青藏高原黃河流域低環境影響公路總體設計的思考

姜有鑫 JIANG You-xin；郭旺旺 GUO Wang-wang

（甘肅省交通規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，對生態安全和經濟社會發展發揮著至關重要的作用，青藏高原是其發源地，總長度5464公里，灌溉流經9個省級行政區。黃河流域是國家的主要經濟區域，創造了超過全國五分之一的GDP，約230000億元；同時也構成我國重要的生態保護區，流域內貧困地區較多。黃河流域地形地貌變化較大，中部地區以黃土地為主，海拔1000多米不到2000米，水土流失情況突出；西江源區是由連綿不斷的積雪和發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黨全國代表大會以來，中國共產黨和國家領導人更加關注黃河流域的環境保護和社會經濟發展。2019年9月，在鄭州舉行研討會，習總書記參加并發表了重要講話，做出了加強黃河流域的管理和保護，促進黃河流域的高質量發展的重大安排，對重點區域生態保護建設作出重要指示批示，正式提出了“黃河戰略”，即將黃河流域的環境保護和高質量發展提升到一項重要的國家戰略，地域范圍涵蓋了三江源、祁連山、秦嶺、賀蘭山等，戰略指出以后應著力加強生態保護治理、保障黃河長治久安、促進全流域高質量發展、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]

在黃河流域生態保護和高質量發展中起到重要作用的是高效可持續的基礎設施支撐體系，包括公路、鐵路等。安全可靠、經濟高效、綠色便捷、布局合理的現代化基礎設施的構建離不開公路網的建設，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濟區，使不同流域、城市和地區之間的聯系更加密切，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歸納，具體論述公路設計總則。

1 青藏高原地區特點

1.1 氣候地質特點

①大氣透明度高，太陽輻射強烈，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20~300C；氣壓低，氧氣含量少是青藏高原地區主要的氣候特點。

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

③青藏高原地區季節性凍土分布廣泛，凍土區凍融循環對工程建設造成極大影響，易產生土凍脹、熱融下沉和冰害。山區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，應充分吸收國內外公路建設的成功經驗，道路建設的所有階段，包括規劃、調查、設計、建造、運營和維護中均需要遵循生態保護核心概念；綜合考慮項目建設的自然、人力、經濟和社會因素；統籌公路與環境、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、節約集約利用資源、開展路域環境整治、提高工業化建造水平等工作提升項目品質；完善公路服務功能，在公路建設的每一個細節均考慮低環境公路建設理念，從根本上提升公路服務供給品質。圍繞“生態保護”和“高質量發展”的雙重要求，堅持貫徹“綠色公路、品質公路”總體設計理念，倡導生態先行，通過總體設計構建高速公路生態保護體系，再結合公路服務功能需求，在各專業設計中加以實現，因地制宜，打造公路與自然更協調，公路與發展更匹配的高品質公路工程。

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，總結歸納，形成了青藏高原黃河流域低環境影響公路設計指南。

2.1 設計原則

2.1.1 生態優先、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、尊重規律。秉承“對生態環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”的發展理念，體現在建設中保護，在保護中發展的策略。公路工程建設、管理、運營、養護及全壽命周期的每一步都融合綠色發展的要求。

要正確處理發展和保護的關系，認真審視考量道路建設、生態影響、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，在道路規劃、勘測、設計、建造、運營、維修等各個階段最大限度地實現嚴格的外部限制和道路內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環境之間找到平衡點，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系統的影響和破壞。

結合地形條件，靈活選用路線平縱面指標，做到公路低填淺挖，推行生態防護措施，將公路融入高山、草原、濕地、森林等生態系統，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 質量為本，品質提升

旨在建立高質量的、可持續的、安全的、經濟上可行的、無害環境的、群眾接受的智慧工程，應秉持“安全、耐久、節約、和諧、低碳、環?！崩砟睢?/p>

緊抓“黃河戰略”機遇，通過提升設計理念、實施精準管理、嚴格控制施工質量，充分利用科技手段、貫徹高質量的、可持續的、安全的、經濟上可行的、無害環境的、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，生態建設重點也截然不同，根據公路工程沿線不同的人文因素、環境因素、區域特征等，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，保護和管理分區域分類上持續推進。

2.1.5 科技引領、智慧高效

促進在調查、設計、建造和維護的所有階段的科技應用，包括智能選線、三維規劃技術、移動互聯網、大數據、云計算、人工智能和實體聯網，以反映智能道路的良好發展。

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，統籌規劃公路與鐵路、電力、水利等共用廊道資源，減少對耕地的占用，避免占用基本農田，爭取社會資源最優使用。總體設計應貫徹“不破壞就是最大的保護”生態理念，在滿足規范標準的前提下，研究采用低路基方案，做到地形選線、地質選線、環保選線，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的破壞，降低生態恢復治理難度，采用生態型防護，減少人工痕跡。

2.2.2 最低生態影響線形設計

路線設計宜盡量保持區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環境的破壞。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，將環境影響降到最低。

高原草甸區重點研究應用低矮路基方案，結合區域季節性凍土特征，路基設置隔斷層、保溫層等措施后，盡量降低路基高度，控制填方規模，減少取土環境破壞。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平衡、動物的安全遷徙，實現公路與自然的平衡。

2.2.3 少借零棄、綜合利用的土石方設計

青藏高原地區生態脆弱，是黃河上游一個重要的水道區，需要高度的環境保護，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”，加強土石方統籌調配，根據不同路段要求，將隧道棄渣及路基開挖土石方統一規劃、分類使用、合理調運，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環境改變，設計應保持原地基濾水和透水功能，不阻斷原水路通道，統籌解決好水環境疏與通的關系。預防長距離濕地路基不均勻沉降，根據不同區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不良地質對公路的不利影響，尤其是凍融循環條件下的路基、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 永臨結合、統籌考慮建養的場地設計

在高海拔地區很難恢復植被，因此在這些地區，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、停車場、停泊區和養護區等永久利用土地范圍內；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劃設計，并與附近電網有機結合；將部分施工便道作為改移農道進行設計，融入沿線既有低等級路網，有效節約資源。保護原始植物、濕地生態系統、地表土壤資源、自然地貌和臨時土地的生態恢復，注重表土資源的剝離、堆儲及利用，提高資源利用率。

2.2.6 結合環境特點，推廣長壽命路面設計

青藏高原海拔高、溫差大，高寒多風，對路面結構要求異常嚴格，應在降低對環境的干擾與實現排放的背景下，延長路面設計壽命，減少維修次數。在結構設計方面，應結合長壽命路面服役特點，基于路面性能，優化結構設計組合；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、推廣橋梁及小型構件的裝配化設計

道路項目針對高海拔、低氣壓、晝夜、低季節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、橋梁上下部結構預制、小型構件預制，提高混凝土性能，改良混凝土抗凍性、抗滲性等性能，按需進行混凝土保溫養生；全面發揮工廠生產的優勢，減少施工時間，保質保量，降低環境影響；適度推廣應用鋼結構橋梁，如小半徑匝道橋，大跨度桁架橋等，通過合理的結構組合設計、科學的材料選擇、高質量的施工工藝，提升高海拔地區橋梁建造水平。

2.2.8 以解決抗凍保溫、防止滲漏為重點的隧道設計

以提高隧道耐久性為導向，優化隧道抗凍設防段襯砌結構形狀，使結構受力均勻平順，減小凍脹力的破壞作用；明確襯砌混凝土標號、配合比、抗滲等級、保護層厚度、養護措施等耐久性指標，確保施工便利、保質保量；旨在洞穴內外建立一個齊整順暢和易于維護的水流系統，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段實行動態設計，避免結構出現薄弱點；有針對性地開展高海拔隧道質量通病防治設計，此外，還應適當考慮運營保養階段的結構，確定是否可能對其進行維修和更換，從而使其壽命延長，更加經久耐用。

2.2.9 敏感水環境保護工程設計

針對建設項目交通特征、車流量等，結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設計等相關內容；路基段敏感水環境保護設計中應重點做好路面徑流的生態截留、凈化和零排放等，可采用下沉式緩沖帶、生態邊溝等技術措施。

2.2.10 強化項目建設全過程動態設計

青藏高原高寒、陰濕、地質復雜，局部路段存在氣候變化劇烈、地質條件多樣化、地質特性多變化的特點。為保證工程質量，提升工程品質，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的建設全過程動態設計，利用建設過程中獲得新的信息及監測信息進行跟蹤，對原設計進行修改、優化、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條件外，尚應充分考慮隧址區氣象因素，隧道方案應綜合考慮風向、氣溫、最大凍結深度等自然環境的影響，合理選擇隧道海拔高度與隧道規模。隧道進出口段不宜設超高的平曲線，隧道軸線宜與隧址區風向垂直或大角度相交；洞口及洞門設計應與周邊自然環境相協調。洞口宜布設在陽坡面、不易積雪、易于排水的位置，并根據地形、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、防結冰措施。

3 結束語

作為一項國家級別的戰略，黃河高質量生態系統保護和發展已經刻不容緩，而其中關鍵要素的青藏高原，其有著非常脆弱的環境，而公路建設與社會經濟的發展有著密切聯系，對經濟具有極大推動作用，公路建設在考慮經濟、技術指標的同時，應著力降低工程建設對生態環境的影響，使公路融入自然，捍衛高原凈土。

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