高速公路主体工程节能综合设计

摘要：高速公路建设和运营过程中产生巨大的能耗，其中主体工程的设计方案直接决定了工程建设规模和运营期车辆运行路径，因此优化主体工程设计方案，将节能作为重点考虑因素，对高速公路节能具有显著效果。本文结合丰盐高速公路节能设计，对高速公路主体工程各专业节能设计要点进行分析探讨。

关键词：高速公路；节能；低碳；减排；土建主体工程

中图分类号： TE08 文献标识码： A

一、引言

节约能源是我国的基本国策。高速公路投资规模大、建设周期长、环境影响久远，同时高速公路建成后，对所经地区的经济发展、产业分布、物流和出行方式、环境压力都有巨大影响。高速公路的节能工作，不仅仅包括能源消耗和污染物排放的控制，还应当包括对各种资源占用的减少和控制；不仅仅要考虑公路运营期对服务受众（公路上运营的车辆）的节能效果，更应当考虑建设期间对原材料的消耗、施工能耗、土地资源占用。

二、盐淮高速公路大丰港至盐城段简介

丰盐高速公路设计过程中充分贯彻了节能设计的理念，在各专业设计中均将节能因素与安全、耐久、经济、美观等因素同等考虑。

三、节能总体设计

设计时应根据项目特点、功能定位和建设条件，通过精心组织、详细勘察、创新设计，努力做到经济适用、安全耐久、资源节约、生态环保。一般的指导思想有：

1、综合考虑工程规模、施工、管理养护、运营、环境保护等各方面，进行各专业优化设计，统筹考虑工程质量安全、投资节约、运营节能等方面，做到综合最优、最节能。

2、充分考虑采用节能、耐久的新材料、新工艺、新工法，和全功能周期节能设计新理念，降低运行单位能耗。

3、在一次性投入与长久能耗和环境效益之间科学平衡和抉择，在符合实际情况，经济上可承受的前提下，充分考虑建设投资和运营节约的综合效益。

4、节能设计应贯彻经济合理和技术先进的原则，要有适当的前瞻性。

四、路线平面节能设计

1、路线布设考虑尽可能顺直，同时选线时本着“避让为主，处治为辅”的原则尽量避让地质不良地区（平原区软土、山区滑坡崩塌泥石流等）和城镇规划、产业园区规划及环境敏感点（自然保护区、水源保护区等）。从而减少主线构造物的设置，同时有利于土地的合理利用，降低社会综合总能耗。

2、路线方案比选时，将运营里程长短作为反映运营期车辆能耗的参数，以此作为方案比选的一个主要考虑因素。

五、纵断面节能设计

2、考虑运营节能，主要从路线纵断面线形的平顺性方面入手，在满足基本功能前提下，从有利于节约车辆运营燃油消耗的角度，采用较高的纵断面指标，并尽量减小上坡、下坡的转换频率。纵断面频繁起伏对于运营车辆的燃油消耗影响非常大，为了定量衡量项目纵断面对于运营能耗的影响，丰盐高速公路设计中采用纵断面相对平顺率P来衡量。

相对平顺率P，是衡量纵面线形平顺性的指标，具体为路段平均设计高程线与纵面设计线之间的围成的图形面积（如下图）除以路段长度，它反映设计高程与平均设计高程之间的离散情况。最理想平顺状态下，纵面设计线无限接近平均设计高程线，该指标为0。

图1 平顺率计算示意图

六、路基节能设计

1、在不产生二次污染的前提下，充分利用工业废料和建筑垃圾作为筑路材料，可减少取土坑占地，节省土地资源，并减轻工业废料积压带来的环境和资源压力。

2、重点控制路基不均匀沉降，加强不同处理方案之间的过渡段设计，保证工后道路纵断面的平顺。对连续路段的地基处理方案尽量保持统一，避免路段内多种处理方式的频繁变换，减少施工机械频繁的长距离调动，从而提高现场施工的效率，减少施工能耗。

七、路面节能设计

路面结构部分在公路建设期间的能耗占比很大，无论是原材料的生产能耗，还是施工所需能耗，都占据很大比例。

1、应结合项目的特点，通过结构验算及比选，细化沥青面层的路面结构设计和材料设计，各结构层选择在本地区有成熟设计、施工经验的方案。

2、改扩建项目推广采用沥青混合料的再生技术，提高废料利用率，节约沥青和石料资源。

3、路面结构设计时，充分考虑长寿命设计，减少大中修次数。

4、如有可能，利用沥青混合料温拌技术降低能耗、减少排放。

八、桥梁节能设计

桥梁节能设计重点是建设期间的规模节约，其次是提高桥梁的耐久性，降低结构自身的运营养护能耗。

1、在满足功能的前提下，尽量减少桥梁总长，减少桥梁比例，以减少建设投入能耗。

2、在桥梁结构形式选择方面，尽量采用标准化、系列化和施工机械化程度高的结构。同时通过在适当位置设置大型预制场，进行集中预制，加快工程建设进度，降低造价和能耗。标段划分和预制场地的选取，做到运输距离合理和运输条件可行，尽量运输减少运输过程中的碳排量。

3、注重桥梁结构的耐久性设计，减少后期运营期养护投入。

4、适当采用钢结构桥梁。钢结构桥梁已经逐渐转变为桥梁建设中具有特定优势的结构类型，在合适的条件下，适当采用钢结构桥梁可对节约能源、资源、减少污染具有一定优势。

九、互通式立交节能设计

互通式立交作为高速公路主要的交通出入、转换功能节点，其方案对转换交通量的绕行距离和运营速度影响很大，直接决定了运营期该节点处转向交通能耗效率的高低。在互通建设规模可控的前提下，方案比选时，应尽量减少主流向转向交通的绕行距离，并采用合理的匝道设计车速，综合考虑各方向的绕行燃油消耗率，使得平均交通转向绕行能耗最小。

十、隧道节能设计

隧道是高速公路建设的能源消耗重点项目，主要体现在单位建设能耗大及后期运营管理长期维护能耗高，其节能重点是建设期间的工程规模节约、隧道主体结构及机电系统耐久性的提高，以及运营管理期间能耗及排放的降低。

1、做好隧道总体设计，尽量降低工程规模及难度，减少建设及运营能耗。

2、加强隧道方案比选，如长大隧道线位选择、中短隧道与深路堑比选、连拱隧道与小净距隧道比选等，隧道内外平纵线形应协调，隧道横断面布置应合理，制定合理的隧道施工方法及施工组织。

3、隧道主体结构按全寿命周期成本理念进行设计，全面提高隧道机械化施工水平，弃渣应合理利用或弃放，以降低施工能耗、保护环境。

4、隧道机电设施（通风、照明、消防、供配电、监控等）应可靠、实用、先进、节能、低维护，各系统具有可扩充性和可升级性，减少将来升级改造造成的浪费，并与主体工程相配套、相协调。

十

一、结语

高速公路是国家、地方交通系统的主骨架和大动脉，具有巨大的社会效益和国民经济价值，但是由于技术指标要求高和全封闭全立交的特点，工程规模巨大，其中大部分为主体工程道路、桥梁、立交、隧道等的建设费用，因此对主体工程的节能设计进行深入研究具有重要意义。而且主体工程通过方案、指标优化，可以对节能产生显著的效果。本文是结合丰盐高速公路设计和以往其他项目总结归纳的一些指导思路，其中很多问题还有待进一步研究深化。