科技赋能 生态贵黄——贵黄高速技术创新纪实

文|贵州中交贵黄高速公路有限公司 刘志航

在建设过程中，贵黄高速遇到了多种难题，其中环境保护和水土保持面对的任务更为艰巨，一方面难以避免对原有生态环境产生破坏，另一方面国家环保政策趋紧和环保督查力度加大，对建设过程中的环水保工作提出了更高的要求。如何破题？除了加强管理，最重要的是依靠技术创新，以技术手段落实设计方案，克服种种困难，实现环保施工、节能施工、安全施工。以科技之力，实现青山绿水间的生态工程建设。

设备创新：以人为本 提质增效

隧道建设属于地下工程，施工难度由隧址区域地质情况决定。目前，大多数公路隧道地形地质条件复杂，虽然可以通过多种地质预报手段避免部分由地质灾害引起的隧道安全事故，但更多情况下，因不可预知的地质变化仍让建设者们付出了沉重的代价。传统的隧道施工方法洞身开挖、支护、喷射混凝土等工序全部采用人工完成，掌子面作业人员众多，施工人员劳动强度极大、作业时间长，功效较低，同时一旦发生危险，极易产生严重的安全事故。

贵黄高速龙昌隧道起点位于贵州省福泉市龙昌镇下坝村东侧，终点位于白秧塘村西侧，左线隧道全长2165米，右线隧道全长2230米。龙昌隧道施工配置了三臂凿岩台车、拱架安装台车、湿喷台车、净浆注浆机、液压仰拱栈桥、防水板自动挂设台车等40台套，摒弃传统工艺，以“机械化换人、自动化减人”为目标，强力推行机械化施工。

全工序成套机械化工艺流程

永临结合的花园式工地

三臂凿岩台车：人力只需原来的四分之一

传统工艺采用人工进行炮眼钻设，三车道隧道一般需要人员为18人至20人，而且钻进速度慢，人工炮眼钻设随意性较大，根据施工人员经验判断炮眼间距，超欠挖控制难度大，易造成浪费。

隧道机械化工装配套示意图

相较传统工艺，三臂凿岩台车作业有效降低了洞内粉尘污染。

龙昌隧道采用三臂凿岩台车，仅需4名至5名操作手，通过全站仪为凿岩台车自身定位，预先输入炮眼布置图后，启动自动钻设功能，即可实现智能钻孔。单孔钻进速度快，钻孔精确，超欠挖控制效果较好，提升了功效，减少了浪费的同时，极大地改善了洞内环境。

隧道除尘净化设备

多功能防水作业台车

智能喷淋养生台车

拱架台车：减少工人劳动强度

传统工艺采用人工安装拱架，施工人员靠肩扛人抬将拱架移动至设计位置，一次性成功几率低，调节困难，随意性较大，拱架安装质量低，同时施工人员长时间在暴露的围岩下开展重体力劳动，易发生安全事故，同时用时较长、功效低。

龙昌隧道选用拱架台车安装拱架，利用拱架台车机械手抓起已拼接的拱架，移动至设计位置，安装调节极为方便快捷，在减少人员数量的前提下，大大降低了工人的劳动强度，施工速度快、功效高、安全性高、安装准确。

“湿喷台车+罐车+湿喷机”：降低粉尘含量控制职业病概率

传统工艺开展干喷或潮喷混凝土作业时，洞内粉尘较大，空气质量差。在超挖较大情况下填塞部分填充物，人为形成空洞，影响隧道使用寿命，同时干喷混凝土，用水量控制不准确，混凝土强度难以保证。值得注意的是，干喷或潮喷采用的喷浆机一般为小型喷浆机，功率低下、喷射时间长，施工人员长时间在这种环境下，易患矽肺、尘肺等职业病。

龙昌隧道使用的湿喷台车，混凝土由拌和站集中拌和、罐车运输，通过湿喷机喷射，降低了粉尘含量，每小时30立方米的喷射速度大大提高了功效，减少了工人在洞内作业时间，降低职业病概率。同时，湿喷机功率大，喷射压力强，喷射混凝土密实，从而彻底解决了隧道初支背后空洞的问题，在龙昌隧道应用过程中，通过多次钻芯取样等手段验证，实际应用效果良好。工人也由传统工艺的8人减少到2人。

防水板自动挂设台车：极大降低防水板松紧度控制难度

传统工艺防水板挂设需工人将防水板展铺在隧道洞壁，人工约3人至5人，劳动强度大，防水板定制宽度最宽3米，并且松紧度控制难度大。

龙昌隧道运用防水板自动挂设台车，通过弧形轨道和牵引系统，将载有防水板的小车从底部牵引经过拱顶到另一侧底部，自动展开防水板，便于人工固定，降低劳动强度的同时，防水板挂设松紧适度，可适当增加防水板定制宽度，减少接缝，降低渗水风险。

通过龙昌隧道的实践证明，采用机械化施工“9+N”模式在隧道施工节能降噪方面取得了良好的效果，从而进行全线推广。

工艺创新：除冰融雪 环境友好

在西南山区如贵州省、云南省等地，冬雨期道路凝冰路面状况特别突出，山区高速公路在长大纵坡和冰雪双重作用下，容易导致汽车刹车失灵、方向失控，造成严重的交通事故，给道路畅通和行车安全带来一定安全隐患。更重要的是，如果使用融雪剂，特别是氯盐型融雪剂，则将面临严重的环保风险。

为此，贵黄高速开始研究、攻克冰雪道路的抑冰路面防冰冻技术难题，特别是研究环保型融冰雪控制材料。结合高速公路中压实积雪和融冰破碎清除要求，贵黄高速将不同冰雪控制材料的适用性及相应除冰雪机械的效率与配置组合，研究夏季雨水对防凝冰材料性能的影响。

工地一角

依托于贵黄高速LM2标项目建设及运营，相关研究人员开展了路面防凝冰原理与防凝冰材料工作机制研究、防凝冰材料优选与防凝冰沥青混合料研究、防凝冰沥青路面配合比优化与施工工艺研究、路面防凝冰效果及其衰变规律研究、雨雪冰冻气象条件下路面融冰除雪综合应对措施研究。

贵黄高速部分段落沥青路面所采用的新型材料较以往传统材料有质的飞跃，此种工艺不仅使后续高速公路有很强的耐久性、安全性，而且不会对沥青混凝土路面质量产生影响。贵黄高速的技术研究将大大驱动今后防凝冰路面研究工作。

同时，防凝冰路面优点明显，首先是施工简便，替代矿粉掺入沥青混凝土中，无需添加改造设备投料。其次是性能可靠，不改变原配合比设计，对沥青混凝土路面的路用性能没有影响。另外，防凝冰路面长效主动除冰融雪，将路面冻结温度降至零下10摄氏度或零下18摄氏度，路面与冰雪有效剥离，减少融雪剂和除雪机械的使用量，保证摩擦系数，降低交通事故发生率，降低冬季路面损害，经济效益明显。最为重要的是，防凝冰路面环境友好，碳钢腐蚀率低，有效减少桥梁和路面盐害发生，并且用途广泛，可适用于沥青混凝土路面和水泥混凝土路面。

材料创新：减少污染 降低排放

一般情况下，沥青路面施工采用热拌热铺的方法施工，通常需要将沥青加热到160摄氏度左右的高温，沥青会排放出一定量的污染物，其中包括挥发物（VOCs）、碳氧化物、氮氧化物、硫化物等，对环境造成严重污染，对施工人员的呼吸系统也存在强烈的刺激，在相对封闭的环境中（如隧道）尤为突出。沥青烟的成分主要是多环芳烃(PAHs)及少量氧、氮、硫的杂环化合物，包括萘、菲、酚、咔唑、吡啶、吡咯、吲哚、茚等100余种有机质，其中的苯并芘(BaP)和蒽类等化合物更是强致癌物质。

沥青在高温(120摄氏度至180摄氏度)条件下，极易释放出含有二恶英等有害成分的有毒沥青烟，能致癌和引发呼吸道疾病。当路面摊铺温度约为180摄氏度时，沥青烟气和悬浮颗粒最大浓度为每立方米10毫克至12毫克，若沥青混合料温度达到200摄氏度，浓度则高达每立方米50毫克。施工人员长期暴露在沥青烟雾中工作，会造成呕吐、胃痛、食欲下降、头疼、疲劳等一系列健康危害，严重者会引起中毒性肺炎，出现肝脏肿大和白血球增高，并诱发癌症和引发呼吸道疾病。

在保证公路路面施工质量和性能的前提下，贵黄高速注重公路建设中的环境保护，有效减少沥青混合料施工过程中有害气体的排放，改善施工环境和空气环境，确保施工人员和人民群众的身心健康。

结合净味沥青的净味机理及沥青胶结料性能，贵黄高速提出净味改性沥青的设计方法，研发了减排效果良好的净味改性沥青。在沥青路面施工过程中产生的沥青烟气，主要为沥青中轻组分的挥发及少量大分子物质的分解。在筛选沥青净味剂时，以不降低沥青混合料的路用性能为基准，重点考虑添加剂能否束缚或减少沥青中的易挥发成分。同时通过分析净味剂掺量与基质沥青品种对净味沥青成品净化效果的影响，确定出净味剂与基质沥青的最佳配比。

贵黄高速的研究成果可从源头上控制和减少沥青烟排放，真正实现沥青路面生产全过程的污染控制，这对交通行业的可持续发展有重要的价值，为助力贵州省绿色交通建设提供重要支撑，具有显著的社会效益。

生态贵黄的技术支撑

● 隧道弃碴综合利用

贵黄高速的隧道开挖弃碴及路堑挖方弃方量达1480万立方米，通过高填路基反压、加工碎石改良路基等多种形式，最大限度利用隧道弃碴，既解决隧道弃碴占地堆放的难题，又降低了工程造价。

● 聚能爆破+水压爆破综合技术

隧道建设中推广“聚能爆破+水压爆破综合技术”应用，明显改善作业环境，大幅提升隧道光面爆破效果，有效解决隧道施工中长期存在的超欠挖问题。

● 防水板激光定位+超声波焊接综合技术

“防水板激光定位+超声波焊接综合技术”通过激光灯投射光斑对热熔垫圈精确定位，实现热熔垫圈快速、规范安装，并通过超声波固定焊接，提升隧道衬砌防水材料的施工质量和防水效果。

● 二衬防水材料铺挂台车应用

二衬防水材料铺挂台车具有土工布和防水板挂设的功能，在使用过程中有效地节约人力物力，提高挂布质量，防止漏气，有效保证防水板焊接质量和平整度。

● 二衬拱顶带模注浆技术

二衬拱顶带模注浆技术通过在衬砌台车顶部开孔，在拱顶设置注浆管，衬砌冲顶结束后，采用注浆一体机，带模高压注入微膨胀砂浆。技术设备简单，注浆一板衬砌只需2小时左右，不占用正常衬砌施工时间，带模注浆可在混凝土初凝时开始注浆，提高衬砌混凝土与注浆处理浆液的整体性，防止拱顶脱空，保证隧道衬砌厚度，消除远期的质量病害。

● 雾化养生技术或自喷式养生台车

全线隧道推广应用洞内雾化养生或自喷式养生台车技术。技术具有操作简单、移动方便等特点，养生二衬的同时具有很好的降尘作用，养生效果好，很好地提高了二衬后期强度，防止干缩裂缝产生，有效保证隧道二衬施工质量。

● 桥梁泄水管采用SMC材料

在梁体结构中不易更换的一段泄水管设计成SMC材料、梁体外侧泄水管采用PCV材料，确保了桥梁排水设施的耐久性。

● 桩基泥浆分离技术

桥梁建设采用泥浆分离系统，通过分离机将泥浆分离成水和泥饼，浑水进入沉淀池二次处理，泥饼堆放晒干后运走，确保污水排放完全达标。

● 小型预制构件流水化施工

全线小型预制统一由路面施工单位集中工厂化加工，按照工序进行流水生产，混凝土集中拌和，从混凝土入模到振捣完毕各工序衔接紧密。施工采用机械流水作业，不需要人工搬运，生产效率提高，劳动环境改善，实现了流水化、标准化施工，预制块质量均匀。

临建工程三维数字技术建模可同周围景观相协调

净味改性沥青摊铺现场