189.69億元

　　項目成果應用于青藏高原多個(gè)高速公路建設、公路養護維修。據不完全統計，取得經(jīng)濟效益累計189.69億元。

　　2021年，全球首條多年凍土高速公路共(和)玉(樹(shù))高速公路通車(chē)5年。這條全長(cháng)635公里、設計時(shí)速80公里的高速公路，多年凍土區路段達227公里。運營(yíng)5年，青海省交通運輸廳評價(jià)：“首次將多年凍土地區道路工程病害率控制在國際1/5以下。”

　　多年凍土，是青藏高原建設高速公路面臨的最大技術(shù)難題。與鐵路道砟散熱相比，凍土公路為全斷面吸熱。長(cháng)期監測表明，高速公路寬厚瀝青路面吸儲熱更是倍增，占全斷面總吸熱90%以上。

　　青藏高原，平均海拔4000米以上，這片被稱(chēng)為“世界屋脊”的土地，高海拔多年凍土區域面積達150萬(wàn)平方公里。

　　要想在青藏高原建設高速公路，必須攻克多年凍土。不久前，“青藏高海拔多年凍土高速公路建養關(guān)鍵技術(shù)及工程應用”項目，獲國家科技進(jìn)步二等獎。

　　把“寬厚黑熱毯”與凍土隔離開(kāi)

　　穿越青藏高原150萬(wàn)平方公里高海拔多年凍土，實(shí)現西藏與祖國內地高速公路直通，對“一帶一路”南亞大通道建設、“交通強國”及穩邊固疆有著(zhù)重要的意義。

　　“在青藏高原新建高速公路，將面臨寬幅路基、厚黑瀝青路面強熱邊界對凍土的‘寬厚黑熱毯’作用，大斷面橋隧對凍土的強熱擾動(dòng)，工程災變風(fēng)險是普通公路的3倍以上。”項目第一完成人、全國工程勘察設計大師、高寒道路國家重點(diǎn)實(shí)驗室主任、高原凍土國家野外站負責人汪雙杰說(shuō)，青藏高原高海拔多年凍土溫度高、熱敏感性強、升溫退化劇烈，凍土融沉及惡劣環(huán)境導致沉陷、失穩、開(kāi)裂等工程病災害，呈現隱蔽性、長(cháng)期性、突發(fā)性。

　　在青藏高原建設高速公路，突破凍土高速公路融沉防控理論與方法，攻克大尺度工程構筑物融沉防控、高原大溫差厚層瀝青路面建養等關(guān)鍵技術(shù)，這在全國乃至世界都沒(méi)有技術(shù)先例，是世界性技術(shù)難題。

　　“已有青藏二級公路及鐵路，采用的被動(dòng)保護與主動(dòng)冷卻結構，在高速公路直接應用面臨失效的風(fēng)險。”項目完成人之一、中交第一公路勘察設計研究院有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)中交一公院)副總工程師、高寒道路國家重點(diǎn)實(shí)驗室常務(wù)副主任陳建兵說(shuō)，傳統保溫和冷卻技術(shù)的作用范圍與強度，難以控制大尺度高速公路強熱邊界下的均勻導冷和凍土地基整體升溫。

　　如何把寬幅路基對凍土的擾動(dòng)、厚黑瀝青路面加給凍土的熱量隔離開(kāi)，不讓凍土吸熱?2008年起，國家先后投資1.5億元，設立14項課題，13家單位歷時(shí)12年聯(lián)合攻關(guān)，自主創(chuàng )新研究高海拔多年凍土高速公路建養關(guān)鍵技術(shù)。

　　換氣、遮蓋、傳導攻克凍土消融

　　2010年，青海省玉樹(shù)藏族自治州震后生命線(xiàn)——共玉高速公路緊急上馬。“尺度效應理論證實(shí)，普通公路病害整治技術(shù)已無(wú)法滿(mǎn)足大尺度高速公路工程結構50年設計要求。”陳建兵說(shuō)，高速公路全線(xiàn)穿越凍土區占路線(xiàn)總長(cháng)的36%;橋梁和隧道(單幅)長(cháng)39.2公里，占路線(xiàn)總長(cháng)的11%，鄂拉山隧道和姜路嶺隧道是我國首次設計建設的多年凍土區公路隧道。

　　中交一公院寒區中心副主任劉戈介紹說(shuō)，凍土路基橫斷面吸熱是造成多年凍土能量失衡、引發(fā)融沉的主因。二級公路因窄幅路面及邊坡吸熱在多年凍土層發(fā)育“融化盤(pán)”;鐵路因道砟散熱及邊坡吸熱在路基內發(fā)育“融化夾層”。而高速公路則因路基、路面結構尺度的加大，引發(fā)規模遠大于前兩者的“融沉盆地”。

　　共玉高速沿線(xiàn)大量分布全球獨特的極不穩定高溫多年凍土，工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件復雜。沿線(xiàn)因多年凍土復雜，高溫高含冰量路段占比大，熱穩定性差等特點(diǎn)，致使在其基礎上建設道路結構尺度3—5倍于一般等級公路和鐵路時(shí)面臨著(zhù)極大的凍土熱融風(fēng)險。

　　如何避免建設引發(fā)的凍土消融?

　　汪雙杰介紹，中交一公院采用“導冷”——熱棒路基，“阻熱”——黑色防護網(wǎng)遮蓋工藝、XPS隔熱板路基，“調溫”——通風(fēng)管路基、片(塊)石路基等技術(shù)手段，攻克工程作用下凍土消融這一世界性技術(shù)難題。

　　“項目建立的大尺度路基融沉防控能量平衡設計理論與方法，國際凍土工程專(zhuān)家認為是重大創(chuàng )新成果，只要措施得當、質(zhì)量控制到位，完全能夠實(shí)現凍土融沉由國際100厘米以上降至20厘米以下。”陳建兵說(shuō)，為有效平衡高速公路的“熱毯作用”，項目還發(fā)明了冷量智能調控的彌散式通風(fēng)路基等4類(lèi)12種熱能量導、阻、調路基結構。

　　項目創(chuàng )建了我國獨有的高海拔多年凍土公路建設養護技術(shù)體系，實(shí)現關(guān)鍵技術(shù)與施工方法自主創(chuàng )新，占領(lǐng)凍土高速公路建設技術(shù)國際前沿，使凍土高速公路瀝青路面吸熱減少12%、裂縫減少30%，并在海拔4300米青藏高原成功鋪筑830公里瀝青路面。

　　項目成果獲國際凍土協(xié)會(huì )高度評價(jià)，其2017年度報告指出“共玉高速公路成功建設，樹(shù)立了國際凍土工程新的里程碑”。

　　取得經(jīng)濟效益累計189.69億元

　　2011年5月，國務(wù)院提出構建“一縱一橫兩聯(lián)”“生命線(xiàn)”公路通道，共玉高速公路開(kāi)工建設，歷時(shí)6年建成通車(chē)，從西寧至玉樹(shù)通行時(shí)間從原來(lái)的16小時(shí)縮短至8小時(shí)。

　　共玉高速為國家高速G0613西寧至麗江公路在青海境內的重要路段，是一條集歷史、地理、人文、生態(tài)為一體的絕美風(fēng)景線(xiàn)，更是青藏高原多年凍土區建設的首條高速公路，被稱(chēng)為“三高”公路，即高海拔、高寒、高速。

　　“青藏高海拔多年凍土高速公路建養關(guān)鍵技術(shù)及工程應用”項目成果在這條“三高”公路建設中發(fā)揮重要作用。此外，項目成果還應用于青藏高原多個(gè)高速公路建設、公路養護維修。據不完全統計，取得經(jīng)濟效益累計189.69億元。

　　東起青海省西寧市，西止西藏拉薩市的青藏公路，是5條進(jìn)藏路線(xiàn)中最繁忙的公路。全長(cháng)1937千米，為國家二級公路干線(xiàn)，路基寬10米，坡度小于7%，最小半徑125米，最大行車(chē)速度60公里/小時(shí)，全線(xiàn)平均海拔在4000米以上。

　　此前，由于凍土引發(fā)的病害，青藏公路5—10年需要大修一次。

　　應用“青藏高海拔多年凍土高速公路建養關(guān)鍵技術(shù)及工程應用”成果維修養護后，2008年至今無(wú)大修，節約投資10億元。

　　“如今，行車(chē)速度提高近一倍，車(chē)輛周轉期縮短50%，減少燃油消耗10%以上，每年可節約燃油、車(chē)輛保修、大修及縮短車(chē)輛周轉時(shí)間等費用19170萬(wàn)元左右，并減少了事故的產(chǎn)生。”劉戈說(shuō)?；ù蟾咚俟菲鹩诠宀刈遄灾沃莠敹嗫h花石峽，終點(diǎn)在該州大武鎮。為減少對高原多年凍土的侵擾，花大公路架設“金隧銀橋”避讓阿尼瑪卿生態(tài)脆弱區。位于青海果洛藏族自治州瑪沁縣的雪山一號隧道，雙洞總長(cháng)9065米，平均海拔超過(guò)4400米，施工最高海拔達4800多米，是目前世界上海拔最高的高速公路隧道。

　　雪山一號隧道穿越大面積的季節性?xún)鐾翆雍陀谰脙鐾翆?，其凍土層屬于冰川融化后石塊和泥土的堆積物。建設采用“青藏高海拔多年凍土高速公路建養關(guān)鍵技術(shù)及工程應用”相關(guān)技術(shù)，保持了凍土的穩定，阻止了山體隨氣溫變化而融化或塌陷。“項目采用隧道三層襯砌結構，取消系統錨桿，節省工程投入約176.4萬(wàn)元;減少防寒泄水洞設置約695米，節省工程投入約868.8萬(wàn)元。”劉戈說(shuō)。

　　目前，這項成果正應用于青藏高速公路規劃設計、東西部多年凍土公路的升級改造，以及中巴喀喇昆侖公路建設。