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隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，交通流量的不斷增長，早期修建的高速公路通行能力已滿足不了出行需求，服務(wù)水平嚴(yán)重下降，改擴(kuò)建成為高速公路提質(zhì)升級的重要舉措。而國民經(jīng)濟(jì)實力和信息化、智能化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對高速公路改擴(kuò)建也提出了更高的要求，創(chuàng)建“百年平安品質(zhì)工程”理念深入人心。在該背景下，高速公路改擴(kuò)建存在著亟待聚焦的共性技術(shù)問題，應(yīng)及時梳理和建議，為后續(xù)高速公路建設(shè)提供一定的借鑒和參考。

1988年，中國第一條高速公路——上海至嘉定高速公路正式通車。1998年，我國高速公路通車?yán)锍?733公里。截至2019年底，我國高速公路總里程突破15萬公里，雙向八車道高速公路達(dá)5000公里，高速公路高質(zhì)量發(fā)展加速，朝著“交通強(qiáng)國”的戰(zhàn)略目標(biāo)闊步前進(jìn)。目前，國家高速公路網(wǎng)骨干通道交通量持續(xù)增長，早期修建的高速公路逐漸飽和，如圖1所示，全國高速公路擁堵程度較為嚴(yán)重，服務(wù)水平明顯下降，既有高速公路擴(kuò)容改建的需求突出，改擴(kuò)建成為高速公路提質(zhì)升級的重要手段。

2010年之前，我國相繼完成了廣佛、沈大、滬寧、滬杭甬等1000公里左右的高速公路改擴(kuò)建工程建設(shè)。從2010年到2015年，又接連開展了連霍、京港澳、福夏漳、呼包、沈繞、寧合、昌樟、桂柳、西潼、西寶等約2000公里的高速公路改擴(kuò)建工作。當(dāng)前，濟(jì)青、京滬、京臺、濟(jì)廣、昌九、柳南、京藏、杭金衢、沈四、長四、吐烏大、烏奎、漳龍、合安、合寧、合蕪等約4000公里的高速公路改擴(kuò)建工程正在如火如荼的建設(shè)過程中（部分剛剛建成通車）。

高速公路改擴(kuò)建工程從最開始的初步嘗試，到積極探索、多模式融合，再到精準(zhǔn)施策、全面提升，一直發(fā)展到現(xiàn)在的科學(xué)規(guī)劃、高質(zhì)量發(fā)展理念全面落實，在這個過程中開辟了一些新思路，積累了一定的工程建設(shè)經(jīng)驗。現(xiàn)階段的高速公路改擴(kuò)建追求的是更高質(zhì)量的工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，更高安全的施工保障措施，更高要求的生態(tài)環(huán)保和文明施工，倡導(dǎo)建設(shè)“品質(zhì)工程”“平安工程”“綠色工程”“智慧工程”。

圖1 全國公路交通擁堵分布圖

技術(shù)需求現(xiàn)狀

圖2 高速公路改擴(kuò)建技術(shù)需求

高速公路改擴(kuò)建工程不同于新建工程，有其自身的建設(shè)特點。改擴(kuò)建工程施工期間，為保障道路通行能力，減少對周圍路網(wǎng)交通流量和正常社會秩序的影響，需要“邊通車，邊施工”，大大增加了工程建設(shè)的難度，還有新舊橋梁、路基拼接、新老規(guī)范差異大等問題，改擴(kuò)建工程還存在一定的建設(shè)難度。

邊通車邊施工，施工難度大

改擴(kuò)建施工過程中，需要一邊保障道路通行能力，一邊開展施工作業(yè)，其不利因素主要體現(xiàn)在以下3個方面。

首先，施工期間，車輛正常通行，對于交通、施工組織方案提出了更高的要求。研究制定合理的交通組織方案，對保障施工區(qū)車輛通行的便捷及安全具有十分重要的意義。橋梁、路面施工無法一次性完成，需兩次轉(zhuǎn)序（將車輛全部導(dǎo)改至半幅四車道通行，另外半幅四車道封閉施工）后，才能夠完成全部施工工序。

其次，交通安全設(shè)施不足與管控困難。在邊通車邊施工的情況下，雖然路側(cè)設(shè)置了移動鋼護(hù)欄等防護(hù)措施，也采取了限行限速措施，但由于移動鋼護(hù)欄的防撞能力不足，管控措施無法有效限制主線通行大型車輛等原因，道路通行車輛會對路側(cè)施工作業(yè)人員帶來較大安全隱患。

再次，容易發(fā)生交通擁堵。為滿足快速施工要求，壓縮道路通行車道數(shù)量，會大大降低道路通行能力，很大可能會引發(fā)道路擁堵現(xiàn)象。

新舊結(jié)構(gòu)拼接問題突出

新舊結(jié)構(gòu)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)存在較大差異，要選擇合理的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，才能做好新舊結(jié)構(gòu)的拼接。新舊結(jié)構(gòu)的拼接主要體現(xiàn)在兩個方面。

一方面是新舊路基的拼接。舊路基已運行近20年，理論上固結(jié)沉降已經(jīng)完成，處于穩(wěn)定狀態(tài)，新路基建設(shè)完成后，在自重應(yīng)力作用下會產(chǎn)生一定的固結(jié)沉降，加上交通荷載作用，新舊路基之間必然會產(chǎn)生一定的不均勻沉降，新舊路基間沉降差異會對路面結(jié)構(gòu)下承層和內(nèi)部受力產(chǎn)生巨大影響，對道路行車安全和舒適性也會產(chǎn)生一定的影響。

另一方面是新舊橋梁的拼接。新橋與舊橋參照的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不同，梁高差別較大，需要選擇一個合理的標(biāo)準(zhǔn)。新舊橋梁之間的差異沉降容易造成橋梁之間的接縫出現(xiàn)開裂，由于施工過程中，道路上有車輛正在行駛，因此，新舊橋梁濕接縫澆筑后，車輛通行過程中產(chǎn)生的振動荷載必然會對澆筑的濕接縫產(chǎn)生一定的擾動，導(dǎo)致濕接縫與兩側(cè)梁板之間的黏結(jié)較差，濕接縫受擾動，自身的強(qiáng)度也會受到影響。

廢棄材料再生利用問題突出

改擴(kuò)建工程由于自身的工程特點，會產(chǎn)生大量的漿砌圬工、瀝青路面回收材料、大宗固體工業(yè)廢棄物、廢舊交安護(hù)欄等。合理、高效地利用這些廢舊材料，是建設(shè)綠色工程、實現(xiàn)資源節(jié)約、循環(huán)低碳的重要舉措。資源再生利用主要體現(xiàn)在3個方面。

圖3 RAP中新舊瀝青的混合狀態(tài)

圖4 路面病害類型復(fù)雜

一是瀝青路面回收材料（RAP）的高值化再生利用。高值化利用是指將銑刨料作為再生路面材料的骨料。為保證新舊路基的整體性和穩(wěn)定性的統(tǒng)一，改擴(kuò)建施工過程中，需要對舊路開挖臺階，銑刨老路面，從而產(chǎn)生大量的路面銑刨料，如果將銑刨料用來修整便道或作為臺背回填的材料，則不能實現(xiàn)銑刨料的高值化利用。

據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)采用乳化瀝青冷再生代替ATB柔性基層時，每生產(chǎn)1噸乳化瀝青冷再生混合料可節(jié)省石料700千克至900千克，節(jié)省瀝青15千克，節(jié)省能耗133兆焦耳，減少1.1千克等效二氧化碳、0.02千克等效二氧化硫和0.06千克顆粒物排放。然而，現(xiàn)有的銑刨料再生利用技術(shù)雖取得了一定的工程應(yīng)用，但由于需要專門的再生拌和設(shè)備，且設(shè)備價格較高，施工組織安排不合理。RAP中的舊瀝青與新加入瀝青的混合效果差，也是瀝青路面回收材料高值化利用的一大難題。如圖3所示，RAP中的舊瀝青與新瀝青的混合狀態(tài)有三類：無混合狀態(tài)、部分混合狀態(tài)和完全混合狀態(tài)。在再生路面材料回收利用過程中，銑刨料中的舊瀝青和新加入瀝青基本是處于無混合或者部分混合狀態(tài)，集料與瀝青間的黏附性能不佳，所以再生混合料路用性能較差，導(dǎo)致銑刨料的再生利用未能廣泛推廣應(yīng)用。

二是既有板梁橋的精準(zhǔn)評價與加固利用。改擴(kuò)建工程中，如果能最大程度利用既有板梁橋，不僅能夠節(jié)省大量的工程投資，還能很大程度上加快施工進(jìn)度，縮短工期。按照現(xiàn)行荷載標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，通過簡化的計算方案，多數(shù)橋梁不能滿足承載力要求，需拆除重建。大部分橋梁工作狀況均處于良好狀態(tài)，能夠滿足當(dāng)前承載能力的要求，因此，需對既有板梁橋的狀況進(jìn)行準(zhǔn)確評價并采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧ú豢杉庸踢^度）后可繼續(xù)使用，不至于拆除。

三是廢舊交安設(shè)施與護(hù)欄的再利用。濟(jì)青高速公路改擴(kuò)建工程取得了一定的研究和應(yīng)用成果。舊路的交安設(shè)施和護(hù)欄是按照舊版《公路交通安全設(shè)施設(shè)計規(guī)范》（JTG D81-2006）標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，經(jīng)過十多年的發(fā)展，舊路交安設(shè)施和護(hù)欄不能滿足現(xiàn)行《公路交通安全設(shè)施設(shè)計規(guī)范》（JTG D81-2017）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，原有舊設(shè)施和護(hù)欄不能直接利用，通過加固翻新后再利用的價值有待商榷，加固翻新、往來運輸成本較高。

道路病害精確診斷難度大

舊路經(jīng)過長期運行，瀝青路面在高溫時產(chǎn)生泛油，在車輛荷載的作用下會出現(xiàn)車轍、擁包，嚴(yán)重時產(chǎn)生坑槽、深陷等病害，如圖4所示。溫度驟降和路面材料收縮會造成橫向裂縫，路基不均勻沉降和施工問題等會造成縱向裂縫。瀝青老化和黏附性能變?nèi)鯐斐陕槊娆F(xiàn)象。多種病害的影響因素多、損壞源復(fù)雜、病害差異大、精確診斷難度大，道路病害對癥改造難度大。

圖5 目前我國高速公路改擴(kuò)建工程建設(shè)中的共性問題、技術(shù)瓶頸亟待厘清。

預(yù)制裝配化施工要因地制宜統(tǒng)籌安排

實現(xiàn)工廠化預(yù)制、裝配化施工，應(yīng)從設(shè)計階段開始謀劃。首先，臨時性預(yù)制裝配場站建設(shè)費用投入較大，因此要對位置、規(guī)模、運輸條件、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)等做統(tǒng)籌考慮；其次，從工廠化預(yù)制的角度來考慮，構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式和尺寸不宜過多，但考慮到舊橋的情況，改擴(kuò)建工程中構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式和尺寸較多，批量化、規(guī)?；念A(yù)制裝配生產(chǎn)和施工，要在設(shè)計上統(tǒng)籌考慮；再次，裝配式施工技術(shù)只有少數(shù)人掌握，施工經(jīng)驗缺乏，目前沒有專門針對公路橋梁預(yù)制裝配相關(guān)的設(shè)計和施工規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。上述種種原因阻礙了預(yù)制裝配技術(shù)在高速公路改擴(kuò)建工程中的推廣應(yīng)用。

智慧公路建設(shè)需求高

廣大民眾對于出行服務(wù)品質(zhì)提出了更高的要求，這對高速公路建設(shè)者在智慧高速公路、智慧服務(wù)區(qū)等方面的建設(shè)水平和能力提出了挑戰(zhàn)。智慧高速公路建設(shè)的含義十分廣泛，是基于智能化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、自動化科技背景下的一種大數(shù)據(jù)整合利用技術(shù)，集智慧、安全、綠色、高效于一體。改擴(kuò)建是提高道路通行能力和服務(wù)水平的最有利時機(jī)。

現(xiàn)階段實現(xiàn)的智慧高速公路建設(shè)并不是指車路協(xié)同網(wǎng)聯(lián)條件下的自動駕駛，而應(yīng)是指基于當(dāng)前交通車輛條件下能夠讓駕乘人員有更直接、更實用、更便捷的智能化出行體驗。短期內(nèi)自動駕駛技術(shù)無法實現(xiàn)全車道、全路段內(nèi)正常行駛。智慧高速公路建設(shè)需確立合理、可靠、明確的目標(biāo)和定位，在改擴(kuò)建過程中可按照立足于解決現(xiàn)實問題、運管高度智能、標(biāo)準(zhǔn)適度超前、瞄準(zhǔn)行業(yè)前沿的原則，分階段漸進(jìn)式推進(jìn)，以取得實效為基礎(chǔ)，探索前沿技術(shù)。

對策與措施

在高速公路改擴(kuò)建面對新的技術(shù)需求和時代需求下，打造“百年平安品質(zhì)工程”，首先要確立明確的建設(shè)目標(biāo)，起點高，終點才能高。有了明確的目標(biāo)，全體建設(shè)者才會共同朝該目標(biāo)去努力爭取，并且牢固樹立質(zhì)量第一的工作原則。相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的具體需求和措施，如圖6所示。

面向公眾的施工期交通動態(tài)組織與車道級導(dǎo)改關(guān)鍵技術(shù)

針對高速公路改擴(kuò)建工程中強(qiáng)化施工安全管理和提高車輛通行效率的需求，綜合運用電子高精度地圖采集、北斗數(shù)字差分定位、多源異構(gòu)大數(shù)據(jù)融合、輕量化圖形數(shù)據(jù)分發(fā)等新興技術(shù)，攻克分米級道路基礎(chǔ)設(shè)施快速數(shù)字化、網(wǎng)聯(lián)環(huán)境下交通狀態(tài)規(guī)模化感知、車道級交通流智能調(diào)度組織，以及車輛通行誘導(dǎo)信息發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)化等技術(shù)難題，構(gòu)建多源異構(gòu)大數(shù)據(jù)庫，開發(fā)智能交通誘導(dǎo)監(jiān)控信息平臺，通過GIS技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實現(xiàn)交通數(shù)據(jù)處理、參數(shù)預(yù)測、狀態(tài)分級、擁堵可視化、交通誘導(dǎo)等功能，形成高速公路改擴(kuò)建工程智能交通誘導(dǎo)一體化解決方案，提高高速公路改擴(kuò)建工程運營安全管理智能化、信息化、精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)水平，保障高速公路改擴(kuò)建過程中運營安全與通行效率。

圖6 百年平安品質(zhì)工程需求與措施

新舊路基差異沉降控制技術(shù)

新舊路基不均勻沉降會影響道路行車舒適性和安全性。面對新舊路基不均勻沉降的問題，應(yīng)采取全過程施工質(zhì)量控制解決差異沉降。路基處置深度是控制新舊路基差異沉降的關(guān)鍵因素之一，基底處理采用沖擊碾沖擊壓實，然后利用碎石換填，換填厚度不小于30厘米，以利于地表水排出，提高路基的水穩(wěn)定性。路基填筑采用分層碾壓的施工工藝，提高路基填筑的壓實度，路床部分采用3%至4%水泥土壓實養(yǎng)生處理，并鋪設(shè)不少于兩層的高強(qiáng)度土工格柵，提高路基的整體穩(wěn)定性，水穩(wěn)層水泥膠凝材料摻量不宜過高，在滿足最低強(qiáng)度要求的情況下，盡量降低水泥摻量，防止水穩(wěn)層開裂造成路面層的反射裂縫。新舊路基搭接處應(yīng)開挖臺階，進(jìn)行錯臺搭接，加強(qiáng)新舊部分的整體結(jié)構(gòu)性和變形協(xié)調(diào)性。

圖7 施工轉(zhuǎn)序交通導(dǎo)改

圖8 碎石換填與水穩(wěn)層施工

圖9 預(yù)制裝配橋梁立柱及涵節(jié)

圖10 智慧高速公路建設(shè)思路

圖11 2019年，山東高速公路建設(shè)里程達(dá)到2384公里，其中新建1421公里、改擴(kuò)建963公里。

預(yù)制拼裝施工質(zhì)量控制技術(shù)

預(yù)制拼裝技術(shù)在工業(yè)與民用建筑領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，技術(shù)也相對成熟，在城市道路橋梁建設(shè)中也得了一定的應(yīng)用推廣，上海S3和S7公路、上海軌道交通11號線和17號線、江西南昌洪都大道、新疆烏魯木齊東進(jìn)場高架橋等均實現(xiàn)了上下部結(jié)構(gòu)全預(yù)制拼裝，目前在高速公路改擴(kuò)建工程建設(shè)中的應(yīng)用還處于初期階段。首先，從節(jié)約工程建設(shè)投資方面考慮，建設(shè)永久性預(yù)制場站是一種經(jīng)濟(jì)合理的方式；其次，應(yīng)從設(shè)計階段統(tǒng)籌謀劃，優(yōu)化構(gòu)件形式和截面尺寸，減少模板類型；再者，應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場預(yù)制和施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，指導(dǎo)現(xiàn)場施工。讓預(yù)制拼裝技術(shù)在高速公路改擴(kuò)建中真正意義上實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、裝配化施工，專業(yè)化管理。

明確智慧高速建設(shè)思路

面向未來智慧、安全、綠色、高效的智慧高速公路，短期內(nèi)要想實現(xiàn)全路段的自動駕駛和車路協(xié)同，顯然是不現(xiàn)實的，自動駕駛車輛費用較高，真正的自動駕駛必須依靠車輛車載單元的信息接收與決策，自動駕駛車輛無法普及，無論高速公路建設(shè)得多么“智慧”，都實現(xiàn)不了自動駕駛的美好愿望。短期內(nèi)智慧高速公路建設(shè)目標(biāo)應(yīng)該確定在完全不依賴車的情況下，最大程度為駕乘人員帶來更舒適的乘車體驗，解決駕乘人員對于道路交通和氣象信息，以及危險路段路況信息的及時發(fā)布和提醒。筆者認(rèn)為，目前短期內(nèi)智慧高速公路建設(shè)應(yīng)確定在以下幾個方向。

第一，基于輕型客車專用車道和重載貨車專用車道設(shè)計的客貨分離行駛。目前，在建高速公路改擴(kuò)建工程多為雙向四車道改八車道，車道數(shù)量增加后，提出專用車道設(shè)計技術(shù)，有助于提高道路車輛通行安全性，提升道路通行能力，節(jié)省改造投資，降低車輛排放，為未來智能交通和自動駕駛創(chuàng)造條件。

圖12 高速公路改擴(kuò)建工程逐漸成為提高通行能力、提升服務(wù)水平、改善出行體驗的“鑰匙”。

第二，道路交通、氣象、導(dǎo)改、封閉信息實時更新發(fā)布。通過交通、氣象信息等前端信息，采集傳感器實時獲取道路信息，通過后臺內(nèi)置處理算法預(yù)測交通運行環(huán)境、運行狀態(tài)、數(shù)據(jù)分析與事件。并通過多媒體手段（可變信息情報板、可變信息標(biāo)志牌、導(dǎo)航軟件、電臺等）實時對外發(fā)布道路交通導(dǎo)改、封閉、路面交通狀況等信息，為駕乘人員提供及時可靠的決策信息。

第三，基于未來自動駕駛的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。考慮目前的實際情況，適用于自動駕駛的車輛基本處于試驗場地測試和示范階段，未進(jìn)入量產(chǎn)化生產(chǎn)與銷售階段，因此，現(xiàn)階段支持自動駕駛車輛行駛的路側(cè)單元設(shè)備配置的意義不大。但自動駕駛與車路協(xié)同是未來智能交通的發(fā)展方向，現(xiàn)階段高速公路改擴(kuò)建應(yīng)瞄準(zhǔn)的方向是——在自動駕駛車輛達(dá)到一定規(guī)模和數(shù)量時，高速公路應(yīng)具備配置相關(guān)路側(cè)單元設(shè)備的能力。

我國高速公路改擴(kuò)建工程建設(shè)事業(yè)正在蓬勃發(fā)展，向“交通強(qiáng)國”戰(zhàn)略不斷邁進(jìn)。隨著交通行業(yè)科技水平的不斷提升，高速公路改擴(kuò)建工程建設(shè)也會向更高水平邁進(jìn)。“未來的路”任重道遠(yuǎn)，因此，我們應(yīng)該以發(fā)展的眼光看待高速公路建設(shè)，以更高標(biāo)準(zhǔn)要求自己，高起點謀劃、高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)、高質(zhì)量推進(jìn)，加快推動“百年平安品質(zhì)工程”在高速公路改擴(kuò)建中的落地實施。