川藏梯度带高速公路建设重大技术问题研究

段 鋆 李永林

(四川藏区高速公路有限责任公司，成都 610041)

0 引言

四川藏区地处川、藏、青、甘、滇五省（区）的结合区域，主要包括甘孜藏族自治州、阿坝藏族羌族自治州和凉山彝族自治州的木里藏族自治县的“两州一县”，是中国第二大藏族聚居区。

四川藏区地形依次经过四川盆地、川西高山峡谷区、川西高山区、藏东南横断山区等地貌单元，海拔从500米快速爬升到4000多米，是盆地走向世界屋脊的“天梯”。该区域有藏、羌、回、彝、汉等多民族，既是藏汉人文社会融合交汇带，又是革命老区，贫困地区、边远山区，且生态环境、人文旅游、资源禀赋丰富多彩、得天独厚。与此同时，自然灾害层出不穷。

横穿四川藏区西进的高速公路主要有南线和北线两条主通道。目前，已开工建设的川藏高速公路有雅安至康定、汶川至马尔康等高速公路，四川藏区的高速公路建设任务还十分繁重。

川藏高速公路的建设对深入贯彻落实国家新一轮西部大开发战略、“一带一路”倡议，完善高速公路网，推进区域协调发展，促进藏区长治久安，助力藏区快速发展、脱贫奔康以及汉藏文化融合具有十分重要的意义。

1 面临的重大技术问题

川藏梯度带高速公路面临“五个极其”的建设条件：（1）地形极其复杂，项目穿越狭窄河谷和高大山体，地形陡峭，起伏巨大，地貌类型复杂多样，横断山脉的岭谷高差一般在1000-2000米，甚至高达5000米以上，多为典型的“V字型”深大峡谷。（2）地质极其复杂，项目穿越“Y”字型构造体系断裂带，紧邻 “5·12”汶川震中，地震烈度高，沿线岩体破碎，滑坡、泥石流、崩塌等地质灾害多。（3）气候极其恶劣，项目穿越不同气候垂直分布带，高海拔路段的雨、雪、冰、雾、风等恶劣气候影响时间长，最低温度达-30℃。（4）建设极其困难，项目桥隧工程多，技术难度极高，雅康、汶马高速桥隧比分别达 82%和 86.5%，同时地区昼夜温差大，施工机械效率低。（5）生态环境极其脆弱，项目紧邻风景名胜区、大熊猫栖息地等自然保护区，工程建设过程中带来的弃渣、植被破坏等对环境影响大。

由此面临多灾频发、营运安全、环保节能和重大工程四个方面的重大技术难题与挑战。

1.1 多灾频发

（1）地震灾害。场址地震烈度高，受区域内鲜水河、安宁河和龙门山断裂构成的“Y”字型构造的影响十分严重，尤其是鲜水河潜在强震区和发震的龙门山断裂带，对结构物防震抗震设计提出了更高要求。近年来，该区域发生了汶川地震、芦山地震、康定地震等，地震滞后效应带来的危害逐渐显现，区域防灾减灾工作更加严峻。

（2）地质灾害。沿线地质灾害是我国灾害分布最集中、活动最频繁、爆发规模最大、危害亦很严重的重点灾害区域，素有“灾害博物馆”之称。如，“7.27”雅康高速大仁烟特大桥线外高位滑坡、汶马高速通化乡高位滑坡、“6.24”茂县叠溪高位滑坡等。

（3）气象灾害。穿越不同的气候垂直分布带，表现出不同的气候特点，雅安至天全段降雨丰富，年降雨量在1000～1750毫米；泸定大渡河大桥桥址区基本风速高达27米/秒，相当于10级大风，瞬间可达12级，而且风场紊乱；汶马高速古尔沟至鹧鸪山路段存在冰、雪、雨、雾同时出现的不利天气情况。

（4）多灾叠加。在梯度带内高速公路沿线地质灾害、地震灾害、气象灾害同时出现，其叠加影响极为突出，危害十分巨大。

1.2 营运安全

（1）长大纵坡对道路使用者带来的风险。由于梯形带内地貌单元跨度大，路线在较短的距离内，从低海拔盆地迅速抬升至高海拔地区，长大纵坡问题十分突出。如，雅康高速泸定至康定段线路长度约40公里，高差达1200米，平均坡度已达到2.4%。顺接的康定至新都桥高速公路，在康定至折多山段近60公里是连续纵坡。两段加起来长度近100公里，平均纵坡达到2.38%，而且隧道成群，部分路段隧道比达到94%，营运安全问题十分严峻。

（2）潜在灾害对道路构筑物安全的风险。多次地震带来的滞后效应逐步显现，区域内潜在的多种灾害发生的风险不断增大，特别是多灾叠加发生时将可能带来通道的阻断和生命财产的危害。

（3）应急救援受单一通道对效率的制约。走廊的唯一，形成单一的救援通道，也为营运安全提出了考验。

1.3 环保节能

川藏梯度带高速公路沿线环境敏感点多，工程弃渣量较大，植被破坏较大，工程建设的环境保护、水土保持的工作任务异常艰巨。项目隧道比例高，营运用电量大，运维成本高，而近期交通量却不大。如何有效运用新理念、新技术、新设备，减少浪费、降低成本，建设绿色经济、节能环保的公路势在必行。

1.4 重大工程

重大工程的建设营运安全也是一项重大挑战。如，雅康高速泸定大渡河大桥地处“Y”字形构造活动交汇带，地震烈度高达8度。边坡陡峭，高度超过100米。峡谷风场紊乱，风环境复杂，瞬间风速可超过每秒32.6米，相当于12级台风；雅康高速二郎山隧道最大埋深达1500米，穿越13条断层，瓦斯、涌水、岩曝，灾害突出；泸康段大规模隧道群具有连续长大下坡、应急救援、弃渣运输等技术问题；汶马高速鹧鸪山特长隧道、狮子坪特长隧道等重大工程同样面临着诸如大变形、瓦斯一系列技术难题。

2 主要举措

面对上述四个方面的挑战，主要采取了抓好前期工作、开展技术难题攻关和做好现代工程管理三项举措。

2.1 抓好前期工作

（1）设计方案研究是基础。采用包括地质选线、气象选线避灾选线在内的方法进行路线选择，对绕避躲避灾害频发点以及灾害隐患区域十分重要。将设计工作划分为准备阶段、设计阶段两个阶段，着重把好方案研究、外业优化、内业设计三个环节，进行专项监理、专业评估、专家评审，达到科学决策。

（2）设计方法创新是关键。针对项目的实际情况，创新设计互通综合体、管理机构与服务设施综合体，推广应用包括交通安全风险智能预防诱导系统在内的诸多新技术。全面贯彻落实智慧交通设计理念。按照交通物联网、数据中心、高速云平台三个层次开展建设，构建以高速公路路维、监控、救援一体化的智慧交通大数据云平台系统。

（3）科研规划是支撑。主要的目的有两个：解决工程问题，转化科研成果。形成了“一个目标（安全畅通）、两个出发点（基础设施和营运安全）、三个层次（专题研究、成果应用、研究试验）、四个方面（防灾减灾、安全畅通、经济节能及重大工程）”的规划成果。

2.2 开展技术难题攻关

（1）在防灾减灾方面，开展了高原梯度带潜在斜坡地质灾害评估、重大地质灾害监测预警及应用示范、大规模隧道群全寿命周期结构智能预警系统、深切峡谷河流区高速公路桥墩冲刷影响因素分析及防治等方面的研究，形成了“1+4”的防灾减灾机制（开展 1次再评估，整治一批已经发现的，排查一批潜在的，监测一批有隐患的，上报一批线外的）。针对冰冻积雪路段运营安全问题，采用了减少积雪与长坡叠加，主动措施和管理手段结合；降低越岭标高，缩短长坡与积雪路段长度；隧道绕避；阳坡布线；提高路侧护栏的防撞等级等技术手段。

（2）在营运安全方面，开展了梯度带高桥隧比超长纵坡行车安全保障技术、波形护栏撞击智能报警、长大隧道风险智能预防系统、重大交通基础设施安全保障技术典型应用示范等方面的研究，建立智慧交通及云服务综合平台（图1），为营运安全保驾护航。

图1 营运管理养护系统

（3）在环保节能方面，开展了藏区高速公路水能资源开发利用、综合利用清洁能源建设自发电智能电网、二郎山隧道利用气压差通风节能、隧道照明综合节能技术等方面的研究。针对环境敏感区的弃渣问题，充分利用隧道出渣加宽路基宽度，结合观景台、停车区进行弃渣消化；利用支沟综合改沟、造地、弃渣。

（4）在重大工程方面，针对大渡河大桥、二郎山隧道、鹧鸪山隧道、狮子坪隧道、跑马山隧道群等重大工程，围绕抗风抗震、特殊地基、高陡坡岸、高地应力岩爆及大变形、突水突泥、地质预报、独头掘进、低温防冻、通风节能、敏感区域水环境保护等多个方面开展了研究。

2.3 做好现代工程管理

管理手段是建好川藏梯度带高速公路的重要保障。按照交通运输部关于现代工程管理的要求，积极探索项目业主代表处与总监办、监理实验室、设计代表合署办公的管理模式，突出业主的领导决策、指挥协调作用。重点推进专业化施工，建立“专项监控、专题会议、专项费用、专家咨询”的四专机制，坚持“钢筋集中加工、原材料集中分级堆放、砼集中拌和、砼梁板集中预制”的四个集中，加强过程控制，进行程序化交验，推行标准工艺，采用先进技术，确保实现“工程出精品，队伍出人才，科技出成果”的建设目标。

3 主要机制

在攻克川藏梯度带高速公路四个方面重大技术问题的过程中，形成了联合技术攻关和集成创新两个比较好的机制。在联合攻关方面，积极开展校企联合，形成“产学研用”联合攻关的模式。在集成创新方面，围绕智慧交通进行集成创新，成功研发上线了“高速云平台”（图2），并依托该平台，开展3D GIS+BIM研究。

图2 运维阶段人-车-路-结构-环境综合管控平台

4 结论

围绕川藏梯度带高速公路建设重大技术问题所开展的工作总结起来就是54321：五个极其、四大问题、三项举措、两个机制、一个目标。在此基础上，应大力发展智慧交通和交通旅游，建设绿色公路，并为以后川藏走廊重大基础设施建设提供技术积累和宝贵经验。