庆至崇礼高速公路(以下简称延崇高速公路)起自延庆西羊坊，止于崇礼太子城，直接连接延庆和崇礼两个赛区，是奥运交通的主通道和冬奥会交通重点项目。项目由主线、延伸工程及赤城支线三条路段组成，其中主线长81.552km。

主线控制性工程金家庄特长螺旋隧道位于河北省赤城县，处于典型的上坝路段，路线平面采用螺旋展线方案，集中消化高差，为河北省首座螺旋隧道。其中，隧道左幅半径890m、右幅半径860m，左幅长4228m、右幅长4104m，为世界最长的公路螺旋隧道。隧道地处冀北山区，最大埋深约314.5m，考虑施工工期布设施工斜井1座。年最低气温-28.2℃，最大冻土深度1.62cm。

2 隧道总体设计

项目韩庄至棋盘梁段，线路在7km范围内，需克服高差240m。为解决路线两端巨大高差问题，提出自然展线(D线)和螺旋展线(K线)方案(见图1)。同时联合交通运输部规划研究院针对螺旋桥梁、螺旋隧道在不同行驶速度、不同路线半径条件下工程规模和造价等进行了充分论证。综合考虑安全、经济、环保等因素，选择采用半径860m的螺旋隧道展线方案。

图1 项目韩庄至棋盘梁段总体设计

实践表明，采用螺旋隧道展线方案，避免了路线韩庄至棋盘梁段的高填深挖，降低了高寒、冰雪等恶劣天气对行车的不利影响，提升了高速公路的品质，践行了“绿色青山就是金山银山”的生态环保理念。

3 隧道安全设计

3.1 利用BIM技术开展隧道智能化全景虚拟空间安全预测仿真

金家庄特长螺旋隧道基于螺旋隧道路段线形条件、交通流特性等要素，以实现螺旋隧道诱导功能、车距确认功能为目标，利用BIM技术对隧道进、出口(见图2)和洞内行驶安全视距及夜间炫光(见图3)进行了模拟分析，验证了螺旋隧道内车辆行驶安全保障能力。

图2 隧道出口行驶模拟

图3 隧道洞内行驶模拟

3.2 采用新材料、新技术预防冻害

为预防隧道漏水、冻害，保证隧道整个排水系统通畅，设计中联合高校结合隧址区气温、风向、冻结深度等因素，对隧道防冻保温进行专项研究，采取综合防冻保温措施如下：

(1)防水设计：结构采用防渗等级P8混凝土；防水层采用1.5mm厚EVA高分子防水卷材；施工缝舍去遇水膨胀止水条，采用背贴式止水带+中埋式橡胶止水带防水。

(2)排水设计：采用深埋中心排水沟；环向排水管采用类似于“方便面”的MF12矩形塑料盲沟；纵向排水管和横向排水管采用内壁光滑的HDPE双壁波纹管。

(3)保温加热设计：在洞口1100～1500m范围内二衬表面设置防冻保温层；对中心排水管出水口、纵向排水管、中心排水管检查井以及沉沙井进行保温；在纵向排水管埋深较浅的地段采用电伴热主动加热措施。

3.3 隧道洞外采用抑凝冰路面，确保冬季运营安全

为避免因路面积雪、结冰引发的交通事故，在金家庄特长螺旋隧道崇礼端洞外，铺筑了一定长度的抑凝冰SBS改性沥青玛蹄脂碎石，通过降低路表水膜冰点来减缓路面凝冰，提高冰雪天气下过往车辆的行车安全，同时减少人工除雪的成本和无机盐类融雪添加剂对结构物和土壤的影响。

3.4 应急救援通道设计

(1)在金家庄螺旋隧道崇礼端左侧设置应急救援联络通道和30m长活动护栏(见图4)，用于紧急情况下，人员和车辆的疏散。

图4 隧道洞外紧急联络通道

(2)在隧道洞内布置了15处人行横通道及4处车行横通道，平均间距约210m，以便紧急情况下的应急救援。

3.5 智能综合诱导，实现隧道运营的安全与高效

利用大数据平台实现隧道现有附属设施以及智能逃生设施的联动控制，降低特长螺旋隧道对驾驶员造成的不适感。利用紧急电话系统将FM调频广播引入隧道，日常运营状态下调频广播信号不中断，应急状态下通过FM调频播报全频段发布诱导疏散信息。通过建设综合诱导系统，实现隧道日常情况下交通诱导信息和应急状态下逃生诱导信息、应急救援任务的“一键下发”和救援过程的全程掌握，提升特长螺旋隧道的运营安全。

3.6 采用国之重器—北斗高精度定位，探索封闭空间定位技术

螺旋隧道内利用卫星扩展技术实现卫星信号全覆盖，构建基于北斗的应急救援一体化管理系统，实现车辆人员的迅速定位与救援力量的动态调度与区域协同，为“两客一危”和“重点车辆”的运营提供安全保障。

3.7 山区运营开放路段车路协同试点

作为车路协同试点路段，通过雷达等各类感知设施辅助、车载智能单元、路侧智能基站通信和服务平台统一决策等实现2类(安全、效率)13项(危险路段预警、隧道内高精度车辆定位等)应用场景，和北京段共同为奥运转场车辆提供交通保障，两段虽然在地域上被分割，但在数据上保持共享，在车路协同应用场景上保持一致，确保驾乘者行驶体验一致。

4 隧道景观设计

4.1 隧道洞口景观设计

金家庄特长螺旋隧道延庆端洞门采用厚重感的端墙式，造型似古长城烽火台，与其周边长城遗址遥相呼应，体现该地区作为边城要塞的历史风情。同时隧道盘旋而上，与其顶部立体时尚宏伟的上承式拱形变高钢桁组合连续梁砖楼特大桥主桥实现了垂直100m高差的交叉，两者之间的古朴与时尚、穿越与提升，构成了别具风采的桥隧交叉景观(见图5)。

图5 金家庄特长螺旋隧道延庆端桥隧交叉景观

4.2 隧道洞内景观设计

隧道洞口60m范围内拱墙采用浅黄色储能式发光涂料(见图6)，洞口60m范围外拱部采用蓝天白云效果的纳米硅涂料，美化了隧道洞内环境，提高了隧道内涂料耐污性和防霉性。

图6 隧道洞口60m范围内涂装效果

5 隧道绿色环保设计

5.1 隧道路面

为有效降低汽车尾气对人与环境的危害，金家庄特长螺旋隧道路面(见图7)采用降解尾气的光催化材料，减少排入空气中有害的浓度，控制汽车所产生的尾气污染，为实现“生态环保”的设计理念提供技术保障。

图7 金家庄特长螺旋隧道降解尾气路面

5.2 隧道多功能绿色环保电缆沟盖

隧道采用多功能绿色环保电缆沟盖板(图8)，提高回收利用率。这种盖板以聚丙烯废弃塑料为原材料，具有阻燃、轻质、耐高温、耐腐蚀、高韧性等特点，破损后可回收利用，减少了污染排放。

图8 多功能绿色环保电缆沟盖板

5.3 隧道照明

照明采用绿色节能变色温LED灯具，通过智能动态实时管控诱导系统进行无级调光控制和冷暖色温调控。

5.4 隧道通风

为满足螺旋隧道内远期通风需求，隧道设置互补式通风结构(见图11)，用于降低远期运营通风耗能。该结构与纯射流通风模式相比，正常运营通风工况下，可降低耗能约30%～40%。

图9 互补式通风结构示意图

6 结束语

以延庆至崇礼高速公路河北段高速公路金家庄螺旋隧道设计实践为例，将品质工程理念融入到高速公路设计工作中，理论与实际工作相结合，为高速公路隧道品质工程建设提供了现实依据，也取得了一定的效果，希望能为其他公路项目建设提供参考和借鉴。