川藏梯度帶高速公路建設重大技術問題研究

段 鋆 李永林

(四川藏區(qū)高速公路有限責任公司，成都 610041)

0 引言

四川藏區(qū)地處川、藏、青、甘、滇五省（區(qū)）的結合區(qū)域，主要包括甘孜藏族自治州、阿壩藏族羌族自治州和涼山彝族自治州的木里藏族自治縣的“兩州一縣”，是中國第二大藏族聚居區(qū)。

四川藏區(qū)地形依次經過四川盆地、川西高山峽谷區(qū)、川西高山區(qū)、藏東南橫斷山區(qū)等地貌單元，海拔從500米快速爬升到4000多米，是盆地走向世界屋脊的“天梯”。該區(qū)域有藏、羌、回、彝、漢等多民族，既是藏漢人文社會融合交匯帶，又是革命老區(qū)，貧困地區(qū)、邊遠山區(qū)，且生態(tài)環(huán)境、人文旅游、資源稟賦豐富多彩、得天獨厚。與此同時，自然災害層出不窮。

橫穿四川藏區(qū)西進的高速公路主要有南線和北線兩條主通道。目前，已開工建設的川藏高速公路有雅安至康定、汶川至馬爾康等高速公路，四川藏區(qū)的高速公路建設任務還十分繁重。

川藏高速公路的建設對深入貫徹落實國家新一輪西部大開發(fā)戰(zhàn)略、“一帶一路”倡議，完善高速公路網，推進區(qū)域協(xié)調發(fā)展，促進藏區(qū)長治久安，助力藏區(qū)快速發(fā)展、脫貧奔康以及漢藏文化融合具有十分重要的意義。

1 面臨的重大技術問題

川藏梯度帶高速公路面臨“五個極其”的建設條件：（1）地形極其復雜，項目穿越狹窄河谷和高大山體，地形陡峭，起伏巨大，地貌類型復雜多樣，橫斷山脈的嶺谷高差一般在1000-2000米，甚至高達5000米以上，多為典型的“V字型”深大峽谷。（2）地質極其復雜，項目穿越“Y”字型構造體系斷裂帶，緊鄰 “5·12”汶川震中，地震烈度高，沿線巖體破碎，滑坡、泥石流、崩塌等地質災害多。（3）氣候極其惡劣，項目穿越不同氣候垂直分布帶，高海拔路段的雨、雪、冰、霧、風等惡劣氣候影響時間長，最低溫度達-30℃。（4）建設極其困難，項目橋隧工程多，技術難度極高，雅康、汶馬高速橋隧比分別達 82%和 86.5%，同時地區(qū)晝夜溫差大，施工機械效率低。（5）生態(tài)環(huán)境極其脆弱，項目緊鄰風景名勝區(qū)、大熊貓棲息地等自然保護區(qū)，工程建設過程中帶來的棄渣、植被破壞等對環(huán)境影響大。

由此面臨多災頻發(fā)、營運安全、環(huán)保節(jié)能和重大工程四個方面的重大技術難題與挑戰(zhàn)。

1.1 多災頻發(fā)

（1）地震災害。場址地震烈度高，受區(qū)域內鮮水河、安寧河和龍門山斷裂構成的“Y”字型構造的影響十分嚴重，尤其是鮮水河潛在強震區(qū)和發(fā)震的龍門山斷裂帶，對結構物防震抗震設計提出了更高要求。近年來，該區(qū)域發(fā)生了汶川地震、蘆山地震、康定地震等，地震滯后效應帶來的危害逐漸顯現(xiàn)，區(qū)域防災減災工作更加嚴峻。

（2）地質災害。沿線地質災害是我國災害分布最集中、活動最頻繁、爆發(fā)規(guī)模最大、危害亦很嚴重的重點災害區(qū)域，素有“災害博物館”之稱。如，“7.27”雅康高速大仁煙特大橋線外高位滑坡、汶馬高速通化鄉(xiāng)高位滑坡、“6.24”茂縣疊溪高位滑坡等。

（3）氣象災害。穿越不同的氣候垂直分布帶，表現(xiàn)出不同的氣候特點，雅安至天全段降雨豐富，年降雨量在1000～1750毫米；瀘定大渡河大橋橋址區(qū)基本風速高達27米/秒，相當于10級大風，瞬間可達12級，而且風場紊亂；汶馬高速古爾溝至鷓鴣山路段存在冰、雪、雨、霧同時出現(xiàn)的不利天氣情況。

（4）多災疊加。在梯度帶內高速公路沿線地質災害、地震災害、氣象災害同時出現(xiàn)，其疊加影響極為突出，危害十分巨大。

1.2 營運安全

（1）長大縱坡對道路使用者帶來的風險。由于梯形帶內地貌單元跨度大，路線在較短的距離內，從低海拔盆地迅速抬升至高海拔地區(qū)，長大縱坡問題十分突出。如，雅康高速瀘定至康定段線路長度約40公里，高差達1200米，平均坡度已達到2.4%。順接的康定至新都橋高速公路，在康定至折多山段近60公里是連續(xù)縱坡。兩段加起來長度近100公里，平均縱坡達到2.38%，而且隧道成群，部分路段隧道比達到94%，營運安全問題十分嚴峻。

（2）潛在災害對道路構筑物安全的風險。多次地震帶來的滯后效應逐步顯現(xiàn)，區(qū)域內潛在的多種災害發(fā)生的風險不斷增大，特別是多災疊加發(fā)生時將可能帶來通道的阻斷和生命財產的危害。

（3）應急救援受單一通道對效率的制約。走廊的唯一，形成單一的救援通道，也為營運安全提出了考驗。

1.3 環(huán)保節(jié)能

川藏梯度帶高速公路沿線環(huán)境敏感點多，工程棄渣量較大，植被破壞較大，工程建設的環(huán)境保護、水土保持的工作任務異常艱巨。項目隧道比例高，營運用電量大，運維成本高，而近期交通量卻不大。如何有效運用新理念、新技術、新設備，減少浪費、降低成本，建設綠色經濟、節(jié)能環(huán)保的公路勢在必行。

1.4 重大工程

重大工程的建設營運安全也是一項重大挑戰(zhàn)。如，雅康高速瀘定大渡河大橋地處“Y”字形構造活動交匯帶，地震烈度高達8度。邊坡陡峭，高度超過100米。峽谷風場紊亂，風環(huán)境復雜，瞬間風速可超過每秒32.6米，相當于12級臺風；雅康高速二郎山隧道最大埋深達1500米，穿越13條斷層，瓦斯、涌水、巖曝，災害突出；瀘康段大規(guī)模隧道群具有連續(xù)長大下坡、應急救援、棄渣運輸?shù)燃夹g問題；汶馬高速鷓鴣山特長隧道、獅子坪特長隧道等重大工程同樣面臨著諸如大變形、瓦斯一系列技術難題。

2 主要舉措

面對上述四個方面的挑戰(zhàn)，主要采取了抓好前期工作、開展技術難題攻關和做好現(xiàn)代工程管理三項舉措。

2.1 抓好前期工作

（1）設計方案研究是基礎。采用包括地質選線、氣象選線避災選線在內的方法進行路線選擇，對繞避躲避災害頻發(fā)點以及災害隱患區(qū)域十分重要。將設計工作劃分為準備階段、設計階段兩個階段，著重把好方案研究、外業(yè)優(yōu)化、內業(yè)設計三個環(huán)節(jié)，進行專項監(jiān)理、專業(yè)評估、專家評審，達到科學決策。

（2）設計方法創(chuàng)新是關鍵。針對項目的實際情況，創(chuàng)新設計互通綜合體、管理機構與服務設施綜合體，推廣應用包括交通安全風險智能預防誘導系統(tǒng)在內的諸多新技術。全面貫徹落實智慧交通設計理念。按照交通物聯(lián)網、數(shù)據中心、高速云平臺三個層次開展建設，構建以高速公路路維、監(jiān)控、救援一體化的智慧交通大數(shù)據云平臺系統(tǒng)。

（3）科研規(guī)劃是支撐。主要的目的有兩個：解決工程問題，轉化科研成果。形成了“一個目標（安全暢通）、兩個出發(fā)點（基礎設施和營運安全）、三個層次（專題研究、成果應用、研究試驗）、四個方面（防災減災、安全暢通、經濟節(jié)能及重大工程）”的規(guī)劃成果。

2.2 開展技術難題攻關

（1）在防災減災方面，開展了高原梯度帶潛在斜坡地質災害評估、重大地質災害監(jiān)測預警及應用示范、大規(guī)模隧道群全壽命周期結構智能預警系統(tǒng)、深切峽谷河流區(qū)高速公路橋墩沖刷影響因素分析及防治等方面的研究，形成了“1+4”的防災減災機制（開展 1次再評估，整治一批已經發(fā)現(xiàn)的，排查一批潛在的，監(jiān)測一批有隱患的，上報一批線外的）。針對冰凍積雪路段運營安全問題，采用了減少積雪與長坡疊加，主動措施和管理手段結合；降低越嶺標高，縮短長坡與積雪路段長度；隧道繞避；陽坡布線；提高路側護欄的防撞等級等技術手段。

（2）在營運安全方面，開展了梯度帶高橋隧比超長縱坡行車安全保障技術、波形護欄撞擊智能報警、長大隧道風險智能預防系統(tǒng)、重大交通基礎設施安全保障技術典型應用示范等方面的研究，建立智慧交通及云服務綜合平臺（圖1），為營運安全保駕護航。

圖1 營運管理養(yǎng)護系統(tǒng)

（3）在環(huán)保節(jié)能方面，開展了藏區(qū)高速公路水能資源開發(fā)利用、綜合利用清潔能源建設自發(fā)電智能電網、二郎山隧道利用氣壓差通風節(jié)能、隧道照明綜合節(jié)能技術等方面的研究。針對環(huán)境敏感區(qū)的棄渣問題，充分利用隧道出渣加寬路基寬度，結合觀景臺、停車區(qū)進行棄渣消化；利用支溝綜合改溝、造地、棄渣。

（4）在重大工程方面，針對大渡河大橋、二郎山隧道、鷓鴣山隧道、獅子坪隧道、跑馬山隧道群等重大工程，圍繞抗風抗震、特殊地基、高陡坡岸、高地應力巖爆及大變形、突水突泥、地質預報、獨頭掘進、低溫防凍、通風節(jié)能、敏感區(qū)域水環(huán)境保護等多個方面開展了研究。

2.3 做好現(xiàn)代工程管理

管理手段是建好川藏梯度帶高速公路的重要保障。按照交通運輸部關于現(xiàn)代工程管理的要求，積極探索項目業(yè)主代表處與總監(jiān)辦、監(jiān)理實驗室、設計代表合署辦公的管理模式，突出業(yè)主的領導決策、指揮協(xié)調作用。重點推進專業(yè)化施工，建立“專項監(jiān)控、專題會議、專項費用、專家咨詢”的四專機制，堅持“鋼筋集中加工、原材料集中分級堆放、砼集中拌和、砼梁板集中預制”的四個集中，加強過程控制，進行程序化交驗，推行標準工藝，采用先進技術，確保實現(xiàn)“工程出精品，隊伍出人才，科技出成果”的建設目標。

3 主要機制

在攻克川藏梯度帶高速公路四個方面重大技術問題的過程中，形成了聯(lián)合技術攻關和集成創(chuàng)新兩個比較好的機制。在聯(lián)合攻關方面，積極開展校企聯(lián)合，形成“產學研用”聯(lián)合攻關的模式。在集成創(chuàng)新方面，圍繞智慧交通進行集成創(chuàng)新，成功研發(fā)上線了“高速云平臺”（圖2），并依托該平臺，開展3D GIS+BIM研究。

圖2 運維階段人-車-路-結構-環(huán)境綜合管控平臺

4 結論

圍繞川藏梯度帶高速公路建設重大技術問題所開展的工作總結起來就是54321：五個極其、四大問題、三項舉措、兩個機制、一個目標。在此基礎上，應大力發(fā)展智慧交通和交通旅游，建設綠色公路，并為以后川藏走廊重大基礎設施建設提供技術積累和寶貴經驗。