展雄风雪域筑天路 显神勇科技助攻坚

　　 ——青藏高原G214线干线公路升级改造科技示范工程建设纪实

　　公元2010年4月14日，青海玉树发生7.1级大地震。顷刻间，天崩地裂，高原重镇结古以及周边很多乡镇、村社和数不胜数的民宅遭到损毁。

　　一场轰轰烈烈的抗震救灾和灾后重建的伟大斗争随之展开。从中央到地方，亿万中华儿女感同身受，情牵玉树同胞，千里营救，万里驰援。

　　作为省会西宁通往玉树灾区的又一条陆路“生命线”，214线国道青海段成为“世界牵手玉树，玉树走向世界”的重要通道。

　　 提振灾区“生命线”

　　按照国务院《玉树地震灾后恢复重建总体规划》中关于“加快干线公路恢复重建，提高国省干线公路技术等级和抗灾能力，构建‘一纵一横两联’生命线公路通道，提高西宁至玉树公路建设等级和保障能力”的要求，青海省交通运输厅及时启动了共和至玉树高速公路建设工作。

　　共玉高速公路是青藏高原多年冻土区建设的首条高速公路，被称为高海拔、高寒、高速“三高”公路。路线起自海南藏族自治州共和县恰卜恰镇，接在建的京藏高速共和至茶卡公路，沿线经河卡、温泉、花石峡、玛多、巴颜喀拉山、查拉坪、清水河、珍秦、歇武，终点止于玉树县结古镇(新寨东)，路线全长635.61公里，批复概算270.24亿元。设计速度全线采用80公里/小时，局部地形困难路段采用60公里/小时设计指标，桥涵设计荷载公路-Ⅰ级。

　　作为我国第一条在青藏高原建设的冻土高速公路，共玉高速公路逾635公里建设里程一次性开工建设的规模在国内首屈一指，平均海拔4100米以上的高度位列世界第一，同时也是我省首个全面实施标准化施工管理的项目。

　　更值得一提的是，共玉高速公路还是《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，在我省境内与G214线西宁至澜沧公路走向一致，在国家公路网中占居重要地位。另外，共玉高速公路穿越省境内的海南、果洛、玉树3个藏族自治州，是连接青海、西藏、云南三省区的最便捷跨省通道。它的修建，对加快区域经济发展，促进社会稳定具有重要的战略意义，因此被列为青海省重点工程。

　　 挑战世界级难题

　　青藏高原上的路被传唱为“天路”，充满浪漫色彩。但是，在被称为“地球第三极”的世界屋脊上，在集“三江源”、“中华水塔”等美誉于一身的青海进行公路建设，条件之苦、难度之大、建设管理与技术要求也是世界级的。

　　建设共玉高速公路面临“五大”难点：一是技术含量及要求高：项目区气候及水文地质条件复杂，路线全线穿越冻土区，其中穿越多年冻土路段长达227.7公里，占路线总长的35.8%；桥梁和隧道长39.23公里，占路线总长的6.2%，其中鄂拉山和姜路岭隧道是我国首次设计建设的多年冻土区公路隧道。二是生态环境保护要求高：路线全线穿越三江源区，部分路线穿越三江源自然保护区的缓冲区，生态脆弱，环境保护、恢复难度大。三是项目建设难度大：沿线平均海拔4100米以上，高寒缺氧、气候寒冷，昼夜温差大，施工人员环境适应性较敏感，机械效率低，施工难度大。四是项目建设规模大：全线635公里一次开工建设，区域跨度大，涉及两州五县、农业区牧业区，特点各异、复杂。

　　尽管我国几代交通科技工作者已经在过去50多年中取得了较多冻土区公路建设的研究成果，但这些成果大多应用在二级及以下等级公路和青藏铁路，且共玉高速公路所处的冻土成分相比青藏公路更为复杂，也更为敏感。其中的鄂拉山隧道和姜路岭隧道是我国首次建设的多年冻土区公路隧道，此前没有任何经验可循。

　　与此同时，共玉高速公路全线穿越三江源地区，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。另外，部分路段处于高寒、缺氧的“生命禁区”，建设过程中面临施工人员身体难以适应气候、机械效率低下等困难，都需要从路基、路面、桥涵、隧道建设到交通安全保障、生态环境保护、生命安全等方面，开展必要的关键技术攻关和集成创新研究、推广应用成熟先进的科技成果，并为高原多年冻土地区其他类似工程项目提供借鉴参考。

　　面对难题，如何破解？唯有创新！在交通运输部的大力支持下，省交通运输厅于2013年7月启动实施了“青藏高原G214线干线公路升级改造科技示范工程”，由时任厅长韩建华担纲，首次大规模在青藏高原多年冻土区开展高速公路建设技术、交通安全保障技术、绿色生态环保技术等示范应用和集成创新，探索已有公路建设技术在高原、高寒、高烈度区域的转化应用方式，并进一步针对青藏高原高速公路工程建设中的重大关键性技术开展联合攻关。

　　 攻坚“三高”起风雷

　　为建设好青藏高原高海拔高寒地区的首条高速公路，省交通运输厅根据项目实际，从全交通系统抽调人员成立青海省共和至玉树公路建设指挥部(以下简称共玉指挥部)，专项负责共玉公路建设管理工作。

　　2011年2月14日，共玉指挥部正式成立。5月9日，工程正式拉开战幕。根据该项目建设实际，工程按照采用大标段及构件集中工厂化预制等施工标准化的要求，通过全国范围内公开招标，参与主体工程施工和监理单位41家，加上后期机电、交安、房建等，参与共玉公路参建单位达100家。

　　在建设管理工作中，共玉指挥部全面实施标准化管理，强化“全寿命周期成本”理念宣传，创新提出“让各参建单位保质保量干好活，合理合法挣到钱也是管理目标之一，不是浪费就节约”的“大成本”管理理念，以管理降成本，向管理要效益。从而改变了传统项目管理中业主与施工单位“斗智斗勇”的管理被动局面，充分调动和发挥了各参建单位的积极性、创造性和责任意识。

　　与此同时，共玉指挥部以设立“技术进步与创新奖”为轴心，鼓励和激发全体参建人员的积极性和创造性，在全员参与技术攻关、全面创新的驱动下诞生了许多“首次”——首次在我省高等级公路建设中对预制场、大桥、隧道等重难点、隐蔽部位采用远程视频监控系统进行监控管理；首次使用网上银行监督的形式对施工、监理单位的建设资金进行监控；首次集成采集分析重难点工程相关数据(如多年冻土路段原地貌、多年冻土类型、处理方案、材料、处理工艺、检测数据、效果和隧道围岩条件、支护方案、工艺控制、检测数据、效果)为今后工程运营管理建立数据库奠定基础；首次在姜路岭隧道多年冻土浅埋段采用全自动远程数据采集系统进行监控热棒处理效果；首次采用钢筋加工数控设备、智能张拉设备；首次开通单向9座隧道施工人员进出隧道管理系统等。

　　通过以上管理理念创新、先进科技手段推进以及日常精细化管理措施的落实，共玉指挥部共节约建设成本近5亿元。在平均海拔4100米以上严峻的施工环境考验和建设难度下，5年多来安全生产保持了零伤亡，环保工程成为高海拔高寒地区示范工程，取得了显著的经济、社会、环保效益。

　　 科技创新结硕果

　　科技创新是公路建设持续深入开展的动力源泉。

　　依托“青藏高原G214线干线公路升级改造科技示范工程”，省交通运输厅整合资源，集中攻坚，先后投入6700万元，围绕公路建设综合技术、交通安全保障技术、绿色交通建设等关键技术，着重在推广示范应用、科技攻关与集成创新上寻求突破和发展，形成了较为完善的技术攻关和科技创新工作体系。

　　——加强技术攻关，确保关键技术实现突破。为了实现高原高寒多年冻土区公路建设技术创新，为青藏高原干线公路升级改造和京藏高速(G6)格尔木至拉萨段公路建设提供技术储备，广大交通建设者发扬“缺氧不缺精神、海拔高标准更高”的作风，完成了《国道214沿线多年冻土环境现状及变化趋势》、《共和至玉树(结古)高速公路多年冻土路基工程关键技术研究》、《高寒地区高速公路路面结构设计与施工控制技术研究》等16个课题的技术攻关。

　　——加强科技攻关，为“四个交通”提供技术支撑。围绕解决青藏高原高等级公路分离式路基改扩建相关技术难题，开展了《多年冻土地区公路修筑成套技术研究》、《多年冻土地区公路生态环境保护与评价技术》、《温拌沥青技术在寒区公路建设中的推广应用》、《高原高寒地区公路雪害应急保障技术研究》等7项应用技术项目，为行业安全发展、绿色发展提供典型案例，也为提高公路通行能力、改善服务水平及建设生态文明提供政策理论，为我省建设“四个交通”提供了技术支撑。

　　——加强成果转化应用，为交通科技成果转化提供示范。在成果转化应用中，省交通运输厅始终紧扣推广应用和集成创新这两个关键，积极探索交通科技集成创新和成果转化的有效方式，注重成果转化的示范作用，使成果转化工作取得明显效果。截至目前，经青海省质量技术监督局批准，共发布《多年冻土区隔热层路基技术规范》、《多年冻土区块石路基技术规范》等7项地方标准；编写了《高海拔高寒地区公路生态防护技术指南》和《高海拔高寒地区冻土公路隧道设计施工技术指南》；完成了《多年冻土区片块石路基施工工法》等4部施工工法。这些地方标准、指南和工法的编写和发布为我省交通科技成果转化应用提供了示范和借鉴。

　　——加强创新驱动，积极开展示范带动作用。依托共玉高速公路改扩建工程，首次在施工中对便道编制专项环保方案，首次对弃土场进行详细设计，首次对沿线生物活动通道制定生物多样性保护计划，先后开发使用了5类18项生态保护技术，全面实施了边坡植被恢复，切实做好了保护水源涵养、水土保持、动植物多样性维持等方面工作。

　　截至目前，共玉高速公路已形成15项具有很强实践指导意义和推广价值的技术进步与创新成果，如于2015年底通过专家鉴定验收的《共和至玉树(结古)高速公路多年冻土路基工程关键技术研究》5个科研项目，其中3项达到国际领先水平，2项达到国际先进水平；向国家知识产权局共申报13项专利，其中9项发明专利，4项实用新型专利；出版了专著《多年冻土地区特殊路基工程措施应用技术》，撰写学术论文70余篇，其中在国内外权威学术期刊发表41篇。

　　 采用喷射混凝土+两次模筑混凝土隧道施工

　　海拔近4300米的鄂拉山隧道和姜路岭隧道，既是多年冻土隧道，也是高寒隧道，面临既要降温减少多年冻土融化、又要保温防止高寒隧道冻融破坏的双重难题。

　　设计中，两条隧道从内到外均采用了喷射混凝土+两次模筑混凝土的三层结构，并在喷射混凝土与一次模筑之间设置隔热层，以减小模筑混凝土水化热对多年冻土的影响，在二次模筑靠近洞内表面设置保温层，以防止衬砌结构冻融破坏和运营中热量传入地层。同时，两次模筑混凝土也大大提高了衬砌整体强度和刚度，增强了多年冻土围岩在施工开挖消融回冻期间的支撑作用。此项技术获国家实用新型专利。

　　 隧洞开挖打破常规黑色吸热的思维模式

　　在鄂拉山、姜路岭两座多年冻土隧道洞口开挖中，采用简易黑色防护网解决隧道洞口边仰坡冻土融塌、突破多年冻土。

　　施工中，成功应用黑色防晒网有效隔断太阳辐射，减缓多年冻土吸热融化作用。经过网内、网外的温度监测对比，搭设单层防晒网后，网内温度平均降低6-8℃左右；搭设双层防晒网后，网内温度平均降低7-10℃，取得较好的安全效益、经济效益(与最初专家论证会确定的遮阳网方案相比，节约资金近千万元)、环保效益(较好地保护了多年冻土)和社会效益显著。其快速易行为今后类似工程探寻出成功经验。

　　 创新多年冻土段隧道防寒泄水洞设置理念

　　共玉公路全线共设置5处9座隧道，其中鄂拉山、姜路岭隧道(均为双线)穿越多年冻土区，原设计中进出口段主洞路面标高以下5.0米处分别设置1.8米高防寒泄水洞，防寒泄水洞总长3600米。

　　由于多年冻土区隧道开挖施工不可避免会在隧道周边产生一定范围的冻土消融圈。在充分考虑多年冻土的特性后，建设者们打破在主洞正下方设置防寒泄水洞的传统思路，创新提出洞口多年冻土段防寒泄水洞在左右洞之间合并设置的新理念，减少了施工过程中主洞和防寒泄水洞的相互影响，且防寒泄水洞的长度减少了一半，既保证了隧道的安全施工，又加快了施工工期，节约工程造价2000余万元。此项技术获国家实用新型专利。

　　 成功解决多年冻土段隧道进洞难题

　　鄂拉山隧道为特长隧道，左洞长4695米，右洞长4635米，海拨高程介于4295.3米-4305.5米。

　　由于多年冻土浅埋段地表富冰含水量大，且土体碎石、块石含量大，钻杆在钻孔过程中与孔壁冻土高速摩擦容易发生热传导，导致孔壁周圈冻土融化，发生孔内坍塌卡钻无法成孔，常规管棚施工难度极大、无法突破。

　　采用跟管工艺施工法，即采用钻机钻杆前端加装偏心钻，具扩孔同步带进钢管套的钻进技术，并依据导向钻头内置的定位传感器传出的角度信号，对钻进角度进行调节，使管棚按设计轨迹钻进。此创新技术有效解决了冻土融化导致的管棚塌孔问题，顺利实现进洞，具有较好的推广应用价值。

　 　采用热棒新技术加固稳定隧道浅埋段

　　为提高多年冻土隧道洞口浅埋段的稳定，在洞口浅埋段采用热棒新技术进行加固稳定处理。

　　根据近3年的监测情况来看，多年冻土地温降温在2℃以下，隧道洞口沉降持续观测结果，比较稳定，为隧道投入运营和保证运营安全奠定坚实基础。此项技术获国家发明专利。

　　 在热融湖塘路段创新采用石渣路基

　　通过技术经济比选，在热融湖塘段创新采用石渣路基。经4年多施工车辆行驶碾压情况来看，路基比较稳定，效果良好。此法并被交通运输部多年冻土野外观测基地采纳，基地试验观测段建设中增做石渣路基段，做进一步观测研究分析。

　　 采用振动喂料机成功“筛出”片块石

　　共玉高速公路在多年冻土路段路基设计采用了70公里长的片石通风路基，片块石路基的优势是有效降低路面吸热的传导，阻隔路面所吸热量传至多年冻土层，保护了冻土的稳定状态，但片石的加工、采取成了制约工程进展和保证质量的一大难题。采用了振动喂料机筛选生产线，投资小，既保证了料的质量，又加快了工程进度，质量效果和进度效益明显。

　　 创新运用垂直旋喷桩地表处理技术处置隧道溜坍段

　　通天河隧道是共玉高速公路上的一座特长隧道，左、右洞分离设置，左线长3032米，右线长3075米，开挖中边墙多次出现粉砂层垮塌现象。

　　在充分考虑既有设备资源的基础上，建设者们打破隧道穿越粉砂层采用钢插板法、超前预注浆法、水平旋喷搅拌桩法及冻结法等传统处理方式，创新运用垂直旋喷桩地表处理技术成功处理溜坍段，实施仅12天掌子面即恢复开挖，有效控制了隧道开挖过程中的收敛变形。经对比，较超前预注浆和冷冻法成本减少80万元-200万元。

　　 小矮墙加固拱脚技术破解地质复杂路段隧道施工难题

　　雁口山隧道海拔4333米，进口200米均处于浅埋段，围岩遇水呈泥浆状，流塌严重，稳定性差，隧道变形控制难度极大。

　　采取小矮墙加固措施后，在软弱地层隧道开挖下导时隧道变形得到明显缓解，从而有效控制了由于地基承载力不足而导致的隧道大变形，极大提高了隧道施工的安全系数。此项目技术的成功应用，为高寒地区软弱围岩隧道开挖变形控制、保证安全和工期等方面创出了成功经验，具有很强的实用指导价值。（马新）