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世界首条高海拔高寒多年冻土区高速公路通车

文章来源:中国交通建设集团有限公司  发布时间:2017-08-02

8月1日,经过近7年的建设,世界首条高海拔高寒多年冻土区高速公路、我国首条穿越青藏高原多年冻土区高速公路青海省共和至玉树高速公路正式通车运营。共玉高速由中交一公院负责项目全线的总体设计并承担科研攻关任务。

共和至玉树(结古)公路为《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,也是通往玉树地区的“生命线”公路通道,在国家公路网中居重要地位。今后将成为青、藏、川、滇藏区黄金旅游线的重要路段。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。项目通车运营后,从西宁至玉树只需8个小时,极大缩短了玉树至省会西宁的通行时间。

 

 

破解世界难题

共玉高速公路作为在青藏高原多年冻土区建设的首条高速公路,在建设当中创下了多项公路建设史上的纪录,被称为高海拔、高寒、高速“三高”公路。路线全线穿越冻土区,其中穿越多年冻土区里程长达227公里,占路线总长的36%;桥梁和隧道(单幅)长39.2公里,占路线总长的11%,鄂拉山隧道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。

在多年冻土区进行路基、隧道、桥涵施工,不可避免的会引发冻土消融,这在全国乃至世界都没有技术先列,这一“瓶颈”是共玉高速建设中的世界性技术难题。

共玉高速沿线大量分布全球独特的极不稳定高温多年冻土,工程地质和水文地质条件复杂。全线从鄂拉山至清水河,多年冻土路段累计227.7公里,占路线总长的35.8%。沿线因多年冻土复杂,高温高含冰量路段占比大,热稳定性差等特点,致使在其基础上建设道路结构尺度3~5倍于一般等级公路和铁路的大尺度公路面临着世界性理论和技术难题。

一公院科研人员迎难而上,积极投入技术攻关,充分调研青藏公路整治工程中关于多年冻土处置试验段效果,消化吸收多年研究成果,针对多年冻土公路施工,为共玉高速“量身定制”新技术、新工艺。

一公院寒区环境与工程研发中心副主任刘戈,长期坚守在共玉公路示范段上。有一次,他因支原体感染发烧至40度,正在医院输液治疗,突然接到工地上的电话,项目遇到特殊结构路基施工的技术难题,请求现场给予指导。挂掉电话,他拔掉针头就走。护士劝他,“最起码要等烧退了才能走”。他说:“高原上每年的建设期只有5个多月,不能因为我耽搁时间”。再次来到工地,高烧加上高原反应,让他的身体特别虚弱。然而,为了攻克技术难题,他坚持在工地蹲守一个多月,成功解决了十余种特殊结构路基的施工工艺问题。

“共和至玉树高速公路建设关键技术”的项目负责人、中国交建副总工程师、中交一公院党委书记汪双杰介绍,一公院采用“通风换气”——通风管路基、片(块)石路基,“隔离遮盖”——黑色防护网遮盖工艺、XPS隔热板路基,“热量传导”——温热棒路基等技术手段,攻克冻土消融这一世界性技术难题。

科研项目“青海省共和至玉树(结古)公路建设关键技术”成果经鉴定达到国际先进水平,获得2015年度“中国公路学会科学技术奖”特等奖。此外,依托“青藏高原G214线干线公路升级改造科技示范工程”立项开展的“共和至玉树高速公路多年冻土路基工程关键技术研究”等5个科研项目研究,已通过鉴定验收,3项达到国际领先水平,2项达到国际先进水平。

 

草原上“长”出来的公路

共玉高速处于青藏高原东部多年冻土边缘地带,经过“中华水塔”之称的三江源自然保护区,平均海拔4100米以上,含氧量只有平原的一半。

作为我国首条穿越青藏高原多年冻土区的高速公路,共玉高速公路的生态防护技术是其“绿色亮点”,被沿线群众称赞为共玉高速公路为“草原上‘长’出来的公路”。

汪双杰介绍,一公院创新三江源区高寒脆弱生态路基修筑无痕化施工技术,提出退化草场草皮移植复垦技术以及高寒地区植生袋最佳物种、腐植土、保水剂及营养肥的配比用量。实现边坡绿化防护同步、同期,为生态保护提供科学依据。

一公院环境技术专家胡林,一年中有将近半年的时间呆在共和至玉树试验基地。他充分发挥专业优势,着重研究青藏高原区植被恢复生态环境保护这一课题。但每次上高原,他的痛风症就要发作,脚趾持续肿痛。妻子劝他换个地方工作。他却坚决不肯,并告诉妻子,他的梦就在高原,他还梦想着在青藏线上建立一个植物培育基地。

就是一批技术人员这样的坚持与坚守,为共玉高速公路的“无痕化”施工提供了坚实的技术保障。以“路基清表草皮移植技术”、“高海拔高寒地区植草技术”、“路基高边坡生态防护技术”为主要内容的高海拔高寒地区公路建设生态防护综合体系,将青藏高原宝贵资源草皮充分利用,以草皮移植边坡防护替代原设计窗孔式、菱形骨架防护,完成1000余万平方米,节约工程建设投资7亿元以上。创新实施的“公路路基高边坡草皮生态防护技术”获得青海省职工科技创新成果一等奖。

 

3代人40余年坚守高原

这条公路的建设离不开多年的技术积累和强大的科研成果支撑。

事实上,在共玉高速之前,中交一公院已坚守高原40余年,围绕着青藏公路的历次整治改建,探索形成的冻土工程研究方法与测试技术,奠定了我国冻土工程的研究基础,创建了我国冻土工程理论与技术体系。

自20世纪70以来,一公院3 代人,44 年,观测数据300多万组。这种持续近半个世纪的研究和技术沉淀,在土木工程界绝无仅有。也由此,一公院确立了冻土工程研究的国际领先地位。凭借寒区道路的相关研究,一公院已经两次获得国家科技进步一等奖,两次获得国家科技进步二等奖,填补了世界范围内多年冻土地区修筑沥青公路的技术空白。

据统计,我国专业从事冻土工程研究的科研人员不足400 人,而一公院就有将近100 人从事公路冻土工程研究。

以武憼民为代表的第一代冻土科研者,1954 年青藏公路测设时就参与其中,自1972 年青藏公路改建铺沥青路面开始,带领团队进行高原冻土的研究。2006 年,这位中国冻土研究的拓荒者因病去世。以汪双杰为代表的第二代冻土科研者,耗时30 多年,主持完成了冻土地区公路修筑成套技术研究。汪双杰也成为了我国工程勘察设计大师,“新世纪百千万人才工程”国家级人选。第三代冻土科研人员,以陈建兵、张娟、刘戈、朱东鹏、金龙、李金平为代表,虽然大部分是80后,却已担负起延续高原冻土科研火种的重任。

原交通部一位主要领导感慨道,“一公院的高原冻土科研是中国土木工程领域唯一不灭的火种,是交通行业的国宝!”

青藏公路的高原冻土经验,大大缩短了青藏铁路冻土研究的周期,提高了青藏铁路建设的效率。从冻土工程技术研究及交通保障而言,“没有青藏公路50 多年的建设成就,就没有今天的青藏铁路。”原铁道部领导感言。

一公院的冻土科研不仅为已建成的青藏公路、青藏铁路、共玉高速等国家重大工程提供支持,还将为尚未开建的青藏高速提供技术支撑。西藏自治区首府拉萨至今仍是“高速孤岛”。老青藏公路通车60 余年来,已成联通自治区与内地的重要的经济大通道。日益增加的客货运输量,使这条路不堪重负。建设青藏高速公路再一次被提上国家议程。2014 年,一公院“高海拔高寒地区高速公路建设技术”研究入选国家科技支撑计划,这是近10 年来交通运输部唯一的道路支撑项目。2017年5月4日,该项目通过专家组验收。专家认为,项目研究成果是我国高海拔高寒地区高速公路建设技术的系统集成、创新与超越,体现目前这一技术研究的前沿水平,标志着我国青藏高速公路建设有了成套技术支撑。

除此之外,这项重大技术专项也将助力“一带一路”建设,推动由东向西跨越青藏高原、喀喇昆仑山脉、帕米尔高原、西伯利亚等高寒高海拔地区的交通基础建设。初步估计,穿越“丝绸之路”达1.2万公里的公路交通建设需要提供冻土技术保障。