绿色公路理念在高速公路设计中的应用

刘 斌

(陕西省交通规划设计研究院有限公司,陕西 西安 710075)

1 引 言

加大生态环境保护力度,建设人与自然和谐共生的现代化,是在新发展阶段推动高质量发展的必要举措。特别是在习近平总书记提出“绿水青山就是金山银山”的正确科学论断后,交通运输部于2016年8月提出《关于实施绿色公路建设的指导意见》,生态文明建设已深入人心,不论在公路的设计及施工中,还是在公路的运营及管理中,绿色公路理念应该始终贯穿其中。所以,在高速公路设计中要牢固树立创新、协调、绿色、开放、共享发展理念,这也是为了实现公路交通建设的可持续健康发展。

目前,已经有很多学者对绿色公路理念的进行了探讨,夏晨野[1]以S503(联十五线)东山生态环岛公路为例对国省干线绿色公路方案进行了相关研究;余凡凡等[2]从绿色施工、资源再利用、服务与运营等方面列举了目前绿色公路实施的一些方案;柴丽[3]分析了目前我国交通环境现状及阻碍绿色交通发展的原因,并从交通质量检测和交通环境监测的角度探讨了如何更好地在内蒙古地区实现绿色交通发展;田川[4]结合青银改扩建工程建设经验,探讨了绿色公路设计理念在已竣工项目中的应用实践。

虽然绿色公路理念的研究已经很多,但是针对高速公路设计中对绿色公路理念的实践应用却较少,主要通过结合陕西平利至镇坪高速公路在设计中对绿色公路理念的践行,从坚持生态选线、贯彻全寿命周期理念、树立节约资源理念、积极推广节能技术等多个方面全面分析了绿色公路理念在设计中的实际应用,为广大设计工作者理解和认识绿色公路理念提供了很好的借鉴实例。

2 项目概况

安康至来凤高速公路(G6911)是国家高速银百高速公路(G69)的一条联络线。陕西省平利至镇坪高速公路是安来高速公路的重要组成部分,项目位于陕西省安康市的平利县和镇坪县。对完善国家高速公路网,改善区域交通条件,贯彻落实西部大开发战略,推动秦巴山区连片特困地区脱贫攻坚,促进沿线地区资源开发和社会经济协调发展具有十分重要的作用。

本项目路线起于安康市平利县,向南经镇坪至陕渝两省交界,与重庆市在建的陕渝界至巫溪高速公路相连。路线起点位于安康市平利县龙古村,终点至筒车坝省界鸡心岭隧道北口,路线全长81.445 km。项目位于秦巴山区,生态环境保护显得尤为重要,在施工建设阶段及后期运营阶段都将绿色公路理念执行到底。

3 绿色公路理念在高速公路设计中的应用

3.1 坚持绿色生态选线,合理避让各类敏感点

项目区所在地山势陡峻、地形复杂,滑坡、崩塌、断裂带等不良地质分布较广,且桥隧比例较高、工程规模较大,路线设计阶段坚持“安全选线”、“地形选线”、“地质选线”、“生态选线”。不盲目采用高指标,在满足行车安全的情况下,尽量选用中、低值,以期达到最佳的工程经济合理性[5]。本项目路线走廊带相对狭窄,路线布设时尽量减少与地方路的干扰,减少改移,同时预留地方公路改扩建的空间;在公路选线、布线时,注意避让基本农田、湿地,利用坡地、河滩地和劣质地,减少对耕地资源的占用及对农田的分割,最大限度地节约土地、保护耕地;做好路堤与桥梁、路堑与隧道的方案比选,尽可能少占用土地资源。

3.2 贯彻全寿命周期理念,追求综合效益最大化

本项目设计之初就将公路运营维护与建设一并考虑,研究全寿命周期成本,追求综合效益最大化。按照《交通运输部关于推进公路钢结构桥梁建设的指导意见》(交公路发[2016]115号),充分发挥钢结构桥梁建造周期短、抗震和耐久性好、结构受力机理明确等优势特点,针对本项目所在区域地震烈度指标高及桥梁比例大的特点,充分考虑钢结构桥梁的研究应用,推广应用钢结构桥梁。

本项目在四方石沟大桥、白土岭大桥、友谊村大桥、七坪村大桥、神州湾大桥及锦鸡洞大桥共6座桥梁设计中采用钢板-混凝土组合梁结构,并通过大力推进钢结构桥梁建设标准化设计、工业化生产、装配化施工和可维护性设计[6],提升桥梁建设品质,提高结构安全耐久性,降低全寿命周期成本[7]。

同时,针对山区河流特点,对位于河道内的桥梁下部结构,增设滚石防撞保护结构,并进行安全性评价,提升桥梁结构的耐久性。

3.3 秉承节约资源的理念,使自然破坏最小化

因地制宜进行公路横断面与纵断面的设计,统筹土石方调配方案,力争实现填挖平衡。路基填筑采用路基挖余方和隧道弃渣,基本达到“零借方、少弃方”的绿色交通设计理念。对隧道弃渣及路基挖余方进行充分的纵向调配利用,减少弃土场设置;根据隧道弃渣的岩性,尽可能选择合适的弃渣加工成块片石、碎石及机制砂等;对于路基清除表土,采取集中堆放,作为边坡培土、弃土场复耕土利用,避免新借土对生态破坏。

采用标准化设计。构件设计执行标准化和通用化原则,统筹考虑施工的可操作性和维护的便捷性,在设计中尽量做到梁板尺寸一致、墩柱盖梁形式一致,以提高模板的周转利用率。

在满足使用功能的前提下,互通式立交采用简单、紧凑的设计方案[8],并在牛头店立交采用立交区绿化岛设置停车区和收费站场区以节约占地。

3.4 推广应用节能技术,减少对环境的破坏

在隧道照明设计时根据现行规范和隧道平纵条件进行照明亮度计算,优化光源功率,选取LED光源作为主要光源。同时,在加强段等易有团雾产生的地点采用高压钠灯辅助照明模式,并采取过渡及基本段单排布设方式,合理降低建设投资及后期运营能源损耗,整体照明系统做到智能控制。

隧道采用节能型通风方式——全射流风机纵向式通风,充分利用车辆行驶形成的活塞风[9]。其次,射流风机选用大直径、高效率型,并采用远程自动控制方式,根据污染物浓度水平自动控制射流风机的开启台数以满足各种运营工况下的通风需求,合理节约风机能耗。

各隧道变配电所低压无功功率补偿采用就地与集中相结合方式,提高供配电系统的功率因数,降低系统的电能损耗。动力及照明配电系统根据负荷性质及用途分回路供电,输电缆推广采用合金电缆,并根据隧道用电负荷大小和供电电缆长度,合理确定电缆截面,减少线路损耗。同时,选用非晶合金节能型变压器,合理确定变压器容量,使变压器高效运行,降低空载损耗[10]。

开展建筑节能设计。单体建筑通过采用节能墙体材料,如粉煤灰加水泥砌块作为填充墙,外墙保温板或节能措施;门窗采用双层真空玻璃窗等可以有效降低建筑室内能耗的措施;通过采用节水型器具和设备,安装雨水收集处理设备收集使用雨水,采用节水型便器、节水型龙头等措施节约用水;通过安装LED节能灯,服务区中灯杆安装太阳能LED灯,在房建设计中考虑自然通风及自然采光等措施降低照明电力损耗。

3.5 推行生态环保设计,实现道路与环境融合

隧道洞口“零开挖”设计。隧道洞口生态设计,遵循“零开挖”的设计理念,按照“安全性、整体协调性、自然性”原则,提倡简洁、隐蔽,注重与环境和谐统一的洞门设计形式。同时,做好洞门的绿化设计。

项目区域对污水排放标准高,沿线河流水系均需达到二类水体排放,且局部路段通过水源地保护区。设计阶段采取路基水与路面水分离排放进行设计。路基水可通过排水设施直接排入河道,路面水则集中收集至蓄水池,通过污水处理设备对水体净化处理后再排入河道。针对性开展水环境保护专项设计,并按照项目区特点展开施工及运营期水环境保护专项设计。

全线跨河桥梁、伴河桥梁和伴河路基段均设置雨水径流处理系统(兼做事故应急收集池),全线共设置雨水径流处理系统175座。

桥梁设计尽量减少对山体的扰动,采用高低桩设计、提高底系梁高程及全幅双主墩设计等措施减少对山体的开挖和河道的影响。

边坡防护设计贯彻协调、自然原则,减少高大圬工混凝土和浆砌工程。对全线边坡防护形式采取清单式管理,不断优化设计方案,确保设计方案科学合理。优先采用边坡自然稳定下的植物防护或不防护,对于高边坡,在满足稳定性要求的前提下,尽量采用生态防护,减少“硬防护”,采用工程与植物相结合的综合防护形式,达到加固与防护兼顾、刚柔并济的效果;在受征地、地形限制边坡处,采用桩板墙陡边坡绿色防护技术,减少对土地资源的占用。

优化全线路堑边沟设计形式及桥隧护栏过渡段三角区设计。取消路堑边沟盖板,采用加高边沟形成种植槽,增加边坡绿化效果,减少混凝土3 000多立方米,节约投资180万元;利用桥隧护栏过渡段三角区种植花草,避免造成浪费,增加了绿化面积,美化了桥隧段绿化景观。

3.6 完善基础设施支撑建设,促进智慧高速集约发展

扩大ETC覆盖范围,加快车道通行效率。在每个收费站均设电子不停车收费系统(ETC),减少车辆的启停次数,减少拥堵,从而降低能耗,减少汽车尾气排放。在收费出口实施计重收费,通过计重收费,消除了车辆超限运输的利益驱动,进一步规范了货运市场经济秩序,保护了公路路面、桥梁免受破坏,同时降低了能耗,减少了汽车尾气的排放。

完善高速公路绿色通道车辆检测管理系统,通过采用先进的技术手段及自动化检测设备,提高绿色通道车辆检测的准确性和可靠性,降低检测的人力成本与车辆检测时间,提高检测效率。

3.7 推进绿色服务设施建设,强化生态环境质量保障

采用清洁能源。收费站利用天然气供暖;在服务区建设加气站、充电桩,保障绿色出行。

开发利用可再生能源。沿线收费站、停车区、服务区冬季供暖和夏季制冷优先采用空气源热泵,宿舍楼、综合楼卫生间采用太阳能供热水。

沿线房建站点建设地埋式垃圾压缩站,做到垃圾集中处理,避免二次污染、减少占地、降低投资,实现效益与环境双赢。

服务区中水循环利用。在服务区两侧建设以“生物接触氧化+过滤+消毒”为核心工艺的污水处理及回用系统,用于处理生活洗浴用水、冲厕污水、餐厅污水、洗车废水、汽修间含油废水等,处理后的中水用作绿化浇灌和冲厕。

4 结 语

综上所述,通过陕西平利至镇坪高速公路在设计中对绿色公路理念的应用,让我们认识到在公路设计阶段有许多地方可以应用绿色公路理念。同时,设计人员应提高绿色环保思想认识,将绿色公路设计放在首位,秉承精细化设计,坚持绿色设计、生态选线,节约资源,认真贯彻落实《关于实施绿色公路建设的指导意见》,通过在公路设计中各个方面的不断优化,力争将公路建设对自然的破坏降到最低,达到人与自然、公路与自然的和谐统一,让绿色公路理念在设计中更加深入人心。