姜有鑫 JIANG You-xin；郭旺旺 GUO Wang-wang

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設計院股份有限公司，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)濟社會發(fā)展發(fā)揮著至關重要的作用，青藏高原是其發(fā)源地，總長度5464公里，灌溉流經(jīng)9個省級行政區(qū)。黃河流域是國家的主要經(jīng)濟區(qū)域，創(chuàng)造了超過全國五分之一的GDP，約230000億元；同時也構(gòu)成我國重要的生態(tài)保護區(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)黨和國家領導人更加關注黃河流域的環(huán)境保護和社會經(jīng)濟發(fā)展。2019年9月，在鄭州舉行研討會，習總書記參加并發(fā)表了重要講話，做出了加強黃河流域的管理和保護，促進黃河流域的高質(zhì)量發(fā)展的重大安排，對重點區(qū)域生態(tài)保護建設作出重要指示批示，正式提出了“黃河戰(zhàn)略”，即將黃河流域的環(huán)境保護和高質(zhì)量發(fā)展提升到一項重要的國家戰(zhàn)略，地域范圍涵蓋了三江源、祁連山、秦嶺、賀蘭山等，戰(zhàn)略指出以后應著力加強生態(tài)保護治理、保障黃河長治久安、促進全流域高質(zhì)量發(fā)展、改善人民群眾生活、保護傳承弘揚黃河文化，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)的基礎設施支撐體系，包括公路、鐵路等。安全可靠、經(jīng)濟高效、綠色便捷、布局合理的現(xiàn)代化基礎設施的構(gòu)建離不開公路網(wǎng)的建設，公路交通基礎設施的布局建設，這將有助于更有效地連接整個黃河流域的主要經(jīng)濟區(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。

在查閱大量相關公路設計資料和實地考察已施工項目的基礎上總結(jié)歸納，具體論述公路設計總則。

1 青藏高原地區(qū)特點

1.1 氣候地質(zhì)特點

①大氣透明度高，太陽輻射強烈，空氣稀薄；寒冷干燥，常年氣溫較低，春秋短促，溫差大，日溫差可達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。

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，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)極難恢復甚至無法恢復。

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被截斷，含水層中的水可迅速蔓延整個路面，在整個公路路基里面邊滲邊凍，影響公路里程長達數(shù)十米甚至百余米，對公路安全造成嚴重威脅。[3]

1.2 人文特點

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

2 總體設計思路

總體設計中，應充分吸收國內(nèi)外公路建設的成功經(jīng)驗，道路建設的所有階段，包括規(guī)劃、調(diào)查、設計、建造、運營和維護中均需要遵循生態(tài)保護核心概念；綜合考慮項目建設的自然、人力、經(jīng)濟和社會因素；統(tǒng)籌公路與環(huán)境、其他運輸方式之間的關系；通過合理選擇線位、靈活選用技術指標、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目品質(zhì)；完善公路服務功能，在公路建設的每一個細節(jié)均考慮低環(huán)境公路建設理念，從根本上提升公路服務供給品質(zhì)。圍繞“生態(tài)保護”和“高質(zhì)量發(fā)展”的雙重要求，堅持貫徹“綠色公路、品質(zhì)公路”總體設計理念，倡導生態(tài)先行，通過總體設計構(gòu)建高速公路生態(tài)保護體系，再結(jié)合公路服務功能需求，在各專業(yè)設計中加以實現(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計資料及實地考察已施工公路在基礎上，總結(jié)歸納，形成了青藏高原黃河流域低環(huán)境影響公路設計指南。

2.1 設計原則

2.1.1 生態(tài)優(yōu)先、低碳綠色

堅定不移的貫徹“綠水青山就是金山銀山”，順應自然、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，最小的破壞就是最大的尊重”的發(fā)展理念，體現(xiàn)在建設中保護，在保護中發(fā)展的策略。公路工程建設、管理、運營、養(yǎng)護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)展和保護的關系，認真審視考量道路建設、生態(tài)影響、能源消耗、污染排放、資源使用和運營效率之間的關系，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計，提高運輸服務的效率，在道路規(guī)劃、勘測、設計、建造、運營、維修等各個階段最大限度地實現(xiàn)嚴格的外部限制和道路內(nèi)部供應之間的真正平衡。

2.1.2 融入自然、去人工化

在公路工程建設和生態(tài)環(huán)境之間找到平衡點，通過避免公路高填深挖、倡導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，做到公路低填淺挖，推行生態(tài)防護措施，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)濟上可行的、無害環(huán)境的、群眾接受的智慧工程，應秉持“安全、耐久、節(jié)約、和諧、低碳、環(huán)?！崩砟?。

緊抓“黃河戰(zhàn)略”機遇，通過提升設計理念、實施精準管理、嚴格控制施工質(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)建設重點也截然不同，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計理念進行設計，入境問俗，在工程措施的相關性、有效性，保護和管理分區(qū)域分類上持續(xù)推進。

2.1.5 科技引領、智慧高效

促進在調(diào)查、設計、建造和維護的所有階段的科技應用，包括智能選線、三維規(guī)劃技術、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能和實體聯(lián)網(wǎng)，以反映智能道路的良好發(fā)展。

2.2 設計要點

2.2.1 低路堤、緩邊坡融入自然的線形設計

公路走廊資源的合理利用要堅持長遠、全面觀點，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。總體設計應貫徹“不破壞就是最大的保護”生態(tài)理念，在滿足規(guī)范標準的前提下，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；秉持隧道早進晚出準則，最大限度減少工程建設對自然生態(tài)的破壞，降低生態(tài)恢復治理難度，采用生態(tài)型防護，減少人工痕跡。

2.2.2 最低生態(tài)影響線形設計

路線設計宜盡量保持區(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、順河橋等設計方案，將環(huán)境影響降到最低。

高原草甸區(qū)重點研究應用低矮路基方案，結(jié)合區(qū)域季節(jié)性凍土特征，路基設置隔斷層、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，保證項目沿線自然生態(tài)平衡、動物的安全遷徙，實現(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計

青藏高原地區(qū)生態(tài)脆弱，是黃河上游一個重要的水道區(qū)，需要高度的環(huán)境保護，取棄土場設置困難，路基填料缺乏，路基設計應盡力追求“填挖平衡”，加強土石方統(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，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、預防凍融病害的特殊路基設計

考慮公路建設對水域的阻隔造成的水生態(tài)環(huán)境改變，設計應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)境疏與通的關系。預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、預應力管樁、碎石樁、換填改良及透水層等多種技術方案，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、防護自然風化損壞，精細控制路基填土高度，優(yōu)選路基填料，合理設置隔斷層、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)的場地設計

在高海拔地區(qū)很難恢復植被，因此在這些地區(qū)，臨時設施的土地，如預制建筑、鋼鐵廠、混合工廠和車站，應盡可能限制在服務區(qū)、停車場、停泊區(qū)和養(yǎng)護區(qū)等永久利用土地范圍內(nèi)；避免臨時用地大面積破壞高原植被；臨時用電與永久用電同步規(guī)劃設計，并與附近電網(wǎng)有機結(jié)合；將部分施工便道作為改移農(nóng)道進行設計，融入沿線既有低等級路網(wǎng)，有效節(jié)約資源。保護原始植物、濕地生態(tài)系統(tǒng)、地表土壤資源、自然地貌和臨時土地的生態(tài)恢復，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，推廣長壽命路面設計

青藏高原海拔高、溫差大，高寒多風，對路面結(jié)構(gòu)要求異常嚴格，應在降低對環(huán)境的干擾與實現(xiàn)排放的背景下，延長路面設計壽命，減少維修次數(shù)。在結(jié)構(gòu)設計方面，應結(jié)合長壽命路面服役特點，基于路面性能，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計組合；在材料設計方面，注重耐低溫、抗老化材料的應用，加強表面層與中下面層的精細化設計。

2.2.7 提升耐久性、推廣橋梁及小型構(gòu)件的裝配化設計

道路項目針對高海拔、低氣壓、晝夜、低季節(jié)性氣溫和空氣含氧量低的氣候特點，提出了全生命周期的概念，推行標準化設計、工業(yè)化預制、裝配化施工，推廣應用鋼橋、裝配式涵洞、橋梁上下部結(jié)構(gòu)預制、小型構(gòu)件預制，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，減少施工時間，保質(zhì)保量，降低環(huán)境影響；適度推廣應用鋼結(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)組合設計、科學的材料選擇、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漏為重點的隧道設計

以提高隧道耐久性為導向，優(yōu)化隧道抗凍設防段襯砌結(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；明確襯砌混凝土標號、配合比、抗?jié)B等級、保護層厚度、養(yǎng)護措施等耐久性指標，確保施工便利、保質(zhì)保量；旨在洞穴內(nèi)外建立一個齊整順暢和易于維護的水流系統(tǒng)，需對地表和地下水的所有方面進行安全處理，斷層破碎帶等不良地質(zhì)段實行動態(tài)設計，避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)薄弱點；有針對性地開展高海拔隧道質(zhì)量通病防治設計，此外，還應適當考慮運營保養(yǎng)階段的結(jié)構(gòu)，確定是否可能對其進行維修和更換，從而使其壽命延長，更加經(jīng)久耐用。

2.2.9 敏感水環(huán)境保護工程設計

針對建設項目交通特征、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措施，防止簡單的“一刀切”式的“PVC管道+應急池”保護工程措施。橋梁段敏感水環(huán)境保護設計中應重點做好收集池的防凍脹和遠程管控設計、危險品運輸事故識別與應急響應系統(tǒng)設計等相關內(nèi)容；路基段敏感水環(huán)境保護設計中應重點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)邊溝等技術措施。

2.2.10 強化項目建設全過程動態(tài)設計

青藏高原高寒、陰濕、地質(zhì)復雜，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。為保證工程質(zhì)量，提升工程品質(zhì)，提升公路建設項目管理，加強對隧道圍巖、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)的建設全過程動態(tài)設計，利用建設過程中獲得新的信息及監(jiān)測信息進行跟蹤，對原設計進行修改、優(yōu)化、完善。

2.2.11 高寒高海拔隧道設計

隧道選線除考慮地形與地質(zhì)條件外，尚應充分考慮隧址區(qū)氣象因素，隧道方案應綜合考慮風向、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。隧道進出口段不宜設超高的平曲線，隧道軸線宜與隧址區(qū)風向垂直或大角度相交；洞口及洞門設計應與周邊自然環(huán)境相協(xié)調(diào)。洞口宜布設在陽坡面、不易積雪、易于排水的位置，并根據(jù)地形、風向合理確定洞口防雪保溫措施，宜適當接長明洞；積雪或風吹雪影響的路塹中的洞口外兩側(cè)宜設置不小于5m寬的積雪、堆雪平臺；洞口與風向小角度相交時，宜設置防雪保溫棚洞，防雪保溫棚洞設置長度宜按3～5s行程控制，條件許可宜接長明洞；隧道進出口路面宜增設防滑、防結(jié)冰措施。

3 結(jié)束語

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

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