高原凍土區(qū)建設(shè)高速路難在哪

8月1日，世界首條高海拔高寒多年凍土區(qū)高速公路、我國(guó)首條穿越青藏高原多年凍土區(qū)高速公路——青海省共和至玉樹(shù)高速公路正式通車(chē)運(yùn)營(yíng)。通車(chē)后，從青海省會(huì)西寧市到玉樹(shù)市的行程將由昔日的12小時(shí)左右縮短至8小時(shí)。

共玉高速公路被稱(chēng)為高海拔、高寒、高速“三高”公路。該公路由中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)中交一公院）負(fù)責(zé)項(xiàng)目全線(xiàn)的總體設(shè)計(jì)并承擔(dān)科研攻關(guān)任務(wù)，建設(shè)者們克服了極為惡劣的自然環(huán)境，攻堅(jiān)克難，自主創(chuàng)新，創(chuàng)下了多項(xiàng)公路建設(shè)史上的紀(jì)錄。

“量身定制”新工藝

共玉高速公路是《國(guó)家公路網(wǎng)規(guī)劃》（2013年～2030年）中，國(guó)家高速G0613西寧至麗江公路在青海境內(nèi)的重要路段，也是通往玉樹(shù)地區(qū)的“生命線(xiàn)”公路通道。公路全長(zhǎng)634.8公里，平均海拔4100米以上，其中穿越多年凍土區(qū)里程達(dá)227公里，占路線(xiàn)總長(zhǎng)的36%。

多年凍土是指在天然條件下，凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)3年或3年以上的土體，主要分布在高緯度或高海拔寒冷地區(qū)。雖然我國(guó)已經(jīng)對(duì)凍土公路進(jìn)行了50多年的研究和觀(guān)測(cè)，但現(xiàn)有成果主要針對(duì)二級(jí)及以下等級(jí)公路和青藏鐵路，并無(wú)應(yīng)用于高速公路的直接經(jīng)驗(yàn)。

在多年凍土區(qū)進(jìn)行路基、隧道、橋涵施工，不可避免地會(huì)引發(fā)凍土消融，在全國(guó)乃至世界都沒(méi)有解決這個(gè)問(wèn)題的技術(shù)先例，這是共玉高速公路建設(shè)中必須解決的世界性技術(shù)難題。

建設(shè)者調(diào)研發(fā)現(xiàn)，共玉高速公路沿線(xiàn)具有多年凍土區(qū)情況復(fù)雜、高溫高含冰量路段占比大、熱穩(wěn)定性差等特點(diǎn)，導(dǎo)致在其基礎(chǔ)上建設(shè)的道路結(jié)構(gòu)尺度比一般等級(jí)公路和鐵路大3～5倍。為此，技術(shù)人員要著力解決“寬”“厚”“黑”的問(wèn)題。

所謂“寬”，就是高速公路路基寬度大帶來(lái)的大尺度聚熱效應(yīng)；“厚”，就是高速公路路面結(jié)構(gòu)厚帶來(lái)的厚層承重路面結(jié)構(gòu)儲(chǔ)熱效應(yīng)；“黑”，就是黑色瀝青路面帶來(lái)的強(qiáng)吸熱效應(yīng)。

“在這三大問(wèn)題疊加環(huán)境下，很容易造成凍土區(qū)公路工程路基不穩(wěn)定?！薄肮埠椭劣駱?shù)高速公路建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、中交一公院黨委書(shū)記汪雙杰說(shuō)。

面對(duì)這些難題，中交一公院科研人員迎難而上，積極投入技術(shù)攻關(guān)，充分調(diào)研以前公路整治工程中關(guān)于多年凍土處置試驗(yàn)段效果，并消化吸收多年凍土研究成果，通過(guò)持續(xù)監(jiān)測(cè)、反復(fù)試驗(yàn)，為共玉高速公路“量身定制”新技術(shù)、新工藝。

“通風(fēng)換氣”——通過(guò)采用通風(fēng)管路基、片（塊）石路基，加快空氣流動(dòng)速度，帶走熱量；“隔離遮蓋”——通過(guò)采用黑色防護(hù)網(wǎng)遮蓋工藝和XPS隔熱板路基，將外界熱量進(jìn)行物理阻隔，減少熱量吸收；“熱量傳導(dǎo)”——通過(guò)采用溫?zé)岚袈坊燃夹g(shù)手段，將吸收的熱量通過(guò)熱棒傳導(dǎo)出去……這一系列技術(shù)手段的創(chuàng)新運(yùn)用，攻克了凍土消融這一世界性技術(shù)難題。

“青海省共和至玉樹(shù)（結(jié)古）公路建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目成果經(jīng)鑒定達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，獲得2015年度“中國(guó)公路學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)”特等獎(jiǎng)。依托“青藏高原G214線(xiàn)干線(xiàn)公路升級(jí)改造科技示范工程”立項(xiàng)開(kāi)展的“共和至玉樹(shù)高速公路多年凍土路基工程關(guān)鍵技術(shù)研究”等5個(gè)科研項(xiàng)目研究已通過(guò)鑒定驗(yàn)收，3項(xiàng)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，2項(xiàng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。其中，“高海拔高寒地區(qū)高速公路建設(shè)技術(shù)”項(xiàng)目成果不僅是我國(guó)高海拔高寒地區(qū)高速公路建設(shè)技術(shù)的系統(tǒng)集成、創(chuàng)新與超越，體現(xiàn)了目前這一技術(shù)研究的前沿水平，也將為青藏高速公路建設(shè)提供成套技術(shù)支撐。

生態(tài)防護(hù)有妙招

共玉高速公路穿越“中華水塔”之稱(chēng)的三江源自然保護(hù)區(qū)，建設(shè)中必須實(shí)現(xiàn)“高原生態(tài)環(huán)境不受破壞、江河源水質(zhì)不受污染、野生動(dòng)物遷徙不受阻斷、自然景觀(guān)不受影響”的環(huán)保目標(biāo)，對(duì)設(shè)計(jì)、建設(shè)理念和技術(shù)要求之高前所未有。

共玉高速公路沿線(xiàn)廣泛分布高寒草甸植被，該植被類(lèi)型經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期生長(zhǎng)演替形成穩(wěn)定的自然群落，建設(shè)過(guò)程中不可避免對(duì)既有植被產(chǎn)生破壞。因此，建設(shè)者必須面對(duì)如何恢復(fù)和保護(hù)公路路域及影響區(qū)內(nèi)草甸植被與生態(tài)環(huán)境的問(wèn)題，最大限度減少破壞，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)與環(huán)境和諧發(fā)展。

建設(shè)伊始，共玉高速公路建設(shè)者就組織編寫(xiě)了《環(huán)境保護(hù)施工標(biāo)準(zhǔn)化指南》。根據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)化指南，施工營(yíng)地被選擇在沒(méi)有植被或植被稀少的地方，全線(xiàn)270公里適合草皮移植的路段全部進(jìn)行草皮的養(yǎng)生移植，而對(duì)于沿線(xiàn)土地沙化嚴(yán)重、無(wú)法移植草皮的地段，路基平整完成后，則全部利用三維網(wǎng)固土補(bǔ)種技術(shù)，并根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件和氣候條件實(shí)施人工種草。

中交一公院通過(guò)綜合調(diào)研、試驗(yàn)段試驗(yàn)和示范工程示范等一系列手段，結(jié)合青藏高原人工建植被的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，創(chuàng)造性地提出了“無(wú)痕化”施工理念，采用草皮移植養(yǎng)生、復(fù)植以及人工補(bǔ)種等多種措施恢復(fù)施工沿線(xiàn)植被。同時(shí)，全面創(chuàng)新實(shí)施了生態(tài)防護(hù)技術(shù)，將青藏高原寶貴資源草皮充分利用，以草皮移植及管養(yǎng)結(jié)合的邊坡防護(hù)新技術(shù)用于邊坡植被恢復(fù)。

“以草皮移植邊坡防護(hù)替代原設(shè)計(jì)窗孔式、菱形骨架防護(hù)，完成1000余萬(wàn)平方米，節(jié)約工程建設(shè)投資7億元以上?！蓖綦p杰告訴筆者。

草皮邊坡不僅保護(hù)了生態(tài)環(huán)境和凍土，提高施工效率達(dá)5倍以上，并且自然生長(zhǎng)的草皮邊坡基本不需要后期的養(yǎng)護(hù)，草皮生長(zhǎng)時(shí)間越長(zhǎng)，邊坡越穩(wěn)固，維護(hù)成本越低。這一生態(tài)防護(hù)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，是共玉高速公路的“綠色亮點(diǎn)”，沿線(xiàn)群眾因此稱(chēng)贊共玉高速公路為“草原上‘長(zhǎng)’出來(lái)的公路”。