中國橋梁網(wǎng)（記者 晨陽）雅瀘高速公路在世界高速公路史上首次采用雙螺旋隧道展線方案達(dá)到克服高差的目的，同時(shí)攻克了超長連續(xù)縱坡路段行車安全關(guān)鍵技術(shù)、公路隧道穿越高原濕地技術(shù)、高地震烈度地區(qū)選線及橋隧建設(shè)技術(shù)等世界性難題，在全國乃至世界高速公路建設(shè)領(lǐng)域都具有特殊性和典型性，被交通運(yùn)輸部確定為勘察設(shè)計(jì)典型示范、科技示范項(xiàng)目。
雙螺旋隧道突破固有思維，創(chuàng)造性地在拖烏山上以兩個(gè)小半徑螺旋的方式爬升，在短短46公里，連續(xù)爬升2000多公里，克服了高落差、高海拔、高地震等諸多困難，創(chuàng)造了工程史上的奇跡。日前，記者隨雙螺旋隧道的設(shè)計(jì)者——湖南省交通勘測設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)人員前往雅瀘高速公路，體驗(yàn)這座匠心獨(dú)運(yùn)的“天梯”，沿途追尋勘測人員的腳步，聆聽設(shè)計(jì)者們回顧雙螺旋隧道的醞釀、誕生、完善過程，似乎和他們一起又回到了那些夜以繼日、殫精竭慮的難忘歲月，令人不禁感嘆這條云端高速的來之不易！
雅瀘高速公路因其及其險(xiǎn)峻的地形條件、復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、多變的氣候條件及脆弱的生態(tài)環(huán)境，被譽(yù)為國內(nèi)乃至全世界自然環(huán)境最惡劣、工程難度最大、科技含量最高的山區(qū)高速公路之一。其中，雙螺旋隧道地處石棉縣至菩薩崗濕地之間，是四川盆地與青藏高原交界的地帶，地形程連續(xù)階梯狀抬升。湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)人員為克服工程所在地的一系列復(fù)雜問題，開創(chuàng)性地創(chuàng)造了雙螺旋隧道的方案。作為一種前所未有的設(shè)計(jì)方案和思路，方案幾乎沒有可以借鑒的先例，每一步都需要不斷的研究與試驗(yàn)，從設(shè)計(jì)雛形到付諸實(shí)施，歷經(jīng)了無數(shù)次的完善，回憶起當(dāng)時(shí)的情形，設(shè)計(jì)者們至今仍唏噓不已，感慨萬千。
為什么不采用盤旋路直接爬升，而要在山體里開通隧道？
為什么要采用雙螺旋隧道，而不是擴(kuò)大半徑，單螺旋爬升？
為什么展線選擇在這里而不選擇在別的地方？
除了這種方案，真的沒有其他選擇嗎？
……
雙螺旋隧道方案一經(jīng)提出，便面臨著無數(shù)的問題，都等待著設(shè)計(jì)者們?nèi)ヒ灰唤獯鸷徒鉀Q。
從盤山路到螺旋隧道
從石棉縣到菩薩崗，項(xiàng)目連續(xù)爬坡段最低點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高為931m，最高點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高為2445m，在51km的路線長度范圍內(nèi)完成升坡1514m，平均縱坡為2.97%，是迄今為止國內(nèi)連續(xù)爬坡路段最長的高速公路，被稱為“中國最長的連續(xù)陡坡高速公路”。按照公路設(shè)計(jì)規(guī)范，為保證行駛安全，高速公路的縱坡不能超過3%，40公里最多能爬1200米，按照常規(guī)，這幾乎是不能完成的任務(wù)。如何解決高落差下的線路爬升問題，是擺在設(shè)計(jì)人員面前最為重要的命題。一直以來，國內(nèi)外高速公路長大縱坡帶來的安全隱患都非常多。美國的洛基山脈的高落差高速公路只設(shè)有兩個(gè)車道，且行駛速度嚴(yán)格控制在40-60公里/小時(shí)，卻也是事故頻發(fā)；在國內(nèi)，交通事故多發(fā)路段一半以上都是長大縱坡，最具代表性的北京八達(dá)嶺高速、湖南韶關(guān)高速、福建九漳高速公路，而這幾條線路在運(yùn)營幾年以后都被迫改線。
勘察初始，設(shè)計(jì)者們考慮的是最常規(guī)的盤山道方案。但隨著對環(huán)境的進(jìn)一步了解、研究的進(jìn)一步深入，設(shè)計(jì)者們發(fā)現(xiàn)，無論如何展線，盤山路都無法在這么短的距離內(nèi)成功爬升，加之拖烏山高海拔帶來的季節(jié)性積雪、季節(jié)性冰凍，冬季道路結(jié)冰，也將為行車安全帶來巨大的隱患，同時(shí)，多處高地震帶、動(dòng)植物自然保護(hù)區(qū)、水電站的問題也無法解決。
據(jù)湖南省院總工、雙螺旋隧道設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人彭立回憶：在第一次方案匯報(bào)會(huì)上，他越匯報(bào)越發(fā)覺需要考慮的問題太多，環(huán)境太復(fù)雜，當(dāng)前的方案實(shí)在無法解決存在的問題，便毅然在匯報(bào)進(jìn)行到一半時(shí)提出休會(huì)并重新完善方案。這一舉動(dòng)相當(dāng)于在業(yè)主和眾多專家面前對自己的否定，需要極大的勇氣和決心。彭立會(huì)后立即召集了院里的各位專家“閉關(guān)修煉”，開始了長達(dá)半個(gè)月的方案討論會(huì)。
就是在這時(shí)，彭立第一次提出了螺旋隧道方案。螺旋隧道的想法在討論會(huì)上一經(jīng)提出，便引起了很多的擔(dān)憂。當(dāng)時(shí)就有人提出了一個(gè)很常見也很難的問題：通風(fēng)問題如何解決？
要知道，直隧道的通風(fēng)尚且是個(gè)復(fù)雜的難題，何況是螺旋隧道，在360度的螺旋隧道里，風(fēng)如何流動(dòng)？為此，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)首先進(jìn)行了理論測算，認(rèn)為通風(fēng)問題是可以解決的，隨后，又與西南交通大學(xué)進(jìn)行了聯(lián)合試驗(yàn)，做了一個(gè)1:5的模型試驗(yàn)，通過試驗(yàn)再進(jìn)行理論修正，從而確保了螺旋隧道通風(fēng)問題的可行性。為此而做的課題獲得了2013年公路學(xué)會(huì)的科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。
峰回路轉(zhuǎn)：汶川地震助推雙螺旋隧道方案
然而，雙螺旋隧道方案的產(chǎn)生遠(yuǎn)沒有那么順利，因?yàn)殡p螺旋隧道方案并無先例，設(shè)計(jì)奇異，諸多考慮因素并未引起重視，前期并未得到業(yè)主和專家的認(rèn)可。直到汶川地震，湖南設(shè)計(jì)院的創(chuàng)新“隧道”方案重新被審視。2008年5月12日14時(shí)28分04秒，四川汶川、北川發(fā)生8.0級(jí)地震。巨大的災(zāi)難讓業(yè)主和專家們悲痛之余又提高了對地震的重視和研究，并再次重新審視雙螺旋隧道方案。
三條地震帶分布圖
項(xiàng)目處于我國大西南地址災(zāi)害頻發(fā)的深山峽谷。石棉至菩薩崗路段北臨龍門山斷裂帶、南接安寧河斷裂帶，共12條斷裂帶，地震烈度高達(dá)9度。地震部門的研究結(jié)果表明，鮮水河斷裂南東段、安寧河斷裂北段具備發(fā)生7.5級(jí)左右大震的構(gòu)造背景，大涼山斷裂具有發(fā)生7級(jí)左右強(qiáng)震的構(gòu)造條件，地面的位錯(cuò)可達(dá)到4.6米，而這是整個(gè)四川盆地通到云貴高原、青藏高原的大通道，項(xiàng)目必須從橫斷上面經(jīng)過。除日本之外，全世界范圍內(nèi)幾乎沒有此先例，而日本采取的對策是修建純鋼橋。純鋼結(jié)構(gòu)的造價(jià)之高，雅瀘高速公路規(guī)模之大，是不現(xiàn)實(shí)的。
設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)先后請了兩家地震研究機(jī)構(gòu)做了大量細(xì)致的研究工作，用來指導(dǎo)設(shè)計(jì)方案。同時(shí)，邀請了同濟(jì)大學(xué)和湖南大學(xué)與設(shè)計(jì)院做平行試驗(yàn)，更是請來了我國唯一的地質(zhì)工程院士李萍做評審。經(jīng)過研究和討論，專家們一致認(rèn)為在這樣的地質(zhì)條件下，太多的高架橋很難抵御地震的破壞，并通過了橋改隧的方案。在地震發(fā)生后的第二天，雙螺旋隧道方案終于通過了各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的審查，在汶川地震之后正式敲定！
設(shè)計(jì)者們反復(fù)選線、反復(fù)考量，不斷地往返于勘察現(xiàn)場和會(huì)場之間，經(jīng)過了無數(shù)次的修改，最終成功避開了斷裂帶。2012年，四川再次發(fā)生7級(jí)地震，其中，受災(zāi)最為嚴(yán)重的就是雅安，院里及時(shí)與四川業(yè)主單位聯(lián)絡(luò)，了解到項(xiàng)目完全未受損，還成為救援通道，為抗震救災(zāi)發(fā)揮了巨大的作用。
掃除“行車視距”障礙
據(jù)了解，雙螺旋隧道方案起初并未得到業(yè)主和專家的認(rèn)可，行車視距問題難以解決便是主要原因之一。
行車視距是指駕駛員在駕駛過程中的通視距離，可分為停車視距、會(huì)車視距和超車視距。對于隧道而言，停車視距、超車視距對安全行車的影響更為重要，隧道因光線較暗、具有弧度，且車輛始終處于爬坡或下坡狀態(tài)，因此極易發(fā)生車輛追尾事故。據(jù)湖南省院隧道總工張進(jìn)華介紹，行車視距，尤其是上下行停車視距是影響隧道行車安全的關(guān)鍵因素，它對隧道平曲線最小半徑，即隧道半徑的確定起決定作用。雙螺旋隧道的半徑最初設(shè)計(jì)為600米，無法滿足停車視距的要求。而相關(guān)規(guī)范還沒有類似的參考值，只能結(jié)合雙螺旋隧道的特點(diǎn)進(jìn)行摸索和研究。
設(shè)計(jì)者們首先想到了擴(kuò)大隧道半徑至800米，增加駕駛員在隧道內(nèi)的視野范圍。但擴(kuò)大半徑勢必要將原有的線路向外擴(kuò)展，隧道出口處的高架橋橋墩至少提升20米，隧道總長度隨之增加，如此一來，就要增加1個(gè)多億的造價(jià)。同時(shí)，提升橋墩后還存在隧道出口陡坡穩(wěn)定性的問題，無法滿足公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。綜合了安全、經(jīng)濟(jì)等多方因素，為了節(jié)約成本、行駛安全、合理爬坡，設(shè)計(jì)者們放棄了擴(kuò)大半徑的方案，修改為小半徑的雙螺旋方案。經(jīng)過研究和比對，決定通過加寬內(nèi)輪廓的方法滿足視距要求，保留原有的最小半徑600米，內(nèi)側(cè)加寬17厘米，外側(cè)加寬37厘米，既滿足了停車視距要求，又節(jié)約了資金。
由于長大縱坡安全隱患比較大，除了停車視距，駕駛員生理因素也是影響行車安全的因素，在這方面，設(shè)計(jì)者們也進(jìn)行了大量非常細(xì)致的研究工作。設(shè)計(jì)者專門制作了與高仿真的室內(nèi)隧道模擬駕駛室，通過儀器測量、記錄和分析駕駛員在各個(gè)路段的心跳、血壓、剎車位置、剎車頻率、視線方向、視點(diǎn)移動(dòng)等生理特征的變化，得出規(guī)律，有針對性地進(jìn)行相應(yīng)處理。例如在隧道入口，因光線突然變暗且處于螺旋爬升處，容易造成駕駛員的不適，設(shè)計(jì)者在入口增加摩擦系數(shù)，通過降低行駛速度保證行車安全。同時(shí)，調(diào)亮隧道口照明亮度，進(jìn)入隧道后逐漸暗下來，既克服了駕駛員的心理恐慌，也達(dá)到了節(jié)能的要求。
通過大量的試驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)者們成功解決了隧道內(nèi)視距、照明、排水、行車煙霧排放、標(biāo)志標(biāo)線的合理設(shè)置、隧道內(nèi)外路面濕度差別、以及隧道防災(zāi)救援等一系列問題，并獲得了“高速公路小半徑螺旋隧道內(nèi)停車視距確定方法及斷面加寬方法”的發(fā)明專利和“中國公路學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)”。
以人為本 與自然和諧統(tǒng)一
在設(shè)計(jì)過程中，湖南省院始終堅(jiān)持以人為本，與自然和諧的設(shè)計(jì)原則。
項(xiàng)目沿線大小共58座水電站。與項(xiàng)目平行的南椏河、孟獲水是大渡河中游的支流，正進(jìn)行“一庫六級(jí)”的階梯電站建設(shè)，自上而下已建6個(gè)大型梯級(jí)電站，另有54個(gè)小水電站沿南椏河零星分布。8條高壓輸電線與路線并行，極大地限制路線的布設(shè)。尤其是G108線與項(xiàng)目多次交叉、近距離平行，在布線時(shí)合理選擇交叉位置，只要一點(diǎn)點(diǎn)的不小心就會(huì)對水電站有影響。保持G108的暢通是控制路線的一個(gè)重要的因素，也是設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)。最終，通過對線位的反復(fù)調(diào)整，全段未拆遷一座水電站，實(shí)現(xiàn)了多行業(yè)和諧共同發(fā)展。
菩薩崗濕地
項(xiàng)目所在地是綠尾虹雉、白腰文鳥等眾多野獸的繁衍、過冬之地，同時(shí)還有栗子坪紅杉樹自然保護(hù)區(qū)，拖烏山海拔2500米的位置是菩薩崗濕地。尤其是原有的大熊貓的群體間聯(lián)系走廊的保留對其繁衍具有重要意義，項(xiàng)目必須考慮為其保留兩條動(dòng)物通道，這一切都決定了隧道方案無疑是造成影響最小的選擇，對環(huán)境保護(hù)發(fā)揮了很好的作用。也對選線提出了嚴(yán)苛的要求。
“公路作為公共設(shè)施，既要滿足車輛通行的基本要求，又要與自然環(huán)境和諧統(tǒng)一，盡最大努力地減少對自然環(huán)境的破壞。”正在遵循著這一原則，設(shè)計(jì)者們反復(fù)前往現(xiàn)場，收集翔實(shí)地質(zhì)、自然保護(hù)區(qū)、環(huán)水保資料，采取以植物防護(hù)為主的設(shè)計(jì)思想，合理選擇取、棄土場和施工場地，減少施工期污水、廢料、噪音污染，且同步實(shí)施環(huán)境保護(hù)工程，達(dá)到線路與沿線復(fù)雜多變的地形地貌有機(jī)融合的目的。
路線設(shè)計(jì)在充分考慮減少對自然環(huán)境、基本農(nóng)田、居民村落及學(xué)校、名勝古跡等環(huán)境敏感點(diǎn)影響的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)更好地為道路使用者服務(wù)，以及方便沿線居民生產(chǎn)和生活。當(dāng)?shù)厥且妥寰奂?，有著游牧民族特殊的文化和生活?xí)性。為了真正了解當(dāng)?shù)匾妥灏傩盏男枨螅?xiàng)目勘察前期曾挨家挨戶對彝族百姓做調(diào)研，充分尊重他們意愿的基礎(chǔ)上進(jìn)行選線，并將很多便道保留為永久便道，為他們的出行帶來了很多便利。對不良地質(zhì)路段首先繞避，不可繞避時(shí)避重就輕，并因地制宜的選用跨、導(dǎo)、截、治等綜合措施。同時(shí)注重道路視覺與沿途氣候、地形、地貌、生態(tài)特征及民俗風(fēng)情、社會(huì)環(huán)境等自然景觀相結(jié)合，充分尊重地區(qū)特性，使公路與沿線的自然景觀協(xié)調(diào)一致。
“綜合各種因素，雙螺旋隧道是最佳選擇”
雙螺旋隧道方案作為一種全新的設(shè)計(jì)理念，其誕生被設(shè)計(jì)者們戲稱為“逼上梁山”。地質(zhì)、地形、氣候環(huán)境和生態(tài)環(huán)境相交錯(cuò)，每個(gè)問題單獨(dú)來講都很困難，當(dāng)集中在一起時(shí)，難度可想而知。之所以說隧道方案是最佳選擇，正是因?yàn)樵O(shè)計(jì)者們幾乎窮盡所有可能的方案，每面臨一個(gè)問題，設(shè)計(jì)者們都綜合比較各種可能的設(shè)計(jì)方案，并在比較中選擇最佳解決方案，而雙螺旋隧道，無疑是在全面綜合所有因素中，能兼顧和解決所有問題的唯一選擇。雙螺旋隧道就是在不斷的解決每一個(gè)問題，不斷地完善過程中形成的。
項(xiàng)目所在地環(huán)境空前復(fù)雜，又要兼顧安全、環(huán)保、造價(jià)等，從盤山路到單螺旋隧道，到最后的雙螺旋隧道，在設(shè)計(jì)過程中，湖南省院以安全、經(jīng)濟(jì)為主線，堅(jiān)持“地形選線、地質(zhì)選線、環(huán)保選線、安全選線”，結(jié)合自然環(huán)境、行車安全、經(jīng)濟(jì)、與環(huán)境和諧等反復(fù)進(jìn)行優(yōu)化。在幾乎沒有任何先例可以借鑒的情況下，每一步都是在摸索著前行。
為了隧道改建方案，項(xiàng)目組一次次地和院里以及全國各地的專家一起討論、修改方案。而每一次，隧道方案都會(huì)被這樣那樣的“不可行”的原因而否定。為了得到最詳實(shí)、最準(zhǔn)確的現(xiàn)場信息，為了選線的精準(zhǔn)，勘察人員們一次又一次地前往現(xiàn)場，用心記下每一個(gè)勘察數(shù)據(jù)，詳細(xì)比較實(shí)際勘測數(shù)據(jù)與之前擬定數(shù)據(jù)的不同，通過細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼{(diào)查，得出確切的結(jié)論。
雅瀘高速公路作為交通部“雙示范”工程，為復(fù)雜地區(qū)修建高速公路提供了一系列突破性的新思想、新技術(shù),同時(shí)，也為湖南省院在設(shè)計(jì)理念上取得了突破，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。在雙螺旋隧道方案勘察設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員所表現(xiàn)出的嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致、堅(jiān)持、客觀及團(tuán)隊(duì)合作等精神是湖南設(shè)計(jì)院企業(yè)文化的深入體現(xiàn)。正是因?yàn)橛辛诉@樣一群一絲不茍的工作態(tài)度、細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)、干脆直爽的性格、樂觀無畏的交通人，靠著這種無私無畏的精神和勇往直前的信念，懷著“讓世界更暢通、讓我們更優(yōu)秀”的企業(yè)使命，才有了今天這堪稱奇跡的“云端上的高速公路”！
