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到克服高差的目的，同時攻克了超長連續(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，被交通運輸部確定為勘察設(shè)計典型示范、科技示范項目。
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)計者——湖南省交通勘測設(shè)計院的設(shè)計人員前往雅瀘高速公路，體驗這座匠心獨運的“天梯”，沿途追尋勘測人員的腳步，聆聽設(shè)計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)計院的設(shè)計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，從設(shè)計雛形到付諸實施，歷經(jīng)了無數(shù)次的完善，回憶起當時的情形，設(shè)計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，項目連續(xù)爬坡段最低點設(shè)計標高為931m，最高點設(shè)計標高為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)有兩個車道，且行駛速度嚴格控制在40-60公里/小時，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，而這幾條線路在運營幾年以后都被迫改線。
勘察初始，設(shè)計者們考慮的是最常規(guī)的盤山道方案。但隨著對環(huán)境的進一步了解、研究的進一步深入，設(shè)計者們發(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，多處高地震帶、動植物自然保護區(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)計負責人彭立回憶：在第一次方案匯報會上，他越匯報越發(fā)覺需要考慮的問題太多，環(huán)境太復(fù)雜，當前的方案實在無法解決存在的問題，便毅然在匯報進行到一半時提出休會并重新完善方案。這一舉動相當于在業(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。彭立會后立即召集了院里的各位專家“閉關(guān)修煉”，開始了長達半個月的方案討論會。
就是在這時，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上一經(jīng)提出，便引起了很多的擔憂。當時就有人提出了一個很常見也很難的問題：通風問題如何解決？
要知道，直隧道的通風尚且是個復(fù)雜的難題，何況是螺旋隧道，在360度的螺旋隧道里，風如何流動？為此，設(shè)計團隊首先進行了理論測算，認為通風問題是可以解決的，隨后，又與西南交通大學(xué)進行了聯(lián)合試驗，做了一個1:5的模型試驗，通過試驗再進行理論修正，從而確保了螺旋隧道通風問題的可行性。為此而做的課題獲得了2013年公路學(xué)會的科技進步一等獎。
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)生遠沒有那么順利，因為雙螺旋隧道方案并無先例，設(shè)計奇異，諸多考慮因素并未引起重視，前期并未得到業(yè)主和專家的認可。直到汶川地震，湖南設(shè)計院的創(chuàng)新“隧道”方案重新被審視。2008年5月12日14時28分04秒，四川汶川、北川發(fā)生8.0級地震。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級左右大震的構(gòu)造背景，大涼山斷裂具有發(fā)生7級左右強震的構(gòu)造條件，地面的位錯可達到4.6米，而這是整個四川盆地通到云貴高原、青藏高原的大通道，項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)的造價之高，雅瀘高速公路規(guī)模之大，是不現(xiàn)實的。
設(shè)計團隊先后請了兩家地震研究機構(gòu)做了大量細致的研究工作，用來指導(dǎo)設(shè)計方案。同時，邀請了同濟大學(xué)和湖南大學(xué)與設(shè)計院做平行試驗，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領(lǐng)導(dǎo)的審查，在汶川地震之后正式敲定！
設(shè)計者們反復(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級地震，其中，受災(zāi)最為嚴重的就是雅安，院里及時與四川業(yè)主單位聯(lián)絡(luò)，了解到項目完全未受損，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進行摸索和研究。
設(shè)計者們首先想到了擴大隧道半徑至800米，增加駕駛員在隧道內(nèi)的視野范圍。但擴大半徑勢必要將原有的線路向外擴展，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個多億的造價。同時，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)計標準。綜合了安全、經(jīng)濟等多方因素，為了節(jié)約成本、行駛安全、合理爬坡，設(shè)計者們放棄了擴大半徑的方案，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)計者們也進行了大量非常細致的研究工作。設(shè)計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路段的心跳、血壓、剎車位置、剎車頻率、視線方向、視點移動等生理特征的變化，得出規(guī)律，有針對性地進行相應(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，調(diào)亮隧道口照明亮度，進入隧道后逐漸暗下來，既克服了駕駛員的心理恐慌，也達到了節(jié)能的要求。
通過大量的試驗研究，設(shè)計者們成功解決了隧道內(nèi)視距、照明、排水、行車煙霧排放、標志標線的合理設(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)會科學(xué)技術(shù)獎”。
以人為本 與自然和諧統(tǒng)一
在設(shè)計過程中，湖南省院始終堅持以人為本，與自然和諧的設(shè)計原則。
項目沿線大小共58座水電站。與項目平行的南椏河、孟獲水是大渡河中游的支流，正進行“一庫六級”的階梯電站建設(shè)，自上而下已建6個大型梯級電站，另有54個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線與項目多次交叉、近距離平行，在布線時合理選擇交叉位置，只要一點點的不小心就會對水電站有影響。保持G108的暢通是控制路線的一個重要的因素，也是設(shè)計的一個難點。最終，通過對線位的反復(fù)調(diào)整，全段未拆遷一座水電站，實現(xiàn)了多行業(yè)和諧共同發(fā)展。
菩薩崗濕地
項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，同時還有栗子坪紅杉樹自然保護區(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，項目必須考慮為其保留兩條動物通道，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)境保護發(fā)揮了很好的作用。也對選線提出了嚴苛的要求。
“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)計者們反復(fù)前往現(xiàn)場，收集翔實地質(zhì)、自然保護區(qū)、環(huán)水保資料，采取以植物防護為主的設(shè)計思想，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，且同步實施環(huán)境保護工程，達到線路與沿線復(fù)雜多變的地形地貌有機融合的目的。
路線設(shè)計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)境敏感點影響的基礎(chǔ)上，強調(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?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?shù)匾妥灏傩盏男枨?，項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，不可繞避時避重就輕，并因地制宜的選用跨、導(dǎo)、截、治等綜合措施。同時注重道路視覺與沿途氣候、地形、地貌、生態(tài)特征及民俗風情、社會環(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)計理念，其誕生被設(shè)計者們戲稱為“逼上梁山”。地質(zhì)、地形、氣候環(huán)境和生態(tài)環(huán)境相交錯，每個問題單獨來講都很困難，當集中在一起時，難度可想而知。之所以說隧道方案是最佳選擇，正是因為設(shè)計者們幾乎窮盡所有可能的方案，每面臨一個問題，設(shè)計者們都綜合比較各種可能的設(shè)計方案，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問題，不斷地完善過程中形成的。
項目所在地環(huán)境空前復(fù)雜，又要兼顧安全、環(huán)保、造價等，從盤山路到單螺旋隧道，到最后的雙螺旋隧道，在設(shè)計過程中，湖南省院以安全、經(jīng)濟為主線，堅持“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、與環(huán)境和諧等反復(fù)進行優(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，隧道方案都會被這樣那樣的“不可行”的原因而否定。為了得到最詳實、最準確的現(xiàn)場信息，為了選線的精準，勘察人員們一次又一次地前往現(xiàn)場，用心記下每一個勘察數(shù)據(jù)，詳細比較實際勘測數(shù)據(jù)與之前擬定數(shù)據(jù)的不同，通過細致嚴謹?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，也為湖南省院在設(shè)計理念上取得了突破，積累了寶貴的經(jīng)驗。在雙螺旋隧道方案勘察設(shè)計過程中，設(shè)計人員所表現(xiàn)出的嚴謹、細致、堅持、客觀及團隊合作等精神是湖南設(shè)計院企業(yè)文化的深入體現(xiàn)。正是因為有了這樣一群一絲不茍的工作態(tài)度、細致嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L、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”！
