科技賦能 生態(tài)貴黃
——貴黃高速技術(shù)創(chuàng)新紀(jì)實(shí)

文|貴州中交貴黃高速公路有限公司 劉志航

在建設(shè)過程中，貴黃高速遇到了多種難題，其中環(huán)境保護(hù)和水土保持面對的任務(wù)更為艱巨，一方面難以避免對原有生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生破壞，另一方面國家環(huán)保政策趨緊和環(huán)保督查力度加大，對建設(shè)過程中的環(huán)水保工作提出了更高的要求。如何破題？除了加強(qiáng)管理，最重要的是依靠技術(shù)創(chuàng)新，以技術(shù)手段落實(shí)設(shè)計方案，克服種種困難，實(shí)現(xiàn)環(huán)保施工、節(jié)能施工、安全施工。以科技之力，實(shí)現(xiàn)青山綠水間的生態(tài)工程建設(shè)。

設(shè)備創(chuàng)新：以人為本 提質(zhì)增效

隧道建設(shè)屬于地下工程，施工難度由隧址區(qū)域地質(zhì)情況決定。目前，大多數(shù)公路隧道地形地質(zhì)條件復(fù)雜，雖然可以通過多種地質(zhì)預(yù)報手段避免部分由地質(zhì)災(zāi)害引起的隧道安全事故，但更多情況下，因不可預(yù)知的地質(zhì)變化仍讓建設(shè)者們付出了沉重的代價。傳統(tǒng)的隧道施工方法洞身開挖、支護(hù)、噴射混凝土等工序全部采用人工完成，掌子面作業(yè)人員眾多，施工人員勞動強(qiáng)度極大、作業(yè)時間長，功效較低，同時一旦發(fā)生危險，極易產(chǎn)生嚴(yán)重的安全事故。

貴黃高速龍昌隧道起點(diǎn)位于貴州省福泉市龍昌鎮(zhèn)下壩村東側(cè)，終點(diǎn)位于白秧塘村西側(cè)，左線隧道全長2165米，右線隧道全長2230米。龍昌隧道施工配置了三臂鑿巖臺車、拱架安裝臺車、濕噴臺車、凈漿注漿機(jī)、液壓仰拱棧橋、防水板自動掛設(shè)臺車等40臺套，摒棄傳統(tǒng)工藝，以“機(jī)械化換人、自動化減人”為目標(biāo)，強(qiáng)力推行機(jī)械化施工。

全工序成套機(jī)械化工藝流程

永臨結(jié)合的花園式工地

三臂鑿巖臺車：人力只需原來的四分之一

傳統(tǒng)工藝采用人工進(jìn)行炮眼鉆設(shè)，三車道隧道一般需要人員為18人至20人，而且鉆進(jìn)速度慢，人工炮眼鉆設(shè)隨意性較大，根據(jù)施工人員經(jīng)驗判斷炮眼間距，超欠挖控制難度大，易造成浪費(fèi)。

隧道機(jī)械化工裝配套示意圖

相較傳統(tǒng)工藝，三臂鑿巖臺車作業(yè)有效降低了洞內(nèi)粉塵污染。

龍昌隧道采用三臂鑿巖臺車，僅需4名至5名操作手，通過全站儀為鑿巖臺車自身定位，預(yù)先輸入炮眼布置圖后，啟動自動鉆設(shè)功能，即可實(shí)現(xiàn)智能鉆孔。單孔鉆進(jìn)速度快，鉆孔精確，超欠挖控制效果較好，提升了功效，減少了浪費(fèi)的同時，極大地改善了洞內(nèi)環(huán)境。

隧道除塵凈化設(shè)備

多功能防水作業(yè)臺車

智能噴淋養(yǎng)生臺車

拱架臺車：減少工人勞動強(qiáng)度

傳統(tǒng)工藝采用人工安裝拱架，施工人員靠肩扛人抬將拱架移動至設(shè)計位置，一次性成功幾率低，調(diào)節(jié)困難，隨意性較大，拱架安裝質(zhì)量低，同時施工人員長時間在暴露的圍巖下開展重體力勞動，易發(fā)生安全事故，同時用時較長、功效低。

龍昌隧道選用拱架臺車安裝拱架，利用拱架臺車機(jī)械手抓起已拼接的拱架，移動至設(shè)計位置，安裝調(diào)節(jié)極為方便快捷，在減少人員數(shù)量的前提下，大大降低了工人的勞動強(qiáng)度，施工速度快、功效高、安全性高、安裝準(zhǔn)確。

“濕噴臺車+罐車+濕噴機(jī)”：降低粉塵含量控制職業(yè)病概率

傳統(tǒng)工藝開展干噴或潮噴混凝土作業(yè)時，洞內(nèi)粉塵較大，空氣質(zhì)量差。在超挖較大情況下填塞部分填充物，人為形成空洞，影響隧道使用壽命，同時干噴混凝土，用水量控制不準(zhǔn)確，混凝土強(qiáng)度難以保證。值得注意的是，干噴或潮噴采用的噴漿機(jī)一般為小型噴漿機(jī)，功率低下、噴射時間長，施工人員長時間在這種環(huán)境下，易患矽肺、塵肺等職業(yè)病。

龍昌隧道使用的濕噴臺車，混凝土由拌和站集中拌和、罐車運(yùn)輸，通過濕噴機(jī)噴射，降低了粉塵含量，每小時30立方米的噴射速度大大提高了功效，減少了工人在洞內(nèi)作業(yè)時間，降低職業(yè)病概率。同時，濕噴機(jī)功率大，噴射壓力強(qiáng)，噴射混凝土密實(shí)，從而徹底解決了隧道初支背后空洞的問題，在龍昌隧道應(yīng)用過程中，通過多次鉆芯取樣等手段驗證，實(shí)際應(yīng)用效果良好。工人也由傳統(tǒng)工藝的8人減少到2人。

防水板自動掛設(shè)臺車：極大降低防水板松緊度控制難度

傳統(tǒng)工藝防水板掛設(shè)需工人將防水板展鋪在隧道洞壁，人工約3人至5人，勞動強(qiáng)度大，防水板定制寬度最寬3米，并且松緊度控制難度大。

龍昌隧道運(yùn)用防水板自動掛設(shè)臺車，通過弧形軌道和牽引系統(tǒng)，將載有防水板的小車從底部牽引經(jīng)過拱頂?shù)搅硪粋?cè)底部，自動展開防水板，便于人工固定，降低勞動強(qiáng)度的同時，防水板掛設(shè)松緊適度，可適當(dāng)增加防水板定制寬度，減少接縫，降低滲水風(fēng)險。

通過龍昌隧道的實(shí)踐證明，采用機(jī)械化施工“9+N”模式在隧道施工節(jié)能降噪方面取得了良好的效果，從而進(jìn)行全線推廣。

工藝創(chuàng)新：除冰融雪 環(huán)境友好

在西南山區(qū)如貴州省、云南省等地，冬雨期道路凝冰路面狀況特別突出，山區(qū)高速公路在長大縱坡和冰雪雙重作用下，容易導(dǎo)致汽車剎車失靈、方向失控，造成嚴(yán)重的交通事故，給道路暢通和行車安全帶來一定安全隱患。更重要的是，如果使用融雪劑，特別是氯鹽型融雪劑，則將面臨嚴(yán)重的環(huán)保風(fēng)險。

為此，貴黃高速開始研究、攻克冰雪道路的抑冰路面防冰凍技術(shù)難題，特別是研究環(huán)保型融冰雪控制材料。結(jié)合高速公路中壓實(shí)積雪和融冰破碎清除要求，貴黃高速將不同冰雪控制材料的適用性及相應(yīng)除冰雪機(jī)械的效率與配置組合，研究夏季雨水對防凝冰材料性能的影響。

工地一角

依托于貴黃高速LM2標(biāo)項目建設(shè)及運(yùn)營，相關(guān)研究人員開展了路面防凝冰原理與防凝冰材料工作機(jī)制研究、防凝冰材料優(yōu)選與防凝冰瀝青混合料研究、防凝冰瀝青路面配合比優(yōu)化與施工工藝研究、路面防凝冰效果及其衰變規(guī)律研究、雨雪冰凍氣象條件下路面融冰除雪綜合應(yīng)對措施研究。

貴黃高速部分段落瀝青路面所采用的新型材料較以往傳統(tǒng)材料有質(zhì)的飛躍，此種工藝不僅使后續(xù)高速公路有很強(qiáng)的耐久性、安全性，而且不會對瀝青混凝土路面質(zhì)量產(chǎn)生影響。貴黃高速的技術(shù)研究將大大驅(qū)動今后防凝冰路面研究工作。

同時，防凝冰路面優(yōu)點(diǎn)明顯，首先是施工簡便，替代礦粉摻入瀝青混凝土中，無需添加改造設(shè)備投料。其次是性能可靠，不改變原配合比設(shè)計，對瀝青混凝土路面的路用性能沒有影響。另外，防凝冰路面長效主動除冰融雪，將路面凍結(jié)溫度降至零下10攝氏度或零下18攝氏度，路面與冰雪有效剝離，減少融雪劑和除雪機(jī)械的使用量，保證摩擦系數(shù)，降低交通事故發(fā)生率，降低冬季路面損害，經(jīng)濟(jì)效益明顯。最為重要的是，防凝冰路面環(huán)境友好，碳鋼腐蝕率低，有效減少橋梁和路面鹽害發(fā)生，并且用途廣泛，可適用于瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面。

材料創(chuàng)新：減少污染 降低排放

一般情況下，瀝青路面施工采用熱拌熱鋪的方法施工，通常需要將瀝青加熱到160攝氏度左右的高溫，瀝青會排放出一定量的污染物，其中包括揮發(fā)物（VOCs）、碳氧化物、氮氧化物、硫化物等，對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，對施工人員的呼吸系統(tǒng)也存在強(qiáng)烈的刺激，在相對封閉的環(huán)境中（如隧道）尤為突出。瀝青煙的成分主要是多環(huán)芳烴(PAHs)及少量氧、氮、硫的雜環(huán)化合物，包括萘、菲、酚、咔唑、吡啶、吡咯、吲哚、茚等100余種有機(jī)質(zhì)，其中的苯并芘(BaP)和蒽類等化合物更是強(qiáng)致癌物質(zhì)。

瀝青在高溫(120攝氏度至180攝氏度)條件下，極易釋放出含有二惡英等有害成分的有毒瀝青煙，能致癌和引發(fā)呼吸道疾病。當(dāng)路面攤鋪溫度約為180攝氏度時，瀝青煙氣和懸浮顆粒最大濃度為每立方米10毫克至12毫克，若瀝青混合料溫度達(dá)到200攝氏度，濃度則高達(dá)每立方米50毫克。施工人員長期暴露在瀝青煙霧中工作，會造成嘔吐、胃痛、食欲下降、頭疼、疲勞等一系列健康危害，嚴(yán)重者會引起中毒性肺炎，出現(xiàn)肝臟腫大和白血球增高，并誘發(fā)癌癥和引發(fā)呼吸道疾病。

在保證公路路面施工質(zhì)量和性能的前提下，貴黃高速注重公路建設(shè)中的環(huán)境保護(hù)，有效減少瀝青混合料施工過程中有害氣體的排放，改善施工環(huán)境和空氣環(huán)境，確保施工人員和人民群眾的身心健康。

結(jié)合凈味瀝青的凈味機(jī)理及瀝青膠結(jié)料性能，貴黃高速提出凈味改性瀝青的設(shè)計方法，研發(fā)了減排效果良好的凈味改性瀝青。在瀝青路面施工過程中產(chǎn)生的瀝青煙氣，主要為瀝青中輕組分的揮發(fā)及少量大分子物質(zhì)的分解。在篩選瀝青凈味劑時，以不降低瀝青混合料的路用性能為基準(zhǔn)，重點(diǎn)考慮添加劑能否束縛或減少瀝青中的易揮發(fā)成分。同時通過分析凈味劑摻量與基質(zhì)瀝青品種對凈味瀝青成品凈化效果的影響，確定出凈味劑與基質(zhì)瀝青的最佳配比。

貴黃高速的研究成果可從源頭上控制和減少瀝青煙排放，真正實(shí)現(xiàn)瀝青路面生產(chǎn)全過程的污染控制，這對交通行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有重要的價值，為助力貴州省綠色交通建設(shè)提供重要支撐，具有顯著的社會效益。

生態(tài)貴黃的技術(shù)支撐

● 隧道棄碴綜合利用

貴黃高速的隧道開挖棄碴及路塹挖方棄方量達(dá)1480萬立方米，通過高填路基反壓、加工碎石改良路基等多種形式，最大限度利用隧道棄碴，既解決隧道棄碴占地堆放的難題，又降低了工程造價。

● 聚能爆破+水壓爆破綜合技術(shù)

隧道建設(shè)中推廣“聚能爆破+水壓爆破綜合技術(shù)”應(yīng)用，明顯改善作業(yè)環(huán)境，大幅提升隧道光面爆破效果，有效解決隧道施工中長期存在的超欠挖問題。

● 防水板激光定位+超聲波焊接綜合技術(shù)

“防水板激光定位+超聲波焊接綜合技術(shù)”通過激光燈投射光斑對熱熔墊圈精確定位，實(shí)現(xiàn)熱熔墊圈快速、規(guī)范安裝，并通過超聲波固定焊接，提升隧道襯砌防水材料的施工質(zhì)量和防水效果。

● 二襯防水材料鋪掛臺車應(yīng)用

二襯防水材料鋪掛臺車具有土工布和防水板掛設(shè)的功能，在使用過程中有效地節(jié)約人力物力，提高掛布質(zhì)量，防止漏氣，有效保證防水板焊接質(zhì)量和平整度。

● 二襯拱頂帶模注漿技術(shù)

二襯拱頂帶模注漿技術(shù)通過在襯砌臺車頂部開孔，在拱頂設(shè)置注漿管，襯砌沖頂結(jié)束后，采用注漿一體機(jī)，帶模高壓注入微膨脹砂漿。技術(shù)設(shè)備簡單，注漿一板襯砌只需2小時左右，不占用正常襯砌施工時間，帶模注漿可在混凝土初凝時開始注漿，提高襯砌混凝土與注漿處理漿液的整體性，防止拱頂脫空，保證隧道襯砌厚度，消除遠(yuǎn)期的質(zhì)量病害。

● 霧化養(yǎng)生技術(shù)或自噴式養(yǎng)生臺車

全線隧道推廣應(yīng)用洞內(nèi)霧化養(yǎng)生或自噴式養(yǎng)生臺車技術(shù)。技術(shù)具有操作簡單、移動方便等特點(diǎn)，養(yǎng)生二襯的同時具有很好的降塵作用，養(yǎng)生效果好，很好地提高了二襯后期強(qiáng)度，防止干縮裂縫產(chǎn)生，有效保證隧道二襯施工質(zhì)量。

● 橋梁泄水管采用SMC材料

在梁體結(jié)構(gòu)中不易更換的一段泄水管設(shè)計成SMC材料、梁體外側(cè)泄水管采用PCV材料，確保了橋梁排水設(shè)施的耐久性。

● 樁基泥漿分離技術(shù)

橋梁建設(shè)采用泥漿分離系統(tǒng)，通過分離機(jī)將泥漿分離成水和泥餅，渾水進(jìn)入沉淀池二次處理，泥餅堆放曬干后運(yùn)走，確保污水排放完全達(dá)標(biāo)。

● 小型預(yù)制構(gòu)件流水化施工

全線小型預(yù)制統(tǒng)一由路面施工單位集中工廠化加工，按照工序進(jìn)行流水生產(chǎn)，混凝土集中拌和，從混凝土入模到振搗完畢各工序銜接緊密。施工采用機(jī)械流水作業(yè)，不需要人工搬運(yùn)，生產(chǎn)效率提高，勞動環(huán)境改善，實(shí)現(xiàn)了流水化、標(biāo)準(zhǔn)化施工，預(yù)制塊質(zhì)量均勻。

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凈味改性瀝青攤鋪現(xiàn)場