隨著我國經濟社會的快速發展，越來越多早期建成的高速公路由於通行能力不足、服務水平低下、安全事故頻發等原因，已經不能滿足日益增長的交通需求，急需進行切實可行的改造升級或擴容建設。濟南至青島高速公路（簡稱濟青高速公路）改擴建工程是山東省第一條改擴建高速公路，也是目前國內一次性改擴建里程最長、投資最大的「邊通車、邊施工」的改擴建項目。為解決改擴建工程建設中遇到的一系列技術難題，推廣應用一批先進科技成果，集中展示科技對交通行業技術進步和產業升級的引領推動作用，為今後高速公路改擴建工程提供技術儲備和經驗支撐，山東高速組織行業內多家科研單位，經過縝密調研和前期論證，於2017年11月通過交通運輸部批覆立項，實施濟青高速公路改擴建綠色科技示範工程。
擴容需求迫在眉睫
濟青高速公路橫貫山東省東西部，是國家高速公路網青島至銀川線的重要路段（其中唐王立交至濟南零點立交段為濟廣高速公路的重要路段），也是國家「五縱五橫」綜合運輸大通道中青島至拉薩通道的重要組成部分，連接了山東省濟南、濱州、淄博、濰坊、青島等重要工業城市，被譽為山東省的「黃金通道」。自1993年建成通車以來，隨著區域經濟社會的快速發展，交通量增長迅速，服務水平明顯下降，嚴重影響了道路交通安全，已不能適應經濟、社會和交通發展的需求，濟青高速公路改擴建顯得尤為必要和日趨迫切。
圖1 濟青高速公路改擴建主體工程路線
2015年12月，濟青高速公路改擴建項目獲國家發展和改革委員會核准立項，並於2016年6月開工建設，路線全長309.2公里，工程批覆估算總投資297.96億元。工程採用沿既有老路以「兩側拼寬為主、局部單側或兩側分離加寬為輔」的加寬方式，標準路基寬度42米。改擴建後的濟青高速公路擴寬至雙向八車道，設計速度120千米/小時，極大地提升了新時期人民群眾安全、快速、便捷、舒適的通行服務體驗。濟青高速公路改擴建工程不同於新建項目，具有自身的工程技術特點，主要表現在：
1. 路線交叉多，管線密集，遷改協調和施工組織難度大
濟青高速公路處于山東省最重要的經濟走廊帶內，穿越5條國道、15條省道，6條鐵路，沿線征地紅線內共分布27條重要管線（10kv以上電力線、輸油及輸氣管道）、1099條次要管線，遷改協調和施工組織難度極大。
2. 舊路服役時間長，新舊道路結構與材料匹配困難
濟青高速公路至今已通車26年，是目前國內舊路通行時間最長的改擴建項目。經過多年通行，舊路路基已基本穩固，改擴建後新舊路基的沉降差異會對路面結構產生巨大影響，新舊道路結構與材料適應性難題亟需解決。同時，新版規範《公路工程技術標準》《高速公路改擴建實施細則》《瀝青路面設計規範》等與原有技術標準差異大，對濟青高速公路改擴建提出了更高要求。
3. 四車道保通施工,安全風險高,交通組織複雜
濟青高速公路既有道路車流量大，可分流路線少，改擴建期間要滿足雙向四車道基本保通，交通和施工安全矛盾突出。此外，主體工程共分五個施工階段，先後兩次全線統一轉序，以實現半幅通行、半幅施工，交通組織極其複雜。
4. 沿線取土困難，地材緊缺，綠色節能與循環利用任務重
濟青高速公路沿線多為優質耕地，土地資源緊張，優質築路材料緊缺，舊路廢棄材料和固體工業廢棄物處置困難，節能減排和環保壓力巨大。
5. 保通壓力大，運營服務和智慧出行要求高
濟青高速公路改擴建期間，不能降低人民對「安全、快速、便捷、舒適」的出行需求。結合工程建設實際，科學、系統、規範地指導智慧高速建設，也是本項目積極探索的方向。
提質增效貫穿項目始終
為解決濟青高速公路改擴建工程技術難題，進一步提升項目建設品質，以「安全耐久、資源利用、節能環保、智慧共享」為主題，開展了「全壽命周期設計施工一體化、不間斷交通的施工交通組織與安全保障提升、舊路材料與大宗工業廢棄物循環利用、生態防護與節能減排、信息化建管養效率提升」五大科技專項。統籌科技創新和集成交通科技成果轉化應用，依靠科技成果的先導作用實現工程建設的提質增效，在濟青高速公路改擴建綠色科技示範工程創建過程中取得了一系列創新成果。
優化性能 提升效率
為解決路面多橫坡、多拱度，雨後積水、車輛變道搖擺等問題，在濟青高速公路改擴建主線309公里的路面上面層攤鋪施工中，全部採用四車道18.75米寬全斷面單機整幅一次攤鋪，成功實現了「橫向一字坡、縱向無接縫」，顯著提升了施工效率和建設質量。
圖2 瀝青路面全幅無縫攤鋪
濟青高速公路原硬路肩路面結構與行車道不一致，為保證擴建後硬路肩部位能夠承受重載交通荷載，同時為保證半幅通車、半幅施工，先對一側整段長度硬路肩部位(左幅或右幅)暫不處理，直接拼寬，待交通轉序後再對其進行反開挖處治。通過技術創新，在硬路肩反開挖段，採用「橫向喂料」「大厚度攤鋪（36厘米）」「超重噸位智能碾軋」，實現一次攤鋪一次成型，提高了硬路肩反開挖段施工質量和效率。
在高速公路拓寬改造工程中，新舊路基差異沉降控制、新舊路面結構與材料性能協調及匹配、路基路面結構一體化設計等都是亟需解決的重難點問題。通過開展多方面聯合技術攻關，一方面針對改擴建工程路基差異沉降模式、沉降計算方法進行研究，提出了新舊路基差異沉降的控制標準和控制措施，確保車輛運行安全；一方面對新舊路面結構和材料進行了全面性能研究，提出了新舊路面結構轉換與性能恢復方法，實現了新舊路面結構和材料的最優協調與匹配。此外，通過室內外加速加載與實體工程試驗研究，對新舊路面結構進行長期性能觀測，進一步提高了改擴建路面結構的合理性與經濟性。
協同管理 降低成本
改擴建項目既有橋樑建設採用老技術標準，不能滿足新規範技術要求，其是否仍具有繼續服役的使用價值，目前還缺乏成熟的科技成果參考。濟青高速公路改擴建工程存在大量拆除梁板，通過開展「既有橋樑綜合利用關鍵技術」研究，從「既有中小跨徑舊橋荷載適應性」，「在役鋼筋混凝土梁疲勞損傷及剩餘壽命」，「橋樑整體化層參與結構受力」三個方面進行了多角度研究，最大程度提高了既有橋樑結構利用率，避免過度加固和拆除重建。此外，還對「拼寬橋樑的樁基礎沉降差異控制」開展了專題研究，為實施橋樑工程改擴建提供了理論支撐和技術支持。該技術的系列研究成果成功在已經開工的京滬、京台改擴建工程（山東段）中得到了規模化推廣應用。
圖3 既有橋樑荷載適應性評估試驗
在濟青高速公路改擴建橋樑建設過程中引入BIM技術，以工程結構物的三維模型為核心，以數據共享和協同工作為目標，提高管理水平，保證施工質量。通過研究，順利實現了BIM模型輕量化，建立了小清河特大橋、華山高架橋、小許家高架橋等工程結構物的BIM模型，開展了橋樑建造實時動態施工控制、掛籃施工監測、進度管理、預應力筋碰撞檢查等工作。
為了確保濟青高速公路小清河特大橋的安全性和耐久性，降低橋樑全壽命周期內的建設成本，通過開展「混凝土時變性能試驗與機理、混凝土時變性能預測模型改進、全壽命周期梁橋性能發展預測、基於模型修正的梁橋長期變形發展與實橋測試」四方面的系統研究，構建了適用於實際服役環境下的梁橋變形預測和監測技術體系，為現有預應力混凝土橋樑設計、施工和維護提供了技術支撐。
創新設計 改善質量
濟青高速公路改擴建從設計階段即應用了永久性瀝青路面結構設計理論與技術。通過採用永久性瀝青路面設計，路面結構具有強基礎、厚瀝青層等特點，路面結構壽命可達30年以上。此外，採用拼寬車道新建瀝青下面層（AC-25）與舊路面的平接設計，形成了結構優良的保通路面結構；在舊路結構補強後再加鋪兩層瀝青結構層，實現了舊路面結構的耐久保持。
在濟青高速公路改擴建過程中，示範應用了管狀勁性體、DHT土凝岩穩定材料、穩定型橡膠改性瀝青混合料、密水型瀝青膠砂橋面鋪裝、長大縱坡段高模量瀝青混合料（EME）等新材料，有效延長了重載交通道路使用壽命。
應用信息化技術，建立了瀝青路面全過程質量控制管理平台，實現了對瀝青路面生產環節溯源、現場智能碾軋等質量管控，大幅提高了管理效率和施工質量。
智慧管控 安全便捷
針對濟青高速公路改擴建保通施工安全難題，應用綜合駕駛實驗平台，模擬改擴建施工期間道路行車環境，揭示人、車、路、環境與交通安全的交互關係，指導限速標準的制定、道路標誌標線的設置，以及改擴建不同階段的交通轉序。
為切實保障濟青高速公路改擴建期間通行安全和施工安全,利用無人機對施工區進行了常態化監測,並結合信息反饋結果,對交通流進行有效管理、組織和疏導。同時,利用移動鋼護欄進行保通施工的臨時防護,大幅提升了安全保障水平。此外，還優選發光交通標誌、旋轉式防撞護欄、可導向防撞墊等交通安全新設施，以及抗凝冰瀝青路面等新技術,全方位提升濟青高速公路安全運營水平。
改擴建期間，不能降低人民群眾對「安全、快速、便捷、舒適」的出行服務體驗。一方面應用「e高速」，實現了道路運營、公安交管、廣播媒體、網際網路導航四方聯動，準確迅速推送路況圖文信息，提升了用戶出行的便捷性、及時性、安全性和體驗感；一方面通過自主開發應用的熱線智能機器人「溫馨」，全天候服務，自動識別用戶需求，以語音形式將查詢結果精確播報給用戶，提高用戶出行的科技感。此外，還對傳統反光交通錐進行了物聯網化改造，應用智慧錐桶實現與導航地圖軟體數據平台無縫對接，實時上傳路面作業動態數據，同步更新推送給導航使用者，保障民眾的出行安全與便捷。
生態環保 節能高效
首次將拜耳法赤泥應用於高速公路建設，赤泥路床的路用指標和污染性控制指標均滿足設計與規範要求。濟青高速公路改擴建赤泥路床填築的規模化應用，為赤泥在道路工程建設中的資源化利用奠定了基礎。
圖4 赤泥生態環境實驗
開展了高性能乳化瀝青廠拌冷再生技術推廣應用，並進行了廢棄結構混凝土再生集料高值化利用技術研究，實現了舊路面材料、廢棄混凝土材料等舊路材料100%再生利用，其中40%高值化利用，變廢為寶。舊路材料的循環再利用，極大地節約了砂石、瀝青等道路建築材料，降低工程造價，節約棄渣占地，減少碳排放。
圖5 舊路面銑刨料回收利用
圖6 廢棄結構物混凝土回收利用
此外，在濟青高速公路改擴建過程中，為了對舊護欄進行循環再利用，通過計算機高精度仿真模擬，及實施實車碰撞試驗驗證，自主研發了多種護欄形式，實現了全線再利用舊波形梁護欄達642公里，節省鋼材近萬噸，大幅降低了護欄工程造價。
圖7 舊波形梁護欄改造再利用
在濟青高速公路濟南東服務區，集成應用低碳建築設計、服務區污水資源化處理、透水路面鋪裝、雨水收集利用等新技術，實現污水處理、中水利用、雨水收集利用、生活垃圾集中無害化處理等。進一步降低服務區能耗，提高水資源利用率，促進節能減排，提升服務體驗，建設低碳、海綿型服務區，打造高速公路溫馨驛站新品牌。
圖8 海綿服務區透水停車場
在濟青高速公路岩石路塹邊坡，應用「水-土-生」三大生態防護關鍵技術，形成了坡面穩定的草灌型護坡植被，整體覆蓋率超過75%，保證高陡岩石邊坡生態修復效果和質量。橋台錐坡防護以生態磚替代傳統六棱塊，有利於形成坡面穩定的多樣性護坡植被，有效防治高速公路改擴建工程建設造成的水土流失，使橋台錐坡生態得到有效恢復，最大限度恢復濟青高速公路生態景觀。
圖9 邊坡生態防護
面對持續增加的環保壓力，一方面利用環保測試手段，對施工場地環境進行全節點、連續式跟蹤監測，建立完善的施工期能耗評價體系，提出針對性節能減排措施；另一方面對基於瀝青機械發泡的混合料綠色溫拌技術進行研究，有力推動了瀝青路面建設綠色環保和可持續發展。
工程建設背後的思考
堅持目標導向。認真梳理工程技術難題，準確定位工程需求，精準確立科研項目研究方向，以推廣應用和集成攻關「新技術、新工藝、新材料、新產品」為載體，大力開展科技創新，有效促進科技成果工程化和產業化，達到交通運輸管理水平、運輸服務品質、工程建設質量等方面的典型示範效應。同時，積極關注社會需求，勇於承擔社會責任，比如拜耳法赤泥在濟青高速公路改擴建路床填築施工上的示範應用，不僅實現了固體工業廢棄物的「綠色利用」，還減輕了相關企業處置工業廢棄物的負擔，形成了新的經濟增長點。
堅持問題導向。對制約工程質量的難點，實施重大技術攻關；對制約工程進度的難點，研究推廣四新技術；對影響工程建設安全的難點，進行安全智慧管控研究；對影響工程綠色發展的難點，研究應用綠色環保技術。濟青高速公路改擴建綠色科技示範工程即緊扣「綠色」理念，在上述四個方面開展了一系列創新實踐，較好地完成了「建設品質工程、推進環境友好、實現綠色建造、提升服務質量」的科技示範引領目標。
堅持創新導向。積極搭建科研院所、高等院校、高新技術產業等多方協同創新平台，激發建設、科研、設計、監理、施工等單位創新活力，切實保證科技創新成果及時落地。合理引導，制定激勵措施，充分調動參與各方積極性，切實保障科研單位的研究先導作用、設計單位的技術服務作用、施工單位的貫徹落實作用，以及監理單位的監督協調作用。在濟青高速公路改擴建過程中，項目辦建立了「工程建設進度與科研項目同步推進」的管理模式，有效實現了科技創新成果與工程建設質量雙提升。
堅持主體導向。在科技示範工程實施過程中，充分發揮了建設管理單位的主導作用，建立健全科技管理制度，積極開展工程建設專家諮詢，形成重大技術難題攻關智庫。充分利用外腦，聯合行業知名單位共同開展科技攻關，滿足自身發展的多元化需求。在濟青高速公路改擴建過程中，項目辦聯合了17家交通行業知名高等院校、科研院所及公司，共同開展科學研究工作，加上設計、施工、監理等參建單位，形成了攻堅破難合力，共同促進工程建設質量的不斷提高，也為全國高速公路改擴建工程建設質量和服務水平的有效提升樹立了典範。
本文刊載 /《橋隧產業資訊》雜誌 2019年7月 總第37期
作者 / 呂思忠
作者單位 / 山東高速股份有限公司