陕北黄土地区隧道洞口植物配置设计研究

2020-12-08

魅力中国 2020年27期

关键词：洞口景观设计边坡

（西安工业大学，陕西西安 710000）

作为高速公路的组成部分，隧道洞口的设计与建设不仅应满足交通、工程要求，还应考虑其景观环境要求。在景观环境设计诸多要素之中，植物配置设计是高速公路隧道洞口景观设计研究的课题之一。

一、高速公路隧道洞口景观设计的现状

（一）国外高速公路隧道洞口景观设计研究

美国对高速公路隧道洞口景观的研究始自20 世纪90 年代，相继出版了相关设计规范与标准。美国各州公路与运输工作者协会于1991 年出版的《公路隧道景观与环境设计指南》，较为详细地阐述了隧道洞口景观的设计要求与方法[1]。

日本主导了近些年来隧道洞口景观的研究方向。以早稻田大学为主体的一批研究机构在90 年代初期开始了以公路隧道洞口为对象的景观研究，涉及交通、美学、心理评价、方法论等多种角度，推动了隧道洞口景观的研究进展[2]。

（二）我国高速公路隧道洞口景观设计研究

我国在高速公路隧道洞口景观设计方面还处于探索阶段，在景观方面也是初始阶段。熊光荣1991 年针对公路隧道洞口，首次提出了洞口美学的设计问题。关向群2004 年以300 多个样本的隧道洞口景观设计案例为基础，运用景观设计学原理系统地研究了隧道洞口景观设计问题[3]。关宝树在《隧道工程设计要点集》[4]中专门对景观设计进行了强调和论述；张强主要基于公路绿化对行车安全的不利影响分析，提出了道路绿化设计的基本规则[5]。

近年来，随着高速公路的大规模建设，隧道洞口景观设计领域的研究得到快速发展，一大批造型优美、结构新颖的隧道相继建成[6]。但是其中针对于不同地域条件下的隧道洞口景观设计，尤其是植物配置设计，仍有待于深化和具体展开。

二、隧道洞口的一般问题

（一）洞口结构形式单一

受到包括工程经济因素在内的影响，多数隧道洞口结构形式多以端墙式结构为主，在挡土墙坡度、高度等方面有所区别。此种结构形式缺乏设计创新，难以满足自然、生态、人文等方面的景观设计要求[7]。

（二）视觉反差太大

隧道洞口结构材质大多以混凝土为主，其颜色多保持混凝土本色，视觉沉闷，在高速行车过程中不易被驾驶员所感知并做到提前减速，极容易引发事故[8]。而且隧道内外亮度差别极大，驾驶员的视觉不能迅速适应，容易发生视觉障碍，危及行车安全。

（三）洞口结构稳定性不足

在隧道洞体开挖过程中形成的应力释放将引起斜坡体内部应力发生重新分布。当洞口上部不易形成承载重新分布的应力时，洞口段边坡表面将出现受力变形，引发一系列的工程问题。洞口施工涉及附近边坡的工程处理，往往造成原有植被系统的破坏，影响洞口附近边坡稳定，处理不当将形成一定的工程隐患。

（四）洞口周围环境污染问题

高速公路隧道内部及其洞口附近的环境污染涉及粉尘、SO2、Cl2、HF 等为内容的大气污染、光化学污染以及噪声污染等[9]，对于交通安全、生态环境等的影响不容忽视。另一方面，在高速公路隧道施工过程中，一些有毒和放射性化工材料露天放置，管理不规范，极容易污染附近水体[10]。同时存隧道开挖形成的渣土、渣石随意倾倒，造成环境破坏和污染。

总体来说，隧道洞口的问题可以归结为工程问题和环境问题，并且这些问题在特定的环境条件下会有所不同。在陕北黄土地区，洞口结构不稳定导致的滑坡、视觉反差引发交通事故、洞内外扬尘污染等问题比较突出，本文拟结合这些问题在陕北黄土地区植物配置设计时重点予以考虑，根据环境条件作进一步的探讨。

三、植物的作用分析

在陕北黄土地区隧道洞口景观建设种，结合工程坡面进行良好的植物配置设计，能够降低雨水侵蚀影响，提升基底土体强度，既可以稳固工程坡面，还能够降低污染，改善局部空气质量，体现良好的景观效果。因此，积极考虑隧道洞口植物配置设计的作用，对于缓解和解决相关问题有一定的意义。

（一）植物茎叶的作用

根据相关研究表明，植物覆盖率与土壤侵蚀率具有明显的非线性关系。覆盖率增加，土壤侵蚀量减少。

由于植被茎叶的存在，可以在降雨时拦截空气中的雨滴，减缓雨滴下落的冲击力，进而减小雨滴对裸露土体的冲刷和溅射。在黄土高原地区进行植被的覆盖，可以有效的控制水土流失的发生，起到固坡的作用。同时植物枝叶越茂盛，其截留作用越明显，越有利于提高土质斜坡的稳定性[11]。

（二）植物根系的作用

由于植物根系的存在，使边坡表层一定深度内松散土体具备一定的组织结构和强度。

利用植物根系对坡面稳定性的影响，植被的边坡防护可以有效地防治坡面侵蚀和雨水冲刷，能够很好地保证边坡的稳定性。

（三）植物整体抗污染的作用

利用绿化植物防治空气颗粒物污染具有明显效果，根据其作用机理可以分为减尘作用、滞尘作用、吸尘作用、降尘作用和阻尘作用五个作用途径[12]。植物覆盖能够减少公路和隧道口地面的起尘，植物叶面吸附和捕获空气颗粒物，同时增加局部地区空气湿度；植物栽植能够降低风速，促进空气颗粒物沉降，减少空气颗粒物污染；植物防风林带能够改变风场，减少空气颗粒物对于交通及其设施的影响。

四、隧道洞口植物配置设计目标

（一）工程与交通安全

工程安全的目标涉及隧道工程设施工程结构稳定、交通通行安全两大方面。植物配置设计必须采取科学的、合理的以及有针对性方案，增强结构安全，防护和消除灾害隐患，提前隧道预警信息，缓解和消除视觉反差问题，促进高速公路安全顺畅通过[13]。

（二）景观与生态良好

隧道洞口植物配置设计应服务于塑造良好的景观效果，以缓解交通通行的紧张感，提升视觉与心理的适应性；同时也应该树立低限度影响的原则，服务于修复洞口周边的生态环境，减少隧道施工、设施建设、交通通行等造成的生态影响。

五、隧道洞口植物配置设计原则

（一）安全性原则

隧道洞口植物配置设计首先应该满足工程结构安全、交通安全的原则。尤其在陕北黄土地区，尤其应充分评估植物栽植对于工程设施设计、建设及其维护等方面的影响[14]。

（二）乡土化原则

植物配置应优先采用本土植物，能最大限度保证植物成活、生长及护坡的功能的发挥，同时也有利于降低管理维护成本，有利于形成协调的环境景观效果[15]。

（三）生态化原则

植物配置设计应立足于系统的生态观念，综合小型地方化植物群落的组织设计，最大限度降低工程设施对于生态环境的影响，有利于低成本运营维护与景观环境的可持续发展[16]。

六、隧道洞口植物配置设计方法

陕北黄土地区隧道洞口植物配置应根据地区地质特征与气候特点，强调以乡土植物为主，谨慎使用外来植物，但不排斥已经适应当地环境的植物品种。在具体设计上应合理搭配“乔、灌、草”，优化植物混配组合模式，使裸露边坡快速覆绿，达到稳固边坡、防止雨水侵蚀的目的，在最大程度上与周围环境相融合、相协调，达到隧道洞口周围环境四季常绿的景观效果[17]。

端墙式隧道洞口是陕北黄土地区常见的类型，端墙式隧道洞口一共有四个组成部分——洞口边坡、洞口前部、端墙前部和中央隔离带。结合端墙式隧道洞口这几个部位展开具体的植物配置设计。

（一）洞口边坡植物造景

从边坡的防护功能、美化效果和绿化管护难易程度考虑，应体现多年生宿根草坪或地被植物为主的铺植或栽植原则[18]。从边坡的防护功能、美化效果和绿化管护难易程度考虑，应体现多年生宿根草坪或地被植物为主的铺植或栽植原则。

边坡绿化植物栽植必须以保证坡体稳定性为前提，边坡坡面不宜栽植高大树木，以避免加重边坡负荷，造成坡体不稳；并且注意边坡顶部原生植物的保护、保留及绿化植物的配置能与周围环境相融合[19]。绿化模式以自然式组团为主，植物品种尽量选用和背景林协调，并且开展有针对性的边坡植被恢复设计。边坡植被突出以灌木为主，陕北地区建议采用四季桂和柏木等的结合，柏木的根系发达，抗尘效果和隔音效果都非常好，与周边环境协调性好，景观上不显突兀。

具体的植物配置方案建议采用四季桂+柏木+紫穗槐的组合，既可以兼顾草本植物短期植被护坡的需求，又能兼顾灌木长期护坡的需求，避免灌木种类被草本植物挤压生长空间而被淘汰。

（二）洞口前部植物造景

在洞口前部的植物造景中，综合考虑周边山体、植被、洞门装饰情况，建议多采用自然式绿化，达到景观融合的效果，营造出舒适的交通环境。绿化上将洞间和前区作为整体，注重洞门前方的绿化层次设计，注重安全引导作用的体现。

洞口前部植物选用在色彩变化上应突出由浅至深的引导过程。洞口上端植物应突出金叶女贞类灌木的选用，可以胡枝子+紫穗槐+迎春的组合形式体现；洞口下端植物配置选择槐树+紫薇+野菊花间隔种植的方式，能够保证能够正常出苗并成坪的前提下，既兼顾其越夏能力，又可兼顾其冬季的枯黄期对边坡景观效果的影响。

（三）端墙前部植物造景

洞口端墙的景观效果，直接影响到驾驶员的视觉感官，所以在端墙前部垂直绿化为主的景观上应体现“化硬为软”的设计手法。具体做法上建议在坡脚栽植攀援性植物，在坡顶栽植垂吊性植物，以遮蔽砌体表面，避免生硬、呆板的视觉效果。端墙部位的植物造景，也可以通过增加植物的多样性，合理分配绿化带来的视觉差异，减少驾驶员的视线停留时间。

植物选择上建议突出构树类等抗污能力较强的乔木栽植，植物配置建议采用构树+小冠花+高羊茅间隔种植的方式。此类乡土灌木和小乔木并结合草本类植物的混交群落，有利于兼顾短期和长期的生态护坡需求，促进构建群落结构层次和生物多样性的形成，营建与周围环境更相容的群落结构。

（四）中央隔离带植物造景

出于安全考量，高速公路中央分隔带绿化的主要目标是遮光防眩、诱导视线和改善景观。由于此部位植物生长、维护条件受限，为保证植物的成活、生长，植物选择上应强调极强的耐贫瘠性、抗旱性及抗尾气污染的能力。基于高速公路中央分隔带土层薄、立地条件差、防止炫光等特点与要求，应选择抗逆性强、耐修剪、常绿的树种；基于美化路容和改善小气候的角度，建议以铺设草坪和地被植物为主，使地表得以有效覆盖，防止土层污染路面，并兼有保湿效果。

建议植物种类不宜太多，基于耐热耐旱、存活率极高、生命力顽强的特点，应突出金叶女贞为主的配置。在具体的植物配置方案上，建议采用金叶女贞+麦冬的组合，有利于植物成活和生长保障，能够减少尾气污染，同时便于中央隔离带植物的后期养护。