来源:经济日报微信公众号 发布时间:2017/12/3 16:23:33
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我国在青藏高原干成了件大事,又一个世界首创

 

8月1日,世界首条高海拔高寒多年冻土区高速公路、我国首条穿越青藏高原多年冻土区高速公路——青海省共和至玉树高速公路正式通车运营。通车后,从青海省会西宁市到玉树市的行程将由昔日的12小时左右缩短至8小时。

共玉高速公路被称为高海拔、高寒、高速“三高”公路。该公路由中交第一公路勘察设计研究院有限公司(简称中交一公院)负责项目全线的总体设计并承担科研攻关任务,建设者们克服了极为恶劣的自然环境,攻坚克难,自主创新,创下了多项公路建设史上的纪录。

“量身定制”新工艺

面对共玉高速公路需要穿越多年冻土区的现实情况,科研人员消化吸收多年冻土研究成果,反复试验,创新技术手段,攻克了冻土消融这一世界性技术难题

共玉高速公路是《国家公路网规划》(2013年至2030年)中,国家高速G0613西宁至丽江公路在青海境内的重要路段,也是通往玉树地区的“生命线”公路通道。公路全长634.8公里,平均海拔4100米以上,其中穿越多年冻土区里程达227公里,占路线总长的36%。

多年冻土是指在天然条件下,冻结状态持续3年或3年以上的土体,主要分布在高纬度或高海拔寒冷地区。虽然我国已经对冻土公路进行了50多年的研究和观测,但现有成果主要针对二级及以下等级公路和青藏铁路,并无应用于高速公路的直接经验。

在多年冻土区进行路基、隧道、桥涵施工,不可避免地会引发冻土消融,在全国乃至世界都没有解决这个问题的技术先例,这是共玉高速公路建设中必须解决的世界性技术难题。

建设者调研发现,共玉高速公路沿线具有多年冻土区情况复杂、高温高含冰量路段占比大、热稳定性差等特点,导致在其基础上建设的道路结构尺度比一般等级公路和铁路大3至5倍。为此,技术人员要着力解决“宽”“厚”“黑”的问题。

所谓“宽”,就是高速公路路基宽度大带来的大尺度聚热效应;“厚”,就是高速公路路面结构厚带来的厚层承重路面结构储热效应;“黑”,就是黑色沥青路面带来的强吸热效应。

“在这3大问题叠加环境下,很容易造成冻土区公路工程路基不稳定。”“共和至玉树高速公路建设关键技术”项目负责人、中交一公院党委书记汪双杰说。

面对这些难题,中交一公院科研人员迎难而上,积极投入技术攻关,充分调研以前公路整治工程中关于多年冻土处置试验段效果,并消化吸收多年冻土研究成果,通过持续监测、反复试验,为共玉高速公路“量身定制”新技术、新工艺。

“通风换气”——通过采用通风管路基、片(块)石路基,加快空气流动速度,带走热量;“隔离遮盖”——通过采用黑色防护网遮盖工艺和XPS隔热板路基,将外界热量进行物理阻隔,减少热量吸收;“热量传导”——通过采用温热棒路基等技术手段,将吸收的热量通过热棒传导出去……这一系列技术手段的创新运用,攻克了冻土消融这一世界性技术难题。

创新无处不在。在鄂拉山、姜路岭这两座我国首次自主设计建设的多年冻土区公路隧道施工中,建设者运用黑色防晒网替代钢架遮阳棚,节约资金1000万元;在“玉树第一隧”通天河隧道施工中,建设者采用垂直旋喷桩技术成功处理隧道粉砂层溜坍段,有效控制了隧道开挖变形,节约成本近200万元;对预制场、大桥、隧道等控制性工程进行远程视频监控管理等,将共玉高速公路的建设与管理提上了新的高度。

“青海省共和至玉树(结古)公路建设关键技术”项目成果经鉴定达到国际先进水平,获得2015年度“中国公路学会科学技术奖”特等奖。依托“青藏高原G214线干线公路升级改造科技示范工程”立项开展的“共和至玉树高速公路多年冻土路基工程关键技术研究”等5个科研项目研究,已通过鉴定验收,3项达到国际领先水平,2项达到国际先进水平。其中,“高海拔高寒地区高速公路建设技术”项目成果不仅是我国高海拔高寒地区高速公路建设技术的系统集成、创新与超越,体现了目前这一技术研究的前沿水平,也将为青藏高速公路建设提供成套技术支撑。

生态防护有妙招

通过运用草皮移植及管养结合的边坡防护等新技术,草甸植被得到有效保护,经济、社会效益十分显著,共玉高速公路因此被称为“草原上‘长’出来的公路”

共玉高速公路穿越“中华水塔”之称的三江源自然保护区,建设中必须实现“高原生态环境不受破坏、江河源水质不受污染、野生动物迁徙不受阻断、自然景观不受影响”的环保目标,对设计、建设理念和技术要求之高前所未有。

共玉高速公路沿线广泛分布高寒草甸植被,该植被类型经过长期生长演替形成稳定的自然群落,建设过程中不可避免对既有植被产生破坏。因此,建设者必须面对如何恢复和保护公路路域及影响区内草甸植被与生态环境的问题,最大限度减少破坏,实现工程建设与环境和谐发展。

建设伊始,共玉高速公路建设者就组织编写了《环境保护施工标准化指南》。根据这一标准化指南,施工营地被选择在没有植被或植被稀少的地方,全线270公里适合草皮移植的路段全部进行草皮的养生移植,而对于沿线土地沙化严重、无法移植草皮的地段,路基平整完成后,则全部利用三维网固土补种技术,并根据当地的地质条件和气候条件实施人工种草。

中交一公院通过综合调研、试验段试验和示范工程示范等一系列手段,结合青藏高原人工建植被的经验教训,创造性地提出了“无痕化”施工理念,采用草皮移植养生、复植以及人工补种等多种措施恢复施工沿线植被。同时,全面创新实施了生态防护技术,将青藏高原宝贵资源草皮充分利用,以草皮移植及管养结合的边坡防护新技术用于边坡植被恢复。

“以草皮移植边坡防护替代原设计窗孔式、菱形骨架防护,完成1000余万平方米,节约工程建设投资7亿元以上。”汪双杰告诉记者。

草皮边坡不仅保护了生态环境和冻土,提高施工效率达5倍以上,并且自然生长的草皮边坡基本不需要后期的养护,草皮生长时间越长,边坡越稳固,维护成本越低。这一生态防护技术的广泛应用,是共玉高速公路的“绿色亮点”,沿线群众因此称赞共玉高速公路为“草原上‘长’出来的公路”。

汪双杰介绍,中交一公院在创新三江源区高寒脆弱生态路基修筑无痕化施工技术过程中,还提出了适用于高寒地区植被恢复建设的植生袋技术,明确了最佳植物配比、腐殖土、保水剂、复合肥和专用肥用量比例,实现边坡绿化防护同步、同期,为生态保护提供了科学依据。

在不断探索中,共玉高速公路形成以“路基清表草皮移植技术”“高海拔高寒地区植草技术”“公路路基高边坡草皮生态防护技术”为主要内容的高海拔高寒地区公路建设生态防护综合体系。其中,“公路路基高边坡草皮生态防护技术”获得青海省职工科技创新成果一等奖。

通过投入巨额环保资金,积极采用新技术、新工艺,以及科学规划和认真落实草皮移植、人工种草、湿地保护和动物生存环境保护等各项生态环境保护措施,共玉高速公路沿线的冻土、植被、湿地均得到有效保护。

据统计,共玉高速公路每公里环保投资超过40万元,全线环保总投入达到3亿元,占工程总投资的近3%。生态防护工程的全面实施,将高寒高海拔地区混凝土圬工防护面临的冻融破坏的耐久性问题彻底解决,经济、社会效益十分显著。

 
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