【原】青海省公路隧道建造、养护及运维的创新与发展

职称申报 2022-06-04 发布于河南

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杨桂梅

青海省湟源公路总段

摘要：近年来，为融入“一带一路”倡议、西部大开发、兰西城市群等重大发展战略，公路建设推动经济社会高质量发展。由于青海省平均海拔在3000m以上，地形多样，分带性显著，昆仑山、唐古拉山脉横亘北、中、南部。随着路网不断向西延伸，受限于地形条件，高寒高海拔特长公路隧道不断涌现。但恶劣的施工环境，复杂的地质条件，脆弱的生态环境等都对高原高海拔公路隧道的建造、养护及运维提出了严峻考验。为此，基于青海省公路隧道发展现状，针对建设、养护及运维中亟待解决的技术难题，提出未来青海省公路隧道建造、养护及运维的创新与发展相关建议，以期为青海省公路交通的高质量发展提供有益参考。

关键词：绿色隧道设计;品质提升;应急救援;安全运维;

作者简介：杨桂梅(1989-),女，工程师，主要研究方向：公路养护。;

1 青海省公路隧道发展现状

由于青海省地处青藏高原，受地形条件限制，隧道工程在青海省公路建设中举足轻重，得到了迅速的发展。这缘于其可以满足高等级公路线形设计要求，降低路线标高，以及可减少大填大挖，保护森林植被，减少水土流失的生态优势。自1990年起开始修建公路隧道以来，截至目前，青海省营运、在建以及拟建的公路隧道规模庞大，特殊的地形地貌、地质构造、岩土性质、气象水文以及与之密切相关的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、冻胀沉陷、沙漠风蚀沙埋、黄土湿陷、水土流失等多发、频发和危害严重的自然地质灾害，使得青海公路隧道建设面临着十分艰巨的任务，需要破解的难题很多，如特殊的高原湿陷性黄土隧道的建设和高原多年冻土隧道的建设。尤其近年来“互助北山”等万米级以上特长隧道的建设，对高寒高海拔特长隧道的建设技术提出了迫切需求。加之近年来生态文明建设和绿色发展理念越来越受到高度重视，青海省作为我国的“中华水塔”,生态地位重要而特殊，国家自然保护区、水源保护地众多，公路建设中，要秉持“不破坏就是最好的保护”,贯彻“保护优先、预防为主、防治结合、综合治理”的环保原则。对于隧道工程，要从重视绿色隧道发展顶层设计、营造有效的政策环境和体制机制、推广绿色隧道设计与技术研发、建立绿色隧道施工标准化、建设绿色隧道典型示范工程几个方面提升隧道工程绿色发展水平[1]。这就要求在隧道建设及运维中，要将生态环保理念贯穿于隧道规划、建设、运营和养护的全过程之中，提升隧道工程绿色发展水平。

2 青海省公路隧道建造运维中面临的问题

2.1 建设环境复杂，施工安全风险高

青海省隧道建设中面临频繁穿越岩溶发育区、断层破碎带、高地应力软岩区、多年冻土、高原湿陷性黄土等不良地质，隧道建造过程中面临施工工法转换频繁，施工程序繁琐，工艺控制难度大，施工中各种突发状况难以预料等诸多难题，将极大增加隧道施工风险。加之受低气压、低气温、低含氧量等因素的影响，人与机械设备的工作效率严重降低，高效安全问题更为突出，也将进一步导致工期压力巨大。因此，如何在复杂地质环境条件下优化和改进施工工法，有效利用新技术、新工艺，安全高效地穿越高海拔地区复杂地质是目前面临的主要问题之一。

2.2 高原严酷环境对隧道混凝土耐久性提出极高要求

高原地区具有低气压、低气温、昼夜温差大、空气湿度低等典型气候特征，严酷的服役环境对混凝土耐久性提出极高要求[2]。隧道区海拔普遍在3000m以上，隧址区气压、平均气温低，多属严寒地区，日温差大。势必要求混凝土应具备优良的抗冻及抗开裂等性能。另外，衬砌作为隧道主要受力结构，从已建公路工程隧道看，衬砌开裂、厚度不够、渗漏水、拱背空洞、表面蜂窝麻面、气泡等常见的质量问题已严重影响隧道结构的安全可靠性[3]。因而，如何切实提高隧道二次衬砌结构质量已成为提升隧道品质工程中面临的主要问题。因此，为保障高原地区隧道衬砌结构混凝土耐久性能达到上述要求，切实提升隧道二次衬砌结构混凝土品质，开展高原高寒地区隧道衬砌混凝土品质提升与保障技术至关重要。

2.3 隧址区生态环境脆弱，隧道建设运维期对绿色环保要求高

青海省地处青藏高原，是长江、黄河、澜沧江的发源地，享有“三江之源、中华水塔、山水之宗”的美誉，同时又是一个生态环境脆弱、水土流失严重的内陆省份。隧道建设中，隧道弃渣、取弃土破坏植被，诱发水土流失；施工及人员活动影响自然保护区和野生动物，施工污水及营地生活污水和垃圾、施工物料堆放污染水体，施工废料、垃圾污染自然环境；边仰坡大方量开挖原地貌破坏洞口山体植被环境，施工造成的地表沉降、塌陷等在青海生态脆弱地区难以快速恢复[4]。此外，隧址区工程地质及水文地质复杂，涌水量大，易导致隧道排水系统结晶堵塞等问题，且大量地下水排放，不仅导致水资源浪费，还可能引起地表生态环境破坏等严重后果。因此，如何针对隧址区生态环境脆弱的特点，研发新技术新方法，从勘察设计、施工和运营全过程中综合考虑，在建设的同时切实保障生态环境，开展绿色公路隧道建设和隧址区生态环境保护是青海省隧道工程的关键。

2.4 高原超长隧道运维安全隐患高，防灾减灾任务艰巨

高寒高海拔地区超长隧道运营过程中易出现车辆碰撞、火灾等重大交通事故，通风排烟、应急救援及交通调度难度大。然而，隧道火灾的消防研究在我国还处于初级阶段，目前我国尚没有专门针对长大隧道消防安全的设计规范和标准，由于火灾问题的不确定性，目前我国主要以借鉴国内外的经验数据为主。因此，有必要进一步深入研究高海拔地区超长隧道火灾工况下通风排烟规律、消防设施的设置规模，确定火灾报警系统及其与交通监控系统的联动，确定隧道火灾时交通组织设计、配套设施的组织布置以及人员逃生救援问题。除此之外，针对高海拔超长公路隧道内低压缺氧，为了预防、降低隧道内交通隐患，有必要基于驾驶员的生理、心理需求，研究分析公路隧道导致驾驶员驾驶工作负荷增加和降低的原因，确定科学合理而又经济的策略，保证行车安全[5]。围绕上述问题，开展特长隧道运营安全评价技术、建立内外联动预警及应急救援管控体系是隧道正常安全运维的重要保障。

3 青海省公路隧道建造运维技术的创新与发展建议

青海省地处高寒高海拔地区，生态环境脆弱，隧道建造时将频繁穿越复杂地质，隧道结构服役时环境恶劣，可以预见，未来“数量多、长度大、大断面、大埋深”是青海省公路隧道工程发展的总趋势。超长公路隧道的建设和发展对隧道勘察、设计、施工及运营管理提出了极高的技术要求。为更好地实现青海隧道高质量的发展，下面针对青海省公路隧道建造运维中面临的主要问题，对未来青海省公路隧道建造运维技术的创新与发展提出如下建议。

3.1 高原复杂地质环境下公路隧道高效安全建造技术

高寒高海拔超长隧道的安全快速施工受控因素多，需根据工程实际条件全面考虑，使各项施工作业快速平稳进行。因此，未来需进一步开展高寒高海拔地区深埋长大公路隧道安全高效建造关键技术方面的研究，具体可在如下几方面形成关键技术[6]。

(1)基于激光扫描与摄影测量技术完成超长隧道施工期快速地质编录与围岩分级，实现围岩精细化分级，为隧道安全高效施工提供技术支撑。

(2)研发新装备，提出新工法，以实现高原岩溶发育区、断层破碎带、高地应力软岩区、多年冻土、湿陷性黄土等不良地质区段隧道的快速施工；在高海拔高寒环境条件下，大力发展推进隧道施工机械化，制定高原机械化定额，提升施工效率，降低工程造价，保障施工安全。

3.2 高原高寒地区公路隧道衬砌混凝土品质提升与保障技术

高原地区低温低气压及干燥大温差等典型气候特征，对混凝土耐久性能提出了严峻的挑战，而隧道衬砌混凝土品质的提升是一个系统工程。因此，未来建议从材料组成设计、材料质量精细控制、混凝土施工方法优化等方面形成高原高寒地区隧道衬砌混凝土品质提升与保障技术，具体建议如下。

(1)开展青海省公路工程混凝土材料区域特性研究，实现隧道混凝土质量超前评估与控制。

(2)研发与材料隧道混凝土施工特性相匹配的隧道高抗渗耐腐喷射混凝及大流态高性能二衬混凝土的材料组成设计方法。

(3)研究提出隧道大流态模筑混凝土施工质量控制与养护技术，实现混凝土表观质量提升，保障隧道衬砌结构耐久性。

3.3 高寒高海拔公路隧道绿色节能与环保运维新技术

青海的生态环境极其脆弱，环保对工程建设提出了极高要求[7]。当前《交通强国建设纲要》要求，严守生态保护红线，将生态环保理念贯穿交通基础设施规划、建设、运营和养护全过程[8]。为契合国家发展战略，结合青海自身需求，未来需在高寒高海拔超长隧道绿色节能与环保运维方面形成关键技术，具体建议如下。

(1)针对高原隧道环境特点，开展基于自然风(或交通风)有效利用的超长隧道通风智能控制技术研究，实现超长隧道运营期的绿色节能。

(2)开展环保型可维修防排水体系设计，提出超长隧道排水系统堵塞机理与疏导处治对策，提升超长隧道防排水体系的服役性能。

(3)研究高原地区隧道生态环境保护评价体系，提出超长隧道限量排放地下水量标准、涌水预测方法，研发超长隧道运营期间地下水绿色利用及引排技术，实现高原隧区生态环境保护和地下水绿色综合利用[9]。

3.4 高海拔超长公路隧道运营安全管控与防灾救援技术

青海省地处高原，高山林立，随着公路隧道不断延伸，势必出现诸多万米级超长隧道。对于超长隧道而言，运维安全隐患高、防灾减员任务艰巨。加之高原低气压环境对火灾燃烧及扩散特性亦有影响。因此，未来需从如下几方面开展科技攻关，实现高原高海拔地区超长公路隧道的安全运维。

(1)提出基于信息化手段的高海拔超长隧道内外联动预警技术及人员高效疏散技术，实现高海拔超长隧道灾害实时预警与灾后高效救援。

(2)研究高寒高海拔公路隧道内车辆驾驶行为，构建基于“人—车—路—环境”的超长隧道风险评估模型，提出高寒高海拔公路隧道内车辆驾驶行为与安全预警体系。

(3)研究超长隧道车辆安全信息快速识别技术及超长隧道交互式通信应用及预警技术，开发基于交互式通信技术的超长隧道运营安全管理平台。

4 结语

《交通强国建设纲要》中明确提出了利用科技创新引领未来交通建设的高质量发展。随着青海省高速公路的快速发展，基于青海特殊的地形地质条件及脆弱的生态环境，隧道工程优越性明显。青海公路隧道建设应紧紧围绕青海交通发展需要，重视逐步实现隧道与生态的一体化，推进隧道施工机械创新化发展方向，努力提高自主创新能力，大力开展技术攻关，积极总结探索高原地区高寒高海拔特长公路隧道施工、运营、维养中的各种新技术，同时因地制宜，研发推广适宜的绿色公路隧道技术，推动青海省公路交通跨越发展、绿色发展、和谐发展和统筹发展[10]。