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高速公路改擴建面臨的首要問題是如何實現(xiàn)舊結構物檢測、評價與修復，使新舊結構物達到全壽命周期耐久性的使用要求；如何解決老路技術指標低、事故黑點等問題，實現(xiàn)安全技術標準提升；如何在實現(xiàn)擴容增效與安全技術指標提升協(xié)調統(tǒng)一的前提下，一方面推進裝配化、工業(yè)化快速智能建造技術與綠色低碳環(huán)保技術創(chuàng)新，提高項目建設管理水平，另一方面推動項目建設期過程管理與運營期道路運行狀態(tài)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，確保改擴建工程向以服務提升優(yōu)先的綠色低碳、運行高效方向轉變，提升營運管理和服務水平。
▲深汕西高速改擴建項目基于“修舊如新、修舊超新”理念，開展高速公路改擴建創(chuàng)新管理實踐.。
沈陽至?？趪腋咚俟飞俏碴懾S至深圳龍崗段（以下簡稱“深汕西高速”）全長146.1公里，按雙向四車道高速公路標準建設，路基寬度為24.5米，設計行車時速為100公里，于1996年底建成通車。作為粵東交通大動脈，深汕西高速車流量大，加之使用年限較長，道路狀況逐漸出現(xiàn)老化、損壞等問題，已難以滿足日益增長的交通需求，改擴建勢在必行。
改擴建項目概況與問題
深汕西高速改擴建項目主要包括路面拓寬、橋梁加固、交通設施升級等方面。其中，路面拓寬是該項目的重點工程之一，將原有雙向四車道升級為雙向八車道，路基拓寬至42米，設計時速提升至120公里，大大提高道路通行能力。
改擴建過程中，項目存在技術標準低，改擴建后舊路利用率不到50%；沿線地質復雜，橋涵和路面結構類型多；面臨多種拼寬方式、最大抬高8米、大量橋涵拆除重建、路改橋、改線等復雜因素耦合，改擴建技術難度高、保暢交通組織難、安全管控挑戰(zhàn)大；途經(jīng)3市8區(qū)，沿線管網(wǎng)密布，歷史遺留問題多等六大難點。對此，項目綜合采用兩側擴建、單側擴建、分離新建、局部新建等多種改擴建方案，基本涵蓋了改擴建中的所有擴建模式；踐行“安全暢通，品質耐久，綠色環(huán)保，和諧共贏”四大理念，秉承“修舊如新，修舊超新”的宗旨，按照全壽命周期理論開展舊路結構物耐久性提升、擴容增效提升及安全標準提升，探索出了一條以工廠化、標準化、裝配化、機械化、信息化為核心的智能制造新路徑。
基于“修舊如新”理念的擴容增效提升技術
深汕西高速改擴建面臨舊路結構物的檢測、評價、解決既有病害、實行修復、使擴建后結構物技術指標達到新路標準、滿足全壽命周期耐久性等問題，如何結合舊路事故黑點、平縱組合差路段實施針對性改造，改善安全技術標準，提高行車舒適性及安全性，如何結合地方發(fā)展規(guī)劃和滿足沿線居民通行、通航需求，有針對性地改造提升路網(wǎng)功能及服務水平，實現(xiàn)擴容增效？
基于全壽命周期理念創(chuàng)新舊路評價手段和改造技術
項目基于全壽命周期理念和結構耐久的需求，創(chuàng)新開展舊路多維度評價，應用隧道襯砌厚度雷達無損檢測、路面結構組合類型與厚度無損檢測、結構力學參數(shù)無損檢測、橋涵結構無損檢測等技術，實現(xiàn)了改擴建舊路健康狀況精準診斷，全面掌握了既有結構物的技術狀況、使用狀態(tài)、承載能力、穩(wěn)定性，綜合評定了結構物的殘余壽命，從而制定出新舊結構物承載力、均衡性、耐久性提升方案。
針對廣東省雨水豐富、路幅較寬的特點，項目根據(jù)路表、結構內（含路橋鋪裝）各系統(tǒng)的節(jié)點、界面空間關系、排水勢能方向和水動力分布狀況，設置水勢有效連通、水量匹配的排水通道，構建路表與結構內部系統(tǒng)貫通和協(xié)同增效的一體化排水體系，顯著改善改擴建路表與結構內部的立體水環(huán)境，提高了改擴建工程超寬斷面雨天行車安全性和路面工程結構材料的抗水環(huán)境損害耐久性能。
基于均衡設計理念的關鍵技術指標研究和安全提升技術
項目開展高速公路改擴建安全技術標準課題研究，對互通最小間距、變速車道長度、主線平縱指標、視距、最小直線長度、C值取值、排水橫坡等多項設計指標開展研究并形成改擴建安全設計指南?；诟臄U建安全指標研究結果，項目結合全線營運交通安全事故分析，優(yōu)化平縱斷面組合，改善26處事故黑點。
基于可持續(xù)發(fā)展理念的擴容增效和服務提升技術
為適應沿線城市經(jīng)濟發(fā)展、提高深汕西高速服務水平和通行能力，項目對全線車道實施“四改八”，將設計時速由100公里提升到120公里；針對長下縱坡路段實施改造提升，將全線縱坡控制在3%以內；針對城鎮(zhèn)路段存在互通立交出入口（包括服務區(qū)、停車區(qū)）交通擁堵、事故頻發(fā)等問題，按雙車道匝道設計，適當延長加減速車道長度，從而在提高行車安全性的同時降低能耗。
▲深汕西高速改擴建項目著力擦亮綠色發(fā)展底色，實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展。
基于“修舊超新”理念的品質耐久提升技術
目前，隨著公路建設水平不斷提高、先進裝備不斷更新，以及信息技術、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術快速發(fā)展，新技術助力交通信息實時監(jiān)控和處理，為項目標準化設計、工廠自動化預制、裝配化施工、信息化管理打下堅實基礎。在公路建設正在向綠色公路、智慧公路和平安百年品質工程的更高目標邁進的過程中，雖然建設管理新理念不斷創(chuàng)新，大量新技術、新工藝、新設備和新材料不斷涌現(xiàn)，但改擴建項目依然面臨施工期運營安全、擴建施工安全壓力大等問題，這勢必要求項目全方位提升品質安全耐久技術，實現(xiàn)“修舊超新”。
▲深汕西高速改擴建項目全國首創(chuàng)單洞四車道山嶺隧道全工序機械化施工技術，推動高速公路改擴建隧道建設高質量發(fā)展。
管理創(chuàng)新
體驗式綜合技術交底一體的室內展覽館 結合視頻交底、利用傳統(tǒng)展示與高科技手段，串聯(lián)深汕西高速的過去、現(xiàn)在、將來，打造一個集歷史人文、宣傳展示、技術交流、溝通服務、科普教育為一體的高速公路建設博物館，開展安全交底、技術交底和樣品展示。
涵蓋瀝青路面、預制橋梁構件和隧道工程的按質支付管理體系 創(chuàng)新在合同清單中設置占相應工程合同價款5%的按質支付子目，以先進智能化檢測設備為抓手，以高于常規(guī)標準的關鍵均衡耐久實測指標為核心，建立“原材料—混合料—實體”全鏈條、全環(huán)節(jié)、多維度的實時檢測指標管理體系。
材料設計化，按需品控 路面集料100%自加工全覆蓋檢測精益生產(chǎn)體系采用先進設備、智能參數(shù)和優(yōu)化制備工藝，將傳統(tǒng)6毫米至11毫米、11毫米至15毫米兩檔路面集料精細化分檔為6毫米至8毫米、8毫米至11毫米和11毫米至15毫米三檔，同時在生產(chǎn)過程中采用亞毫米級圖像人工智能算法對集料精益品控實施全覆蓋檢測。
深汕西高速路面養(yǎng)護歷史復雜，舊瀝青加鋪層反射裂縫顯著，新舊路面綜合模量橫縱雙向均衡性差，UFAC-5作為一種“以級配設計補償原材料性能標準”的小厚度、細粒徑、富瀝青、強骨架、高密實、高疲勞抗性的瀝青加鋪層抗反射裂縫應力吸收層材料，能恰到好處地匹配項目技術需求。
此外，為解決原有隧道縱向排水管容易結晶堵塞，盲管與初支、防水層與盲管、防水層與初支存在空洞、不能密貼的問題，項目還特別開發(fā)及定制生產(chǎn)了一種梯形縱向排水盲管。
設備定制化，智能工裝 采用樓式整體布局，打造集碎石破碎、整形、除塵、分級功能于一體的碎石精加工生產(chǎn)線。生產(chǎn)線封閉性、環(huán)保性好，自帶粉塵收集模塊。采用人工深度學習算法，搭載毫米級動態(tài)圖像目標追蹤程序，打造碎石智能監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)規(guī)格碎石的任意尺寸粒徑分布、針片狀、巖性色差等指標的實時在線監(jiān)控和在線警報功能，級配監(jiān)測準確率高達98%。
提出功能層和再生層多源需求驅動的乳化瀝青定制化設計，并考慮路面功能差異化需求和施工環(huán)境特征定制乳化瀝青生產(chǎn)配方。采用生產(chǎn)參數(shù)全自動程控調節(jié)和實時在線質量監(jiān)測技術，配套國際領先的原裝進口膠體磨，打造具備24小時連續(xù)生產(chǎn)透、黏、封層和冷再生結構層等多品類乳化瀝青的生產(chǎn)線。
工藝創(chuàng)新 以工藝創(chuàng)新為突破，以持續(xù)改進為手段，不斷完善工程建設管理標準化施工體系，繼續(xù)深化“雙標管理”，積極營造“精細管理、精細施工”的氛圍，充分開展“四新”應用，加強基層創(chuàng)造、微創(chuàng)新，促進工程質量水平持續(xù)提升，踐行“以設備促工藝、以工藝保質量、以質量提品質”的理念。
創(chuàng)新安全管理 以“控時間、少擾動、邊施工、邊通行”為原則，項目采用分區(qū)段循環(huán)推進的雙向四車道保通施工交通組織模式，踐行交通安全設施“永臨結合”理念，提高安全防護標準，按永久標準設置臨時標志牌；同時，在對向行駛階段，將新澤西護欄連接方式由插銷式連接調整為加蓋螺栓連接，提高防護標準；在無應急車道路段設置應急出口；開展抬高段應急疏散梯專項設計；優(yōu)化第三階段交通組織,確保一側以應急車道代替港灣式停車帶，為路基拼接、挖除硬路肩創(chuàng)造條件的同時，提高行車安全性；通過優(yōu)化設計方案、施工組織方案、交通組織方案，減少交通管制時間、交通轉換次數(shù)，加快鄰近高速公路施工，縮短風險暴露時間，從而降低交通安全風險，確保營運交通和建設施工雙安全。
▲深汕西高速改擴建項目全國首創(chuàng)樁梁一體化智能造橋機，打造橋梁建設新高地。
技術攻關，助推全系列工業(yè)化快速安全智能建造
小型預制構件全自動化流水生產(chǎn)線 創(chuàng)新打造國內首條集混凝土拌和輸送、精準布料、振動成型、自動上下架分倉蒸養(yǎng)、翻轉振動脫模及機器人碼垛等功能于一體的全自動化流水生產(chǎn)線。
基于大型振動臺無人工振搗技術的橋梁預制構件智能制造生產(chǎn)線 國內首次創(chuàng)新設計采用錨固板鋼筋網(wǎng)片的新型雙T梁結構；研發(fā)高激振力多頻振動臺，攻克無人工振搗難題；采用藍牙定位移動臺車、抗振型混凝土、自動布料機、生物燃料自循環(huán)蒸養(yǎng)、無線傳輸智能檢測等設備與技術，搭建全國首例雙T梁環(huán)形生產(chǎn)線。
樁梁一體化智能造橋機 國內首創(chuàng)樁梁一體化智能建造技術，構建涵蓋管樁基礎、蓋梁、雙T梁及防撞護欄的“樁柱一體”式全預制拼裝橋梁新型結構體系；研發(fā)全球首臺樁梁一體化智能造橋裝備，融入北斗定位系統(tǒng)和自動識別環(huán)形智能焊接、三維地質建模技術，研制早高強低收縮超高性能混凝土材料，建立管樁基礎即時高應變、孔內成像等快速檢測和驗收標準，實現(xiàn)橋梁每跨2.5天快速建造，構建不修便道、不搭棧橋等工況下的橋梁綠色低碳、安全快速智能建造新模式。
單洞四車道山嶺隧道全工序機械化施工 聚焦雙向四車道隧道全過程機械化建造的行業(yè)空白與扁坦大跨、強支快進等風險特征，定制研發(fā)長臂拱架安裝車、8小時快澆二襯臺車等智能裝備，突破并形成全巖性機械化工序、工法、支護參數(shù)與步距等系列標準；首創(chuàng)不等厚初支、早強快凝噴混、多榀一體連接、后置式鎖腳新型錨噴支護結構和可清理式梯形盲管、多孔透水混凝土基層、全包防水等新型立體綜合防排水體系；基于三維激光點云開發(fā)全過程、多維度的信息采集與診斷系統(tǒng)。
輕型全高度系列裝配化預制擋墻 創(chuàng)新設計涵蓋高2米至8米懸臂式、整體扶壁式、組合扶壁式3種全高度系列裝配化擋墻，并采用數(shù)值仿真和足尺靜力試驗，驗證防撞護欄與擋墻采用分離設置緩沖車輛撞擊的可行性，實現(xiàn)擋墻最大重量僅20噸的輕型化運輸安裝。
邊坡機械開挖裝配錨固智能制造成套設備 創(chuàng)新邊坡錨桿錨索框架格梁結構設計，首創(chuàng)研發(fā)集錨固臺車和全球首臺開槽框架梁安裝綜合作業(yè)車一體化成套設備，打造開槽、鉆孔、穿索、注漿、裝配全過程快速智能建造新模式。
公路隧道鋼拱架全自動加工生產(chǎn)線 整合6軸機械臂、頂升移栽裝置、數(shù)控冷彎機、C型變位機構，融入PLC控制、激光傳感、機器視覺、激光尋位技術，首創(chuàng)鋼拱架一體化全自動加工生產(chǎn)線，實現(xiàn)鋼拱架從原材料上料輸送、整形續(xù)焊、彎曲切割、配板焊接到最終產(chǎn)品下線儲存的全生產(chǎn)過程無人化。
基于“先進制造設備+智能生產(chǎn)監(jiān)控平臺”的瀝青路面材料設計化生產(chǎn)線 首次構建基于集料100%自加工的精細化分檔、亞毫米級圖像人工智能算法全覆蓋檢測的全品類、全規(guī)格路面集料精益生產(chǎn)體系；研發(fā)基于設拉桿碾壓混凝土與UFAC新型應力吸收層的多類型路面立體拼接和降噪排水耐久多功能橋面永臨結合鋪裝結構，構建路表與結構內部系統(tǒng)貫通、協(xié)同增效的一體化排水體系，提出基于路面結構需求的功能性瀝青混合料主骨料設計方法，創(chuàng)新均衡功能材料和耐久結構的路面按需設計與建造技術。
▲深汕西高速改擴建項目圓墩河特大橋的施工現(xiàn)場
打通數(shù)據(jù)孤島，整合信息資源，開發(fā)數(shù)字化智能建設運營養(yǎng)護管理平臺
GIS建管一體化平臺 融合GIS、BIM、IoT、人工智能等新技術，自主研發(fā)與二次開發(fā)相結合，實現(xiàn)關鍵裝備與設備數(shù)據(jù)自動采集和交互；建設期采用現(xiàn)場工序管理為主的全過程管理模式，運營期無縫承接建設期工程數(shù)字信息，并根據(jù)需求，在原基礎上升級和研發(fā)建管養(yǎng)一體化平臺，全面貫通實體工程與三級清單最小管理單元，強化四實（實人、實地、實時、實物）關鍵工序管理，實現(xiàn)全業(yè)務協(xié)同高效運作、數(shù)字化交付，助推智能制造與建造。
BIM技術應用與研究 利用BIM技術首創(chuàng)老路面數(shù)字拼接；通過BIM模型準確還原舊路路面狀況，合理確定路面改造、抬高、加鋪方案，精準計算各結構層的數(shù)量，同步施工期路面實時更新，實現(xiàn)結構厚度動態(tài)調整。
深汕西高速改擴建項目以問題和目標為導向，大膽設想小心求證，初步形成了一些創(chuàng)新成果，但鑒于當前檢測手段的局限性及評價體系不健全，舊路結構耐久性評價、新舊結構物距離真正達到全壽命周期和“修舊如新”理念還有一定差距，后續(xù)項目還需進一步開展探索研究。同時，項目仍有許多需要繼續(xù)深入挖掘的技術難點，未來將通過進一步開展持續(xù)創(chuàng)新、集成創(chuàng)新，實現(xiàn)“修舊如新 修舊超新”理念的2.0乃至3.0版本提升。本文節(jié)選自《中國公路》雜志2024年第10期
