文|貴州中交貴黃高速公路有限公司 劉志航
在建設(shè)過程中,貴黃高速遇到了多種難題,其中環(huán)境保護和水土保持面對的任務(wù)更為艱巨,一方面難以避免對原有生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生破壞,另一方面國家環(huán)保政策趨緊和環(huán)保督查力度加大,對建設(shè)過程中的環(huán)水保工作提出了更高的要求。如何破題?除了加強管理,最重要的是依靠技術(shù)創(chuàng)新,以技術(shù)手段落實設(shè)計方案,克服種種困難,實現(xiàn)環(huán)保施工、節(jié)能施工、安全施工。以科技之力,實現(xiàn)青山綠水間的生態(tài)工程建設(shè)。
隧道建設(shè)屬于地下工程,施工難度由隧址區(qū)域地質(zhì)情況決定。目前,大多數(shù)公路隧道地形地質(zhì)條件復(fù)雜,雖然可以通過多種地質(zhì)預(yù)報手段避免部分由地質(zhì)災(zāi)害引起的隧道安全事故,但更多情況下,因不可預(yù)知的地質(zhì)變化仍讓建設(shè)者們付出了沉重的代價。傳統(tǒng)的隧道施工方法洞身開挖、支護、噴射混凝土等工序全部采用人工完成,掌子面作業(yè)人員眾多,施工人員勞動強度極大、作業(yè)時間長,功效較低,同時一旦發(fā)生危險,極易產(chǎn)生嚴重的安全事故。
貴黃高速龍昌隧道起點位于貴州省福泉市龍昌鎮(zhèn)下壩村東側(cè),終點位于白秧塘村西側(cè),左線隧道全長2165米,右線隧道全長2230米。龍昌隧道施工配置了三臂鑿巖臺車、拱架安裝臺車、濕噴臺車、凈漿注漿機、液壓仰拱棧橋、防水板自動掛設(shè)臺車等40臺套,摒棄傳統(tǒng)工藝,以“機械化換人、自動化減人”為目標,強力推行機械化施工。
全工序成套機械化工藝流程
永臨結(jié)合的花園式工地
傳統(tǒng)工藝采用人工進行炮眼鉆設(shè),三車道隧道一般需要人員為18人至20人,而且鉆進速度慢,人工炮眼鉆設(shè)隨意性較大,根據(jù)施工人員經(jīng)驗判斷炮眼間距,超欠挖控制難度大,易造成浪費。
隧道機械化工裝配套示意圖
相較傳統(tǒng)工藝,三臂鑿巖臺車作業(yè)有效降低了洞內(nèi)粉塵污染。
龍昌隧道采用三臂鑿巖臺車,僅需4名至5名操作手,通過全站儀為鑿巖臺車自身定位,預(yù)先輸入炮眼布置圖后,啟動自動鉆設(shè)功能,即可實現(xiàn)智能鉆孔。單孔鉆進速度快,鉆孔精確,超欠挖控制效果較好,提升了功效,減少了浪費的同時,極大地改善了洞內(nèi)環(huán)境。
隧道除塵凈化設(shè)備
多功能防水作業(yè)臺車
智能噴淋養(yǎng)生臺車
傳統(tǒng)工藝采用人工安裝拱架,施工人員靠肩扛人抬將拱架移動至設(shè)計位置,一次性成功幾率低,調(diào)節(jié)困難,隨意性較大,拱架安裝質(zhì)量低,同時施工人員長時間在暴露的圍巖下開展重體力勞動,易發(fā)生安全事故,同時用時較長、功效低。
龍昌隧道選用拱架臺車安裝拱架,利用拱架臺車機械手抓起已拼接的拱架,移動至設(shè)計位置,安裝調(diào)節(jié)極為方便快捷,在減少人員數(shù)量的前提下,大大降低了工人的勞動強度,施工速度快、功效高、安全性高、安裝準確。
傳統(tǒng)工藝開展干噴或潮噴混凝土作業(yè)時,洞內(nèi)粉塵較大,空氣質(zhì)量差。在超挖較大情況下填塞部分填充物,人為形成空洞,影響隧道使用壽命,同時干噴混凝土,用水量控制不準確,混凝土強度難以保證。值得注意的是,干噴或潮噴采用的噴漿機一般為小型噴漿機,功率低下、噴射時間長,施工人員長時間在這種環(huán)境下,易患矽肺、塵肺等職業(yè)病。
龍昌隧道使用的濕噴臺車,混凝土由拌和站集中拌和、罐車運輸,通過濕噴機噴射,降低了粉塵含量,每小時30立方米的噴射速度大大提高了功效,減少了工人在洞內(nèi)作業(yè)時間,降低職業(yè)病概率。同時,濕噴機功率大,噴射壓力強,噴射混凝土密實,從而徹底解決了隧道初支背后空洞的問題,在龍昌隧道應(yīng)用過程中,通過多次鉆芯取樣等手段驗證,實際應(yīng)用效果良好。工人也由傳統(tǒng)工藝的8人減少到2人。
傳統(tǒng)工藝防水板掛設(shè)需工人將防水板展鋪在隧道洞壁,人工約3人至5人,勞動強度大,防水板定制寬度最寬3米,并且松緊度控制難度大。
龍昌隧道運用防水板自動掛設(shè)臺車,通過弧形軌道和牽引系統(tǒng),將載有防水板的小車從底部牽引經(jīng)過拱頂?shù)搅硪粋?cè)底部,自動展開防水板,便于人工固定,降低勞動強度的同時,防水板掛設(shè)松緊適度,可適當增加防水板定制寬度,減少接縫,降低滲水風(fēng)險。
通過龍昌隧道的實踐證明,采用機械化施工“9+N”模式在隧道施工節(jié)能降噪方面取得了良好的效果,從而進行全線推廣。
在西南山區(qū)如貴州省、云南省等地,冬雨期道路凝冰路面狀況特別突出,山區(qū)高速公路在長大縱坡和冰雪雙重作用下,容易導(dǎo)致汽車剎車失靈、方向失控,造成嚴重的交通事故,給道路暢通和行車安全帶來一定安全隱患。更重要的是,如果使用融雪劑,特別是氯鹽型融雪劑,則將面臨嚴重的環(huán)保風(fēng)險。
為此,貴黃高速開始研究、攻克冰雪道路的抑冰路面防冰凍技術(shù)難題,特別是研究環(huán)保型融冰雪控制材料。結(jié)合高速公路中壓實積雪和融冰破碎清除要求,貴黃高速將不同冰雪控制材料的適用性及相應(yīng)除冰雪機械的效率與配置組合,研究夏季雨水對防凝冰材料性能的影響。
工地一角
依托于貴黃高速LM2標項目建設(shè)及運營,相關(guān)研究人員開展了路面防凝冰原理與防凝冰材料工作機制研究、防凝冰材料優(yōu)選與防凝冰瀝青混合料研究、防凝冰瀝青路面配合比優(yōu)化與施工工藝研究、路面防凝冰效果及其衰變規(guī)律研究、雨雪冰凍氣象條件下路面融冰除雪綜合應(yīng)對措施研究。
貴黃高速部分段落瀝青路面所采用的新型材料較以往傳統(tǒng)材料有質(zhì)的飛躍,此種工藝不僅使后續(xù)高速公路有很強的耐久性、安全性,而且不會對瀝青混凝土路面質(zhì)量產(chǎn)生影響。貴黃高速的技術(shù)研究將大大驅(qū)動今后防凝冰路面研究工作。
同時,防凝冰路面優(yōu)點明顯,首先是施工簡便,替代礦粉摻入瀝青混凝土中,無需添加改造設(shè)備投料。其次是性能可靠,不改變原配合比設(shè)計,對瀝青混凝土路面的路用性能沒有影響。另外,防凝冰路面長效主動除冰融雪,將路面凍結(jié)溫度降至零下10攝氏度或零下18攝氏度,路面與冰雪有效剝離,減少融雪劑和除雪機械的使用量,保證摩擦系數(shù),降低交通事故發(fā)生率,降低冬季路面損害,經(jīng)濟效益明顯。最為重要的是,防凝冰路面環(huán)境友好,碳鋼腐蝕率低,有效減少橋梁和路面鹽害發(fā)生,并且用途廣泛,可適用于瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面。
一般情況下,瀝青路面施工采用熱拌熱鋪的方法施工,通常需要將瀝青加熱到160攝氏度左右的高溫,瀝青會排放出一定量的污染物,其中包括揮發(fā)物(VOCs)、碳氧化物、氮氧化物、硫化物等,對環(huán)境造成嚴重污染,對施工人員的呼吸系統(tǒng)也存在強烈的刺激,在相對封閉的環(huán)境中(如隧道)尤為突出。瀝青煙的成分主要是多環(huán)芳烴(PAHs)及少量氧、氮、硫的雜環(huán)化合物,包括萘、菲、酚、咔唑、吡啶、吡咯、吲哚、茚等100余種有機質(zhì),其中的苯并芘(BaP)和蒽類等化合物更是強致癌物質(zhì)。
瀝青在高溫(120攝氏度至180攝氏度)條件下,極易釋放出含有二惡英等有害成分的有毒瀝青煙,能致癌和引發(fā)呼吸道疾病。當路面攤鋪溫度約為180攝氏度時,瀝青煙氣和懸浮顆粒最大濃度為每立方米10毫克至12毫克,若瀝青混合料溫度達到200攝氏度,濃度則高達每立方米50毫克。施工人員長期暴露在瀝青煙霧中工作,會造成嘔吐、胃痛、食欲下降、頭疼、疲勞等一系列健康危害,嚴重者會引起中毒性肺炎,出現(xiàn)肝臟腫大和白血球增高,并誘發(fā)癌癥和引發(fā)呼吸道疾病。
在保證公路路面施工質(zhì)量和性能的前提下,貴黃高速注重公路建設(shè)中的環(huán)境保護,有效減少瀝青混合料施工過程中有害氣體的排放,改善施工環(huán)境和空氣環(huán)境,確保施工人員和人民群眾的身心健康。
結(jié)合凈味瀝青的凈味機理及瀝青膠結(jié)料性能,貴黃高速提出凈味改性瀝青的設(shè)計方法,研發(fā)了減排效果良好的凈味改性瀝青。在瀝青路面施工過程中產(chǎn)生的瀝青煙氣,主要為瀝青中輕組分的揮發(fā)及少量大分子物質(zhì)的分解。在篩選瀝青凈味劑時,以不降低瀝青混合料的路用性能為基準,重點考慮添加劑能否束縛或減少瀝青中的易揮發(fā)成分。同時通過分析凈味劑摻量與基質(zhì)瀝青品種對凈味瀝青成品凈化效果的影響,確定出凈味劑與基質(zhì)瀝青的最佳配比。
貴黃高速的研究成果可從源頭上控制和減少瀝青煙排放,真正實現(xiàn)瀝青路面生產(chǎn)全過程的污染控制,這對交通行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有重要的價值,為助力貴州省綠色交通建設(shè)提供重要支撐,具有顯著的社會效益。
生態(tài)貴黃的技術(shù)支撐
● 隧道棄碴綜合利用
貴黃高速的隧道開挖棄碴及路塹挖方棄方量達1480萬立方米,通過高填路基反壓、加工碎石改良路基等多種形式,最大限度利用隧道棄碴,既解決隧道棄碴占地堆放的難題,又降低了工程造價。
● 聚能爆破+水壓爆破綜合技術(shù)
隧道建設(shè)中推廣“聚能爆破+水壓爆破綜合技術(shù)”應(yīng)用,明顯改善作業(yè)環(huán)境,大幅提升隧道光面爆破效果,有效解決隧道施工中長期存在的超欠挖問題。
● 防水板激光定位+超聲波焊接綜合技術(shù)
“防水板激光定位+超聲波焊接綜合技術(shù)”通過激光燈投射光斑對熱熔墊圈精確定位,實現(xiàn)熱熔墊圈快速、規(guī)范安裝,并通過超聲波固定焊接,提升隧道襯砌防水材料的施工質(zhì)量和防水效果。
● 二襯防水材料鋪掛臺車應(yīng)用
二襯防水材料鋪掛臺車具有土工布和防水板掛設(shè)的功能,在使用過程中有效地節(jié)約人力物力,提高掛布質(zhì)量,防止漏氣,有效保證防水板焊接質(zhì)量和平整度。
● 二襯拱頂帶模注漿技術(shù)
二襯拱頂帶模注漿技術(shù)通過在襯砌臺車頂部開孔,在拱頂設(shè)置注漿管,襯砌沖頂結(jié)束后,采用注漿一體機,帶模高壓注入微膨脹砂漿。技術(shù)設(shè)備簡單,注漿一板襯砌只需2小時左右,不占用正常襯砌施工時間,帶模注漿可在混凝土初凝時開始注漿,提高襯砌混凝土與注漿處理漿液的整體性,防止拱頂脫空,保證隧道襯砌厚度,消除遠期的質(zhì)量病害。
● 霧化養(yǎng)生技術(shù)或自噴式養(yǎng)生臺車
全線隧道推廣應(yīng)用洞內(nèi)霧化養(yǎng)生或自噴式養(yǎng)生臺車技術(shù)。技術(shù)具有操作簡單、移動方便等特點,養(yǎng)生二襯的同時具有很好的降塵作用,養(yǎng)生效果好,很好地提高了二襯后期強度,防止干縮裂縫產(chǎn)生,有效保證隧道二襯施工質(zhì)量。
● 橋梁泄水管采用SMC材料
在梁體結(jié)構(gòu)中不易更換的一段泄水管設(shè)計成SMC材料、梁體外側(cè)泄水管采用PCV材料,確保了橋梁排水設(shè)施的耐久性。
● 樁基泥漿分離技術(shù)
橋梁建設(shè)采用泥漿分離系統(tǒng),通過分離機將泥漿分離成水和泥餅,渾水進入沉淀池二次處理,泥餅堆放曬干后運走,確保污水排放完全達標。
● 小型預(yù)制構(gòu)件流水化施工
全線小型預(yù)制統(tǒng)一由路面施工單位集中工廠化加工,按照工序進行流水生產(chǎn),混凝土集中拌和,從混凝土入模到振搗完畢各工序銜接緊密。施工采用機械流水作業(yè),不需要人工搬運,生產(chǎn)效率提高,勞動環(huán)境改善,實現(xiàn)了流水化、標準化施工,預(yù)制塊質(zhì)量均勻。
臨建工程三維數(shù)字技術(shù)建模可同周圍景觀相協(xié)調(diào)
凈味改性瀝青攤鋪現(xiàn)場