青藏高原黃河流域低環(huán)境影響公路總體設(shè)計(jì)的思考

姜有鑫 JIANG You-xin；郭旺旺 GUO Wang-wang

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司，蘭州 730030）

0 引言

在我國，黃河以母親河著稱，是我國第二大河流，對生態(tài)安全和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，青藏高原是其發(fā)源地，總長度5464公里，灌溉流經(jīng)9個(gè)省級行政區(qū)。黃河流域是國家的主要經(jīng)濟(jì)區(qū)域，創(chuàng)造了超過全國五分之一的GDP，約230000億元；同時(shí)也構(gòu)成我國重要的生態(tài)保護(hù)區(qū)，流域內(nèi)貧困地區(qū)較多。黃河流域地形地貌變化較大，中部地區(qū)以黃土地為主，海拔1000多米不到2000米，水土流失情況突出；西江源區(qū)是由連綿不斷的積雪和發(fā)育的冰川景觀組成的連綿高山，平均海拔4000多米；東部主要為黃河沖積平原，總體海拔西面高，東面低。

自第十八屆中國共產(chǎn)黨全國代表大會以來，中國共產(chǎn)黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人更加關(guān)注黃河流域的環(huán)境保護(hù)和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。2019年9月，在鄭州舉行研討會，習(xí)總書記參加并發(fā)表了重要講話，做出了加強(qiáng)黃河流域的管理和保護(hù)，促進(jìn)黃河流域的高質(zhì)量發(fā)展的重大安排，對重點(diǎn)區(qū)域生態(tài)保護(hù)建設(shè)作出重要指示批示，正式提出了“黃河戰(zhàn)略”，即將黃河流域的環(huán)境保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展提升到一項(xiàng)重要的國家戰(zhàn)略，地域范圍涵蓋了三江源、祁連山、秦嶺、賀蘭山等，戰(zhàn)略指出以后應(yīng)著力加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)治理、保障黃河長治久安、促進(jìn)全流域高質(zhì)量發(fā)展、改善人民群眾生活、保護(hù)傳承弘揚(yáng)黃河文化，讓黃河成為造福人民的幸福河。[1][2]

在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展中起到重要作用的是高效可持續(xù)的基礎(chǔ)設(shè)施支撐體系，包括公路、鐵路等。安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、綠色便捷、布局合理的現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)建離不開公路網(wǎng)的建設(shè)，公路交通基礎(chǔ)設(shè)施的布局建設(shè)，這將有助于更有效地連接整個(gè)黃河流域的主要經(jīng)濟(jì)區(qū)，使不同流域、城市和地區(qū)之間的聯(lián)系更加密切，并促進(jìn)人員、物資和信息的自由和暢通無阻的流動。

在查閱大量相關(guān)公路設(shè)計(jì)資料和實(shí)地考察已施工項(xiàng)目的基礎(chǔ)上總結(jié)歸納，具體論述公路設(shè)計(jì)總則。

1 青藏高原地區(qū)特點(diǎn)

1.1 氣候地質(zhì)特點(diǎn)

①大氣透明度高，太陽輻射強(qiáng)烈，空氣稀??；寒冷干燥，常年氣溫較低，春秋短促，溫差大，日溫差可達(dá)20~300C；氣壓低，氧氣含量少是青藏高原地區(qū)主要的氣候特點(diǎn)。

②青藏高原由于特殊的自然狀況和多種多樣的自然資源，植物和動物也體現(xiàn)出了物種的多樣性。山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)在多年來的低溫及生長季短的自然環(huán)境中呈現(xiàn)出敏感性，不易恢復(fù)，一旦遭到人為破壞，在沒有人類持續(xù)輸入能量的情況下，自己在短期內(nèi)極難恢復(fù)甚至無法恢復(fù)。

③青藏高原地區(qū)季節(jié)性凍土分布廣泛，凍土區(qū)凍融循環(huán)對工程建設(shè)造成極大影響，易產(chǎn)生土凍脹、熱融下沉和冰害。山區(qū)地段冬季涎流冰分布廣泛，一旦地下含水層在公路施工時(shí)被截?cái)?，含水層中的水可迅速蔓延整個(gè)路面，在整個(gè)公路路基里面邊滲邊凍，影響公路里程長達(dá)數(shù)十米甚至百余米，對公路安全造成嚴(yán)重威脅。[3]

1.2 人文特點(diǎn)

青藏高原地區(qū)除了壯麗的自然景觀，同時(shí)擁有豐富的歷史人文資源、獨(dú)特的民俗文化，地方居民多以放牧為主[4]。

2 總體設(shè)計(jì)思路

總體設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分吸收國內(nèi)外公路建設(shè)的成功經(jīng)驗(yàn)，道路建設(shè)的所有階段，包括規(guī)劃、調(diào)查、設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營和維護(hù)中均需要遵循生態(tài)保護(hù)核心概念；綜合考慮項(xiàng)目建設(shè)的自然、人力、經(jīng)濟(jì)和社會因素；統(tǒng)籌公路與環(huán)境、其他運(yùn)輸方式之間的關(guān)系；通過合理選擇線位、靈活選用技術(shù)指標(biāo)、節(jié)約集約利用資源、開展路域環(huán)境整治、提高工業(yè)化建造水平等工作提升項(xiàng)目品質(zhì)；完善公路服務(wù)功能，在公路建設(shè)的每一個(gè)細(xì)節(jié)均考慮低環(huán)境公路建設(shè)理念，從根本上提升公路服務(wù)供給品質(zhì)。圍繞“生態(tài)保護(hù)”和“高質(zhì)量發(fā)展”的雙重要求，堅(jiān)持貫徹“綠色公路、品質(zhì)公路”總體設(shè)計(jì)理念，倡導(dǎo)生態(tài)先行，通過總體設(shè)計(jì)構(gòu)建高速公路生態(tài)保護(hù)體系，再結(jié)合公路服務(wù)功能需求，在各專業(yè)設(shè)計(jì)中加以實(shí)現(xiàn)，因地制宜，打造公路與自然更協(xié)調(diào)，公路與發(fā)展更匹配的高品質(zhì)公路工程。

在查閱大量青藏高原高速公路設(shè)計(jì)資料及實(shí)地考察已施工公路在基礎(chǔ)上，總結(jié)歸納，形成了青藏高原黃河流域低環(huán)境影響公路設(shè)計(jì)指南。

2.1 設(shè)計(jì)原則

2.1.1 生態(tài)優(yōu)先、低碳綠色

堅(jiān)定不移的貫徹“綠水青山就是金山銀山”，順應(yīng)自然、尊重規(guī)律。秉承“對生態(tài)環(huán)境最小的影響就是最大的保護(hù)，最小的破壞就是最大的尊重”的發(fā)展理念，體現(xiàn)在建設(shè)中保護(hù)，在保護(hù)中發(fā)展的策略。公路工程建設(shè)、管理、運(yùn)營、養(yǎng)護(hù)及全壽命周期的每一步都融合綠色發(fā)展的要求。

要正確處理發(fā)展和保護(hù)的關(guān)系，認(rèn)真審視考量道路建設(shè)、生態(tài)影響、能源消耗、污染排放、資源使用和運(yùn)營效率之間的關(guān)系，以便盡量減少能源消耗，盡量減少污染排放，盡量減少對環(huán)境的影響，盡量減少資源的使用，獲得盡可能最好的工程設(shè)計(jì)，提高運(yùn)輸服務(wù)的效率，在道路規(guī)劃、勘測、設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營、維修等各個(gè)階段最大限度地實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的外部限制和道路內(nèi)部供應(yīng)之間的真正平衡。

2.1.2 融入自然、去人工化

在公路工程建設(shè)和生態(tài)環(huán)境之間找到平衡點(diǎn)，通過避免公路高填深挖、倡導(dǎo)以橋代路等方式減輕人為活動對生態(tài)系統(tǒng)的影響和破壞。

結(jié)合地形條件，靈活選用路線平縱面指標(biāo)，做到公路低填淺挖，推行生態(tài)防護(hù)措施，將公路融入高山、草原、濕地、森林等生態(tài)系統(tǒng)，最大限度降低圬工用量，去除人工化，使公路融入自然，打造“路在景中延、車在綠中行、人在畫中游”的綠色公路。

2.1.3 質(zhì)量為本，品質(zhì)提升

旨在建立高質(zhì)量的、可持續(xù)的、安全的、經(jīng)濟(jì)上可行的、無害環(huán)境的、群眾接受的智慧工程，應(yīng)秉持“安全、耐久、節(jié)約、和諧、低碳、環(huán)?！崩砟?。

緊抓“黃河戰(zhàn)略”機(jī)遇，通過提升設(shè)計(jì)理念、實(shí)施精準(zhǔn)管理、嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，充分利用科技手段、貫徹高質(zhì)量的、可持續(xù)的、安全的、經(jīng)濟(jì)上可行的、無害環(huán)境的、群眾接受的綠色智慧工程。

2.1.4 因地制宜，分類施策

黃河流域地域狹長，沿線地形地貌等自然條件大相徑庭，生態(tài)建設(shè)重點(diǎn)也截然不同，根據(jù)公路工程沿線不同的人文因素、環(huán)境因素、區(qū)域特征等，可將公路劃分為不同段落秉持不同設(shè)計(jì)理念進(jìn)行設(shè)計(jì)，入境問俗，在工程措施的相關(guān)性、有效性，保護(hù)和管理分區(qū)域分類上持續(xù)推進(jìn)。

2.1.5 科技引領(lǐng)、智慧高效

促進(jìn)在調(diào)查、設(shè)計(jì)、建造和維護(hù)的所有階段的科技應(yīng)用，包括智能選線、三維規(guī)劃技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能和實(shí)體聯(lián)網(wǎng)，以反映智能道路的良好發(fā)展。

2.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.2.1 低路堤、緩邊坡融入自然的線形設(shè)計(jì)

公路走廊資源的合理利用要堅(jiān)持長遠(yuǎn)、全面觀點(diǎn)，統(tǒng)籌規(guī)劃公路與鐵路、電力、水利等共用廊道資源，減少對耕地的占用，避免占用基本農(nóng)田，爭取社會資源最優(yōu)使用?？傮w設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹“不破壞就是最大的保護(hù)”生態(tài)理念，在滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的前提下，研究采用低路基方案，做到地形選線、地質(zhì)選線、環(huán)保選線，做到公路低填淺挖；秉持隧道早進(jìn)晚出準(zhǔn)則，最大限度減少工程建設(shè)對自然生態(tài)的破壞，降低生態(tài)恢復(fù)治理難度，采用生態(tài)型防護(hù)，減少人工痕跡。

2.2.2 最低生態(tài)影響線形設(shè)計(jì)

路線設(shè)計(jì)宜盡量保持區(qū)域自然水系的原有水文及山勢，宜橋則橋，宜隧則隧，盡量避免高填深挖對生態(tài)環(huán)境的破壞。對自然橫坡較陡的山坡或走廊狹窄的溝谷路段，充分研究左、右分離式路基，高低分離式路基、半幅路基半幅橋、半山橋、順河橋等設(shè)計(jì)方案，將環(huán)境影響降到最低。

高原草甸區(qū)重點(diǎn)研究應(yīng)用低矮路基方案，結(jié)合區(qū)域季節(jié)性凍土特征，路基設(shè)置隔斷層、保溫層等措施后，盡量降低路基高度，控制填方規(guī)模，減少取土環(huán)境破壞。路線布設(shè)充分利用微地形，采用橋梁、天橋、涵洞等各種形式動物通道，保證項(xiàng)目沿線自然生態(tài)平衡、動物的安全遷徙，實(shí)現(xiàn)公路與自然的平衡。

2.2.3 少借零棄、綜合利用的土石方設(shè)計(jì)

青藏高原地區(qū)生態(tài)脆弱，是黃河上游一個(gè)重要的水道區(qū)，需要高度的環(huán)境保護(hù)，取棄土場設(shè)置困難，路基填料缺乏，路基設(shè)計(jì)應(yīng)盡力追求“填挖平衡”，加強(qiáng)土石方統(tǒng)籌調(diào)配，根據(jù)不同路段要求，將隧道棄渣及路基開挖土石方統(tǒng)一規(guī)劃、分類使用、合理調(diào)運(yùn)，盡量做到“少挖方、零棄方”，通過路基填筑、基底處理、隧道洞門空地填平、立交區(qū)微地形改造等方式，最大限度消納隧道棄渣。

2.2.4 保持水路通暢、預(yù)防凍融病害的特殊路基設(shè)計(jì)

考慮公路建設(shè)對水域的阻隔造成的水生態(tài)環(huán)境改變，設(shè)計(jì)應(yīng)保持原地基濾水和透水功能，不阻斷原水路通道，統(tǒng)籌解決好水環(huán)境疏與通的關(guān)系。預(yù)防長距離濕地路基不均勻沉降，根據(jù)不同區(qū)域因地制宜的研究采用樁板式路基、預(yù)應(yīng)力管樁、碎石樁、換填改良及透水層等多種技術(shù)方案，保持原地基濾水和透水功能，提升地基承載能力，解決濕地路基沉降問題。

充分認(rèn)識高原高寒高濕地區(qū)不良地質(zhì)對公路的不利影響，尤其是凍融循環(huán)條件下的路基、防護(hù)自然風(fēng)化損壞，精細(xì)控制路基填土高度，優(yōu)選路基填料，合理設(shè)置隔斷層、保溫層，保持原地基濾水和透水功能，避免路基凍融病害。

2.2.5 永臨結(jié)合、統(tǒng)籌考慮建養(yǎng)的場地設(shè)計(jì)

在高海拔地區(qū)很難恢復(fù)植被，因此在這些地區(qū)，臨時(shí)設(shè)施的土地，如預(yù)制建筑、鋼鐵廠、混合工廠和車站，應(yīng)盡可能限制在服務(wù)區(qū)、停車場、停泊區(qū)和養(yǎng)護(hù)區(qū)等永久利用土地范圍內(nèi)；避免臨時(shí)用地大面積破壞高原植被；臨時(shí)用電與永久用電同步規(guī)劃設(shè)計(jì)，并與附近電網(wǎng)有機(jī)結(jié)合；將部分施工便道作為改移農(nóng)道進(jìn)行設(shè)計(jì)，融入沿線既有低等級路網(wǎng)，有效節(jié)約資源。保護(hù)原始植物、濕地生態(tài)系統(tǒng)、地表土壤資源、自然地貌和臨時(shí)土地的生態(tài)恢復(fù)，注重表土資源的剝離、堆儲及利用，提高資源利用率。

2.2.6 結(jié)合環(huán)境特點(diǎn)，推廣長壽命路面設(shè)計(jì)

青藏高原海拔高、溫差大，高寒多風(fēng)，對路面結(jié)構(gòu)要求異常嚴(yán)格，應(yīng)在降低對環(huán)境的干擾與實(shí)現(xiàn)排放的背景下，延長路面設(shè)計(jì)壽命，減少維修次數(shù)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，應(yīng)結(jié)合長壽命路面服役特點(diǎn)，基于路面性能，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)組合；在材料設(shè)計(jì)方面，注重耐低溫、抗老化材料的應(yīng)用，加強(qiáng)表面層與中下面層的精細(xì)化設(shè)計(jì)。

2.2.7 提升耐久性、推廣橋梁及小型構(gòu)件的裝配化設(shè)計(jì)

道路項(xiàng)目針對高海拔、低氣壓、晝夜、低季節(jié)性氣溫和空氣含氧量低的氣候特點(diǎn)，提出了全生命周期的概念，推行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工業(yè)化預(yù)制、裝配化施工，推廣應(yīng)用鋼橋、裝配式涵洞、橋梁上下部結(jié)構(gòu)預(yù)制、小型構(gòu)件預(yù)制，提高混凝土性能，改良混凝土抗凍性、抗?jié)B性等性能，按需進(jìn)行混凝土保溫養(yǎng)生；全面發(fā)揮工廠生產(chǎn)的優(yōu)勢，減少施工時(shí)間，保質(zhì)保量，降低環(huán)境影響；適度推廣應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)橋梁，如小半徑匝道橋，大跨度桁架橋等，通過合理的結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)、科學(xué)的材料選擇、高質(zhì)量的施工工藝，提升高海拔地區(qū)橋梁建造水平。

2.2.8 以解決抗凍保溫、防止?jié)B漏為重點(diǎn)的隧道設(shè)計(jì)

以提高隧道耐久性為導(dǎo)向，優(yōu)化隧道抗凍設(shè)防段襯砌結(jié)構(gòu)形狀，使結(jié)構(gòu)受力均勻平順，減小凍脹力的破壞作用；明確襯砌混凝土標(biāo)號、配合比、抗?jié)B等級、保護(hù)層厚度、養(yǎng)護(hù)措施等耐久性指標(biāo)，確保施工便利、保質(zhì)保量；旨在洞穴內(nèi)外建立一個(gè)齊整順暢和易于維護(hù)的水流系統(tǒng)，需對地表和地下水的所有方面進(jìn)行安全處理，斷層破碎帶等不良地質(zhì)段實(shí)行動態(tài)設(shè)計(jì)，避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)薄弱點(diǎn)；有針對性地開展高海拔隧道質(zhì)量通病防治設(shè)計(jì)，此外，還應(yīng)適當(dāng)考慮運(yùn)營保養(yǎng)階段的結(jié)構(gòu)，確定是否可能對其進(jìn)行維修和更換，從而使其壽命延長，更加經(jīng)久耐用。

2.2.9 敏感水環(huán)境保護(hù)工程設(shè)計(jì)

針對建設(shè)項(xiàng)目交通特征、車流量等，結(jié)合公路沿線敏感水體和飲用水源取水口分布情況，制定分級分類敏感水體保護(hù)措施，防止簡單的“一刀切”式的“PVC管道+應(yīng)急池”保護(hù)工程措施。橋梁段敏感水環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)做好收集池的防凍脹和遠(yuǎn)程管控設(shè)計(jì)、危險(xiǎn)品運(yùn)輸事故識別與應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等相關(guān)內(nèi)容；路基段敏感水環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)做好路面徑流的生態(tài)截留、凈化和零排放等，可采用下沉式緩沖帶、生態(tài)邊溝等技術(shù)措施。

2.2.10 強(qiáng)化項(xiàng)目建設(shè)全過程動態(tài)設(shè)計(jì)

青藏高原高寒、陰濕、地質(zhì)復(fù)雜，局部路段存在氣候變化劇烈、地質(zhì)條件多樣化、地質(zhì)特性多變化的特點(diǎn)。為保證工程質(zhì)量，提升工程品質(zhì)，提升公路建設(shè)項(xiàng)目管理，加強(qiáng)對隧道圍巖、軟基深度和范圍、橋梁樁基長度、路基擋墻基底承載力等專業(yè)的建設(shè)全過程動態(tài)設(shè)計(jì)，利用建設(shè)過程中獲得新的信息及監(jiān)測信息進(jìn)行跟蹤，對原設(shè)計(jì)進(jìn)行修改、優(yōu)化、完善。

2.2.11 高寒高海拔隧道設(shè)計(jì)

隧道選線除考慮地形與地質(zhì)條件外，尚應(yīng)充分考慮隧址區(qū)氣象因素，隧道方案應(yīng)綜合考慮風(fēng)向、氣溫、最大凍結(jié)深度等自然環(huán)境的影響，合理選擇隧道海拔高度與隧道規(guī)模。隧道進(jìn)出口段不宜設(shè)超高的平曲線，隧道軸線宜與隧址區(qū)風(fēng)向垂直或大角度相交；洞口及洞門設(shè)計(jì)應(yīng)與周邊自然環(huán)境相協(xié)調(diào)。洞口宜布設(shè)在陽坡面、不易積雪、易于排水的位置，并根據(jù)地形、風(fēng)向合理確定洞口防雪保溫措施，宜適當(dāng)接長明洞；積雪或風(fēng)吹雪影響的路塹中的洞口外兩側(cè)宜設(shè)置不小于5m寬的積雪、堆雪平臺；洞口與風(fēng)向小角度相交時(shí)，宜設(shè)置防雪保溫棚洞，防雪保溫棚洞設(shè)置長度宜按3～5s行程控制，條件許可宜接長明洞；隧道進(jìn)出口路面宜增設(shè)防滑、防結(jié)冰措施。

3 結(jié)束語

作為一項(xiàng)國家級別的戰(zhàn)略，黃河高質(zhì)量生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和發(fā)展已經(jīng)刻不容緩，而其中關(guān)鍵要素的青藏高原，其有著非常脆弱的環(huán)境，而公路建設(shè)與社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著密切聯(lián)系，對經(jīng)濟(jì)具有極大推動作用，公路建設(shè)在考慮經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)的同時(shí)，應(yīng)著力降低工程建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的影響，使公路融入自然，捍衛(wèi)高原凈土。

公路工程項(xiàng)目建設(shè)對當(dāng)?shù)丨h(huán)境有著一定的破壞，秉持合理的總體設(shè)計(jì)原則進(jìn)行青藏高原區(qū)高速公路設(shè)計(jì)，對降低公路建設(shè)及運(yùn)營使用階段對環(huán)境影響有著直接聯(lián)系。對了提升青藏高原地區(qū)公路設(shè)計(jì)總體質(zhì)量，提出了上述幾點(diǎn)設(shè)計(jì)原則，為后期同地區(qū)高速公路設(shè)計(jì)做出正確的引導(dǎo)。