山西朔神高速公路科技創(chuàng)新體系建設(shè)實(shí)踐分析

王曉慧,申鐵軍

（1.山西路橋集團(tuán)試驗(yàn)檢測(cè)中心有限公司,山西 太原 030006; 2. 山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司,山西 太原 030006)

0 引言

呼北國(guó)家高速公路山西省神池縣至朔城區(qū)段作為山西省2022年重點(diǎn)工程，依托山西交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，聯(lián)合山西省內(nèi)外高校和高新科技企業(yè)，不斷突破技術(shù)難題，取得一系列科技新成果，參與研發(fā)的《重交通高韌超黏薄層瀝青復(fù)合路面技術(shù)》《瀝青路面高效就地?zé)嵩偕夹g(shù)》榮獲2022年山西省科技進(jìn)步獎(jiǎng)[1-2]。呼北國(guó)家高速公路山西省神池縣至朔城區(qū)段充分發(fā)揮科技帶頭作用，致力低碳環(huán)保材料的前沿技術(shù)研究，扛起了開路先鋒使命，打造了綠色交通典范[3]。研發(fā)成果科技含量高，質(zhì)量?jī)?yōu)，綜合造價(jià)低于常規(guī)材料，具有前瞻性，科技成果創(chuàng)新十分顯著，實(shí)踐意義和引領(lǐng)作用重大，可落地性很強(qiáng)，應(yīng)加快落實(shí)和推廣應(yīng)用[4]。

1 山西朔神高速公路科技創(chuàng)新體系

山西省2022年重點(diǎn)工程呼北國(guó)家高速公路神池縣至朔城區(qū)段的科技創(chuàng)新體系構(gòu)成如下：

1.1 突出交通科技理論創(chuàng)新，不斷提升低碳環(huán)保新理念

深入貫徹“開放、創(chuàng)新、綠色、共享、協(xié)調(diào)”的發(fā)展理念，按照路面結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)業(yè)化、養(yǎng)護(hù)材料環(huán)?；p量化的發(fā)展方向，結(jié)合山西省重大交通運(yùn)輸工程行業(yè)治理、安全監(jiān)管、建設(shè)養(yǎng)護(hù)、綠色發(fā)展等方面，不斷地研發(fā)路用新材料系列產(chǎn)品，滿足更高質(zhì)量、更加綠色、更可持續(xù)的山西交通運(yùn)輸發(fā)展的新要求。

1.2 突出交通科技目標(biāo)引領(lǐng)，推進(jìn)產(chǎn)、學(xué)、研、用協(xié)同發(fā)展

按照山西省交通行業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，完善市場(chǎng)為導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同推進(jìn)的產(chǎn)業(yè)開發(fā)與理論創(chuàng)新體系，打造山西省交通路用的新材料的科技創(chuàng)新高地。采用基礎(chǔ)理論研究、工藝與裝備優(yōu)化、產(chǎn)業(yè)化工程技術(shù)示范全鏈條集成攻關(guān)，研究煤化工殘?jiān)旨?jí)梯級(jí)路面工程高價(jià)值利用?；跒r青流變性能，利用物理—化學(xué)方法研究煤化工殘?jiān)鼜?fù)合改性石油瀝青，研制溫度敏感性低、耐老化及耐疲勞性能強(qiáng)的改性瀝青；針對(duì)煤化工殘?jiān)卣鲗傩裕邪l(fā)煤化工殘?jiān)男允蜑r青制備工藝與裝備優(yōu)化；考慮減少天然礦料的破壞及使用，研究高摻量煤化工殘?jiān)旌狭衔锢砹W(xué)特性，形成煤化工殘?jiān)鰪?qiáng)瀝青混合料技術(shù)；深化煤液化殘?jiān)男允蜑r青與集料性能研究，建立煤液化殘?jiān)男允蜑r青養(yǎng)護(hù)磨耗層提升技術(shù)體系。

1.3 突出交通科技技術(shù)支撐，促進(jìn)交通科技成果落地應(yīng)用

按照“實(shí)用、實(shí)際、實(shí)效”的原則和逐步鋪開、示范引領(lǐng)的思路，投入一大批技術(shù)骨干力量、資金，推動(dòng)實(shí)施了一批帶動(dòng)能力強(qiáng)、示范效應(yīng)好的重點(diǎn)項(xiàng)目。新研發(fā)的系列低碳環(huán)保類的科技成果處于國(guó)內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先水平，不少新科研工藝已在重點(diǎn)特殊路段推廣應(yīng)用，效果非常顯著。

1.4 突出科技創(chuàng)新成果向生產(chǎn)力轉(zhuǎn)變，進(jìn)行科研的課題研究

征集以科技創(chuàng)新為主要內(nèi)容的研究課題，包含但不限于工程建設(shè)管理、招投標(biāo)管理、設(shè)計(jì)優(yōu)化、標(biāo)準(zhǔn)制定、材料、設(shè)備、工藝、改造、發(fā)明、技術(shù)提升等，分為提質(zhì)型、降本增效型、創(chuàng)新型。議題符合國(guó)家、行業(yè)政策導(dǎo)向、公路施工生產(chǎn)管理需求，具有實(shí)用轉(zhuǎn)化前景，并能突出經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。收集完成后由山西省神池縣至朔城區(qū)段高速公路總工辦按獎(jiǎng)項(xiàng)名額1∶3比例進(jìn)行篩選，然后由山西省神池縣至朔城區(qū)段高速公路專家委員會(huì)進(jìn)行綜合評(píng)選，挑選分?jǐn)?shù)最高者作為獎(jiǎng)勵(lì)對(duì)象。評(píng)選結(jié)果按照山西省神池縣至朔城區(qū)段高速公路相關(guān)議事流程進(jìn)行公示。將分階段、分批次進(jìn)行科研攻關(guān)，所有入圍議題提出人將作為項(xiàng)目主要參與人。征集各基層單位要延伸至項(xiàng)目一線技術(shù)、試驗(yàn)、機(jī)械操作等人員，內(nèi)容主要有：

（1）國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及存在問題簡(jiǎn)述、解決方法描述，包括現(xiàn)有公開研究課題或科研院校已有研究成果調(diào)查，問題處于何種工作環(huán)節(jié)中，主要作用或功能。

（2）經(jīng)濟(jì)或社會(huì)效益分析及預(yù)期目標(biāo)設(shè)定（主要與現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行對(duì)比）包括管理或技術(shù)工作原理描述，說明各條件之間邏輯關(guān)系，問題發(fā)生的規(guī)律及條件，需改進(jìn)的問題、參數(shù)、流程描述。

（3）實(shí)現(xiàn)的途徑或思路包括管理或技術(shù)思路描述、流程圖、預(yù)期達(dá)到的目的、能夠?qū)崿F(xiàn)提質(zhì)降本增效何種類型、定量進(jìn)行目標(biāo)設(shè)定；原有與改進(jìn)后模式下經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益分析，有定性分析，有人、材、機(jī)、排放廢物、問題發(fā)生率等方面有定量分析，投入產(chǎn)出比分析。

1.5 提升科技創(chuàng)新整體能力和質(zhì)量，助力品質(zhì)工程打造和效益提升

1.5.1 堅(jiān)持問題導(dǎo)向

重點(diǎn)解決帶有普遍性的質(zhì)量、安全、環(huán)保問題以及質(zhì)量不穩(wěn)定、安全保障不可靠、工效不高、成本過高等設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)、材料、設(shè)備、工藝、技術(shù)等方面的突出問題。

1.5.2 堅(jiān)持目標(biāo)導(dǎo)向

以國(guó)家、省部級(jí)政策要求及行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)為導(dǎo)向，豐富科技創(chuàng)新內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)提質(zhì)、降本、增效目的，填補(bǔ)行業(yè)技術(shù)空白。緊密結(jié)合業(yè)務(wù)范疇，實(shí)現(xiàn)技術(shù)、技能、工藝、標(biāo)準(zhǔn)、材料等新突破，為提升內(nèi)在核心競(jìng)爭(zhēng)力提供技術(shù)支撐。重點(diǎn)在綠色節(jié)能、固廢資源化利用、工業(yè)化建造、數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智慧交通、智能化應(yīng)用、與雙碳目標(biāo)融合等方面進(jìn)行思考實(shí)踐。

2 山西朔神高速公路科技創(chuàng)新體系的建設(shè)實(shí)踐

2.1 水平高壓旋噴樁超前支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

山西省神池縣至朔城區(qū)段高速公路全線施工難度最大的柴家墕隧道，被認(rèn)定為山西省圍巖條件最差的隧道。隧道圍巖地質(zhì)為濕陷性黃土，裂隙內(nèi)分布高液限黏土、全風(fēng)化泥灰?guī)r，極易產(chǎn)生坍塌[5-7]。隧道上方有一條寬達(dá)7.1 m的卵石蓄水層，洞頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)非常不穩(wěn)定，塌陷風(fēng)險(xiǎn)極高。水平高壓旋噴樁超前支護(hù)的工藝流程及柴家墕隧道施工的大致流程見圖1、圖2。施工項(xiàng)目部2021年將高壓水平旋噴樁的超前支護(hù)技術(shù)首次應(yīng)用在山西省神池縣至朔城區(qū)段高速公路上[7-9]。

圖1 水平高壓旋噴樁超前支護(hù)流程圖

圖2 柴家墕隧道施工流程圖

2.2 下穿明代長(zhǎng)城遺址地質(zhì)復(fù)雜隧道施工技術(shù)的應(yīng)用

由于項(xiàng)家溝隧道下穿明代長(zhǎng)城遺址，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是罕見的全Ⅴ級(jí)圍巖隧道，洞內(nèi)混雜黃土、富水卵石層、軟泥、泥巖、砂巖，見圖3、圖4、圖5。針對(duì)高填方?jīng)_擊碾壓、路基挖石方爆破作業(yè)等挑戰(zhàn)，為了盡量減少工程施工對(duì)環(huán)境帶來的影響，普遍采取減震措施，在路基石方開挖中采用挖掘機(jī)配合液壓靜態(tài)破碎錘施工的方式，最大程度降低了施工沖擊，也保證了工程質(zhì)量，完好保護(hù)了明代長(zhǎng)城遺址。

圖3 Ⅴ級(jí)圍巖淺埋段的開挖立面圖

圖4 Ⅴ級(jí)圍巖深埋段的開挖立面圖

圖5 Ⅴ級(jí)圍巖段緊急停車帶的開挖立面圖

2.3 玄武巖復(fù)合纖維材料防眩格柵和隔聲屏障，交安工程“新成員”

玄武巖復(fù)合纖維材料防眩格柵，采用玄武巖纖維與納米復(fù)合防腐涂料相結(jié)合，抗鹽腐性提高10倍以上，耐候性能符合國(guó)家規(guī)范要求，具有很好的耐久性；采用框架結(jié)構(gòu)和“日”字形截面設(shè)計(jì)，具備優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗風(fēng)性；材料密度僅為同類鋁合金產(chǎn)品的70%，防腐涂料可常溫噴涂，具有質(zhì)量輕、安裝快、維護(hù)便捷等優(yōu)點(diǎn)，價(jià)格遠(yuǎn)低于同類防眩產(chǎn)品。玄武巖纖維復(fù)合材料隔聲屏障可抵御-60～80 ℃的溫差，不變形、耐沖擊、耐腐蝕；由于屏體輕，安裝搬運(yùn)便利，價(jià)格與同類產(chǎn)品相當(dāng)，性價(jià)比明顯優(yōu)于鋁合金噴塑、輕質(zhì)混凝土隔聲屏障。

2.4 玄武巖纖維復(fù)合筋，不含鐵的“高強(qiáng)筋”

玄武巖纖維復(fù)合筋可替代鋼筋廣泛用于路面鋪裝層、橋面、橋梁護(hù)欄底座、高速收費(fèi)廣場(chǎng)、水電站混凝土底板和邊墻、地震臺(tái)建筑等工程中。玄武巖纖維復(fù)合筋可等強(qiáng)度與鋼筋代換，造價(jià)降低超過30%，良好的抗腐蝕性避免了鋼筋銹蝕引起的混凝土膨脹等問題，大大提高了混凝土的耐久性。

2.5 納米復(fù)合防腐材料，延長(zhǎng)公路護(hù)欄使用壽命

普通的公路鍍鋅或鍍鋅浸塑交安護(hù)欄在凍融、融雪鹽等因素的侵蝕下，一般6～7年就出現(xiàn)防腐層剝離、鋼材基體銹蝕等病害。而納米復(fù)合防腐涂料將石墨烯與增韌、耐鹽的多種材料復(fù)合，抗鹽腐性提高5倍，抗老化性能提高1.5倍，抗鹽凍性提高3倍，增強(qiáng)涂料的抗凍和防腐性能，提高護(hù)欄整體防腐性能，延長(zhǎng)護(hù)欄使用壽命；與鍍鋅護(hù)欄相比，納米復(fù)合防腐護(hù)欄生產(chǎn)耗能、環(huán)境污染顯著降低，使用更環(huán)保，而且與鍍鋅護(hù)欄相比具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，養(yǎng)護(hù)成本降低55%。

2.6 植物類環(huán)保道路融雪劑，既要用得好又要用得起

植物類環(huán)保融雪劑和氯鹽融雪劑相比具有優(yōu)良的融雪能力，融雪溫度由-20 ℃提高到-25 ℃，融雪能力提高11%，滿足不同低溫條件下融雪除雪要求；明顯提高環(huán)保性能，植物類環(huán)保融雪劑對(duì)鋼鐵腐蝕率下降22%，對(duì)混凝土腐蝕率下降41%以上，對(duì)植物污染率下降21%～39%，其中豐富的鉀、鎂等多種元素可對(duì)周邊土壤起到補(bǔ)肥作用；還有顯著的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，價(jià)格與普通融雪鹽基本相當(dāng)，遠(yuǎn)低于市場(chǎng)上的醋酸鉀類環(huán)保融雪劑。

3 結(jié)束語

綜上所述，山西省神池縣至朔城區(qū)段高速公路為山西省交通運(yùn)輸高質(zhì)量發(fā)展作出新貢獻(xiàn)。2020—2022三年間，科技示范成果得到更廣泛、更有效的應(yīng)用，促進(jìn)了路橋企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。