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“生態”高速拉近京冀時空距離

發布時間:2019-12-31 09:47:00來源: 北京日報

  今年年底,建設近三年的延崇高速(北京段)完工,北京到崇禮的車程由3小時縮短為1.5小時,京冀兩地高速公路網、京津冀協同發展以及保障北京冬奧會交通運輸網更加完善。延崇高速公路北京段由北京市首都公路發展集團有限公司(簡稱首發集團)負責建設,全長約33.2公里,全線設置互通式立交5座、橋梁10座、隧道6座,并設置一個服務區。據了解,延崇高速是京津冀一體化交通網絡的重要組成部分。通車后,不僅是北京至張家口東北部的旅游便捷通道,也是連接北京六環和張承高速公路的又一高速通道。從2016年12月29日開工建設至今,首發集團始終堅守工匠精神,精心打造了一條生態之路、品質之路以及智慧之路。

  守住生態底色

  選線繞行“生態敏感區”

  2016年12月29日,伴隨著挖掘機的轟鳴聲,延崇高速公路北京段主體工程正式開建。從北京市延慶區八達嶺鎮大浮坨村到京冀界,33.2公里的建設里程要經過野鴨湖自然保護區、玉渡山自然保護區、松山國家級自然保護區等生態環境敏感區,挖掘機抬起、落下看似簡單,背后的故事卻不簡單。

  路要修,綠水青山也要守護。“對我們來說,打造綠色公路已經不是建設理念,而是硬性要求。”首發建設公司延崇項目處副總經理劉曉亮說。因為施工標準高、環保壓力大,項目在建設之初就提出要在公路規劃、設計、建設、運營和養護全生命周期里,最大限度節約資源、提高能效、控制排放、保護環境,打造與自然和諧共生、可持續發展的公路工程。

  延崇高速北京段一大亮點就是全國首批8個綠色公路示范工程之一,“綠色公路”的理念貫穿在首都高速路建設過程中。“為保護生態環境,將已經做好的線位方案推倒重來,這是延崇高速公路北京段打造綠色公路的真實做法。”劉曉亮坦言。延崇高速公路北京段最初按照工程技術和成本造價選擇的設計線路要穿越松山國家級自然保護區的核心區,這無疑會驚擾到當地生態環境。但經過反復論證及調研,項目最終調整為在自然保護區外設置入口和立交,將線位整體向山體外側平移約250米,繞開自然保護區的核心區并已全隧道形式穿越緩沖區(隧道出入口在緩沖區外),最大限度減少對保護區的干擾。

  線位調整工作雖然復雜、繁重,卻也堅定了首發集團建設者保衛青山綠水的決心,他們將關注點落在保護區內的每一棵樹、每一只動物上。“項目辦公室都常備一本《北京松山常見物種資源圖譜》,常翻常新,在施工現場遇到的受保護動植物大家也能叫上名字。”劉曉亮介紹,在加強生態環境保護宣傳教育的同時,首發集團對沿線動植物保護提出具體施工要求。

  松山國家級自然保護區內棲息6種國家級重點保護鳥類,其中長尾林鸮和紅角鸮為夜行性猛禽,燈光會對其夜間覓食有影響。為此,項目要求施工現場夜間施工照明設置燈罩,光線僅照射施工場地內部,點焊等施工時,要采取擋光措施,避免弧光外泄。同時,項目要求對紅線范圍內的油松植物進行移植,冬季要為油松細苗涂白防寒,保護油松幼苗安全越冬。

  路與自然和諧共生

  延崇高速北京段需要跨越延慶的母親河——媯水河,為了不破壞景觀,首發集團采取下穿隧道方式過河取代常見的橋梁架設。“這不僅在北京是首次,在整個北方地區也算是罕見的工程。”劉曉亮介紹,“由于需要將高速公路主路雙方向和輔路雙方向同時下穿,斷面大,而媯水河主河道又寬達400米,且不宜使用盾構機施工,只能截斷河流,明挖隧道,增大了施工難度。”

  在道路建設過程中,這樣的例子還有很多。“我們要保護環境,要守衛生態平衡,也要和諧統一。”劉曉亮說,在做好環保工作的同時,更要求項目與項目周邊環境“美美與共”,要打造一條生態文明之路。

  位于山谷間的溫泉大橋的4號橋墩墩體較大,為了打造人工構筑物融入自然的視覺效果,項目建設者專門設計了橋墩與道路間設置擋墻、橋墩外側設置假山石、橋墩外側放坡至路邊側三種處理方案。不僅僅是在溫泉大橋,為與項目周圍環境保持一致,首發集團要求對全線橋梁承臺開挖采用“一臺一景”的方式進行生態恢復,做到與原有的植被景觀相融合。“每個承臺的地勢地形、地質條件不同,造成各個承臺的高程與邊坡開挖高度也有很大差異,項目會針對每個具體情況作出比選方案,甄選出最佳的防護及綠化處理措施。”首發建設公司延崇項目處專業工程師翁偉介紹。

  此外,項目全線采取“集宿”模式,節約土地70畝;在京新國道110組合立交設置雨水收集回用系統,收集雨水用于綠化澆灑;對立交橋區進行濕地改造,積極利用隧道開挖的廢棄石料、土方……從實處發力,向深處扎根,一系列環保舉措為沿線生態環境系上保險繩。

  沖破低溫考驗

  零下18℃道路不結冰

  2019年11月,初雪已至,在白雪給整個北京市裹上一層白色“外衣”時,延崇高速溫泉特大橋-松山隧道各段及松閆立交匝道這里有著不一樣的景象。道路周邊銀裝素裹,但這段路面上卻絲毫不見雪的痕跡。“這是因為我們在路面瀝青中添加了我們自主研發的‘奧科抑雪’牌有機顆粒型主動融雪抑冰劑。”首發奧科瑞公司副總經理張方方自豪地說。

  低溫天氣是建設高速公路的一大考驗。完美應對低溫天氣不僅事關“用戶體驗”,更是對“生命安全”負責。從給瀝青路面下鋪設發熱電纜,到用石墨、炭黑替代礦粉制成的導電瀝青混凝土讓路面自發熱,首發集團不斷探索創新路面除雪融冰方式。2017年年初,奧科瑞公司針對延崇高速的綠色道路建設需求,及冬季切實存在的路面凝冰問題,開始進行路面融冰雪技術研究。“為了找到適合北京地區的路面融冰雪方式,我帶領研發團隊在實驗室嘗試了目前世界主流的各種路面融冰雪技術實驗。”張方方說。

  據了解,主動型抗凝冰瀝青路面作為近年來瀝青路面技術的研究熱點,其采用具有降低冰點的無機鹽類為主劑,通過添加緩釋劑、粘結劑等復合造粒,形成顆粒狀、粉狀添加劑產品,添加至瀝青混合料中拌合、碾壓、成型后,隨降水、交通荷載緩慢釋放,達到低溫環境下抑制路面凝冰的應用目的。但目前市場上,主要是以無機氯鹽類物質為主劑的抗凝冰添加劑,存在腐蝕道路結構物配筋、損傷道路周邊植被的缺陷。

  首發集團嘗試以有機鹽添加劑替代。“我們研發的顆粒型添加劑之前沒有先例,所以如何從不同類別的有機鹽中,尋找出合適做抗凝冰添加劑的有機鹽,這工作量不亞于一次大海撈針。”想起當時的研發過程,張方方依舊感慨萬千。“我們要求有機鹽,既要可以滿足180℃左右的生產加工溫度,同時又必須能降低路面凝冰點到-18℃以下,所以通過幾百次篩選、對比,我們最終花費了好幾個月,終于找到了添加劑的主劑基礎原材料。”

  找到基礎原材料,僅是添加劑研發中的第一步,據了解,抗凝冰添加劑原材除有機鹽類外,還有需要粘合劑、硬化劑、成球結晶劑、崩解劑等輔助添加劑。“別看就使用4種輔助添加劑,但經過初篩后,僅粘合劑我們就有6種備選產品,硬化劑又有5種備選方案,我們需要從中尋找出最佳的組合方式和配比。”張方方介紹說。為了能尋找出最佳方案,張方方又帶領研發團隊對所有備選產品開始了長達數月的60組不同方案的交叉篩選實驗。

  功夫不負苦心人,“奧科抑雪”瀝青路面抗凝冰添加劑抗住了延慶的低溫考驗。“目前,我們的路面抗凝冰添加劑在摻量5%條件下,可有效抗凝冰溫度達-18℃,其緩釋性能優于國外同類產品,并且綠色環保。”張方方說。

  制藥工藝引入添加劑研發

  雖然添加劑只有混合、成型、烘干裹覆四步工藝,但為了能使其適宜于道路工程瀝青混合料的直投式工藝應用,并對所形成造粒顆粒物采用憎水劑包膜,使其具備適宜的緩釋性能,所以如何找到合適的加工工藝成為后期張方方研發團隊的最大難題。“當時在尋找制作工藝時,我不管看到什么都想能不能用在添加劑加工上,從搖元宵的大蜜丸生產工藝,到大白兔奶糖的膠態變固態成型法,全想過。”張方方笑著說。

  研發團隊實驗后發現,顆粒狀的添加劑是最符合實際北京道路鋪裝需求,但如何加工成型,如何確保添加劑外層包裹厚度符合釋放要求,此時成為每個研發人員最亟待解決的問題。“大蜜丸的搖元宵式的包覆方式強度不夠,道路在重載車輛在碾壓后,會導致添加劑直接變成粉末而失效。而采用擠塑工藝,又存在后期使用添加劑過多的問題,會導致添加劑中有效成分發生變化。”張方方與研發團隊人員一起,逐一實驗所有可能的工藝,經過一圈對比,最終選定了板藍根的制作法——沸騰造粒法,這是首次將制藥工藝引入道路添加劑研發。

  “本以為實驗完成后,我們可以松一口氣,可誰也沒想到,在真正投入生產時,我們派駐生產廠家的研發人員溜溜從夏天改進到初冬。”張方方回憶起去年最艱難時的情景。在進行烘干加工時,讓研發團隊沒想到的是新型添加劑會對含水量格外敏感,加工出來的竟然是類似珍珠奶茶中珍珠那種膠凍的產品,完全不是成型的固態顆粒。“后來我們發現,當時的添加劑顆粒含水量高達6%至8%,而想要成顆粒,則必須將含水量控制在1%之內,為此我們又進行了長達2個月的工藝改進,終于將添加劑制成2mm左右的顆粒。”張方方說。

  艱苦環境守住一流標準

  北京延慶地區的氣溫素有“過山車”之稱,要接受低溫考驗的不僅是道路,還有人。最低零下30攝氏度的施工環境,不足三年的建設周期,細致嚴格的質量標準……面對種種困難,首發集團建設者遇難解難、見招拆招。

  隧道施工一直是高速公路建設的重點、難點,而延崇高速公路北京段位于北京西北的群山之中,地質構造復雜,不良地質及特殊巖土發育且種類多,如此惡劣的施工環境讓工作難上加難。“這里全線橋隧相連,山區段高達95%的橋隧比刷新了北京市高速公路紀錄,建設難度可想而知。”劉曉亮說,“不過,項目建設哪有不難的呢,只是各有各的難處。”

  延崇高速公路北京段6標段的玉渡山隧道圍巖條件不好,多是破碎角礫巖,稍有施工擾動,隧道頂部的碎石就混著泥土“流”下來,而9標段松山隧道涌水大,高峰期日涌水量達3萬多立方米,相當于30多個標準游泳池的出水量,各類情況都為項目施工增加了難度。

  “玉渡山隧道地質條件復雜,隧道穿越了淺埋破碎段、斷層破碎段、富水空洞區、鐵礦采空區等不良地質路段。” 首發建設公司延崇項目處專業工程師耿聯法介紹,由于圍巖極差,為確保安全快速施工,施工人員結合巖層特點,利用地質雷達提前對掘進前方30米范圍內的山體性質進行探測,提前采取措施防范突發情況的發生。松山隧道涌水大,施工人員則在洞內安裝大直徑排水鋼管,架設抽水用電專線,增加大功率水泵,分級接力抽水。同時,在洞外設置多級沉淀池和專用凈水裝置,確保隧道排水水質達標。

  在確保施工進度的同時,首發集團更要求確保質量和安全。“項目上使用的安全帽內部植入了定位芯片,能夠實時定位工人位置,為工人施工提供切實的安全保障。”耿聯法說。因為隧道施工安全風險系數高,在安全保障上不敢有絲毫懈怠。同時,隧道施工過程中三臂鑿巖臺車、三臂拱架安裝臺車、自行式液壓仰拱棧橋、拱墻襯砌養護臺車等先進機械設備的積極應用,極大地提高了作業效率,從本質上降低了安全風險,也形成了機械化施工的隧道作業新模式。“施工環境惡劣,我們在隧道洞內增設取暖設施;施工周期短,就多上機械多上人,把重要節點往前趕;質量標準要求高,就嚴格項目標準化管理。心思都在項目上,辦法總比困難多”。

  插上智慧翅膀

  信息化助力精細管理

  延崇高速公路北京段是交通運輸部智慧公路試點項目,開建之前就與科技、信息化結下了不解之緣。“由于延崇高速公路北京段項目本身的獨特社會屬性,注定我們建設標準要更加嚴格,管理更加精細。”劉曉亮說,信息化管理手段貫穿項目全過程。

  “為優化項目管理手段,我們專門研發了移動端監控APP,現在都是手機移動端線上辦公。” 首發建設公司延崇項目處安全環保部部長白鵬飛打開手機上名為“即時監控”的APP介紹,APP中的巡視記錄顯示“隧道內施工人員未按要求穿戴反光背心,標段需加強對施工人員安全教育,監理加強現場巡視”,受檢方已經確認,整改狀態為已整改,處理時間為4小時,并配有整改前后現場照片。

  據白鵬飛介紹,管理人員發現問題后需及時拍攝現場照片,填寫問題描述、責任單位、責任人等信息并發送至云端,項目負責人和問題責任人都會收到消息提醒,整改完畢后再以文字、圖片形式上報整改情況,最終形成閉環,實現“反饋意見都清零,整改任務全見底”的管理要求。

  此外,實時監控系統、媯水河隧道揚塵與噪音監控系統、隧道安全管理系統、隧道施工視頻監控等先進信息化管理手段,全面提升了工程管理信息化水平,讓項目建設管理方式實現從粗放型向精細化的轉變。

  通過信息化手段加強質量控制的同時,項目實行首件驗收認可制度及樣板引路制度,組織一線作業人員進行技術交流及推廣,強化技術交底,有效保證工程建設質量。“我們在設計階段就要求設計單位做到設計交底及時到位,并留存交底記錄。”白鵬飛介紹,因施工方案要與實際情況相匹配,項目要求設計代表常駐現場,以便根據實際地質情況及時調整施工方案。

  智慧喚醒守護出行安全

  玉渡山隧道單線全長4.6公里,是延崇高速北京段的最長隧道。據了解,公路特長隧道提供給駕駛員的行駛環境條件與一般隧道相比風險更大,隧道內較長的中間段行車環境單調、環境封閉、線形及交通量條件單一,加上照明度低、空氣質量差等因素的影響,駕駛員在駕車過程中,思維判斷及手腳操作量小,導致駕駛員大腦接收的刺激少,容易使駕駛員產生駕駛疲勞、行車壓抑感,導致反應遲鈍、知覺減弱、意識水平下降,出現困倦現象,引發駕駛緊張、產生逃逸超速等行為,給特長隧道行車安全帶來隱患。首發集團在延崇高速北京段特長隧道中應用了智慧照明及疲勞喚醒技術,緩解隱患,玉渡山隧道就是應用之一。行走在玉渡山隧道里,可以看到喚醒燈帶,這些燈帶是用于防止司機犯困、走神的喚醒裝置。

  “首發智慧”不僅體現在一系列人性化設施上。在延崇高速北京段建設過程中,首發集團不拘泥于過往經驗,注重創新,以質量為本,以信息技術應用為核心,大膽采用新技術、新工藝,一系列創新讓致力于品質工程建設的延崇高速北京段更具創造力,將BIM技術應用于項目的設計、建造、運營維護全生命周期正是對此的具體實踐。

  延崇高速北京段項目復雜,交流時常常會遇到問題,例如要求架體結構設置5層平臺,各層平臺板都采用50毫米花崗巖跳板。“這樣和施工人員交流,大家很難理解所要求的架體具體結構是什么樣子。”耿聯法說,“現在,我們直接看架體結構模型,每一層結構、材料、施工流程都很明確。”通過BIM技術,利用視頻動畫、3D模型等方式,可以更直觀、動態地表達方案要點,同時還可實現項目施工過程的可視化,明確施工工序。此外,BIM技術還可以模擬橋梁、隧道施工難點,對設計、施工方案及施工工藝進行校驗復核,減少項目建設過程中的“錯、漏、碰”。

  技術創新觸摸“未來公路”

  “打造智慧公路為當前與未來提供了對接點。”首發集團科技和規劃設計部部長張騏說,當前科學信息技術的應用助力于提升工程品質,在做細做精上發力,將來基于人工智能的數據挖掘分析方法將會為匹配交通資源和用戶需求提供客觀分析依據,信息化手段將為延崇高速公路北京段的運營服務提供保障。未來,首發集團建設者還將利用BIM技術,形成延崇高速公路北京段三維數字化成果,構建公路設施資產動態管理系統,為智慧高速發展奠定數據基礎。

  在延崇高速北京段建設中,首發集團建立了一個全面感知系統,高精度的數字化系統在實現車路協同和自動駕駛方面的實地應用實現突破。隧道內高清監控設備形成了車輛精準監測系統,隨時掌握每一個隧道內、每一個瞬間通過的車輛數量,還可通過手機信令掌握隧道里的大概人數,為突發事件處置提供依據。全線每10公里安裝一套氣象綜合感知設備,對風速,空氣,尤其對路面的濕度和路面的結冰、落雪的情況及時反映,氣象感知系統隨時將掌握的天氣狀況、能見度等數據,送達給車輛。整個公路變成了一個動態的智慧管理平臺。

  據了解,去年年底,延崇高速公路車路協同與自動駕駛演示活動順利結束,其中面向自動駕駛的車路協同設備已實現延崇高速公路北京段部分路段的部署。“ ‘車+路’才能釋放自動駕駛的最大動能。”張騏說,“車路協同是利用基站與無線通信技術進行人、車、路之間的協同感應,這把云計算與無線通訊技術與車路協同聯系到了一起,而5G的加入則讓車路協同有了更廣闊的技術想象空間。”

  在延崇高速公路北京段,自動駕駛、車路協同主要應用范圍是山區段18公里,從服務區一直到賽場,每500米將布置一套車路協同設備,每200米預留通信光纖接口。路側車路協同設備將帶來大量數據,再借助5G網絡和強大的邊緣計算能力,進而實現適合于車路協同自動駕駛需求的應用優化和資源編排。

  像這樣的智慧公路能否實現全天候通行高速,或許仍有許多問題需要解決,但是首發集團在延崇高速北京段的勇敢試水,打開了觸摸“未來公路”的窗口。魏昕悅

  延崇高速北京段里的新技術

  快速融雪

  “奧科抑雪”牌瀝青路面抗凝冰劑

  該添加劑是以有機鹽類為主要成分的主動型瀝青路面抗凝冰添加劑,使用綠色無毒無害的有機鹽類為主劑,添加有機緩釋劑、粘合劑,采用制藥工藝加工造粒,對生態環境、動植物無負面影響,同時其顆粒強度優于國外產品。該產品在延崇高速溫泉特大橋-松山隧道各段及松閆立交匝道進行首次應用,并取得良好示范效果。

  檢錯能手

  BIM技術應用

  延崇高速引入BIM技術,建立了橋梁和隧道BIM模型,開展了施工模擬。在跨大秦鐵路轉體橋施工,利用BIM技術對施工圖紙進行了精確校核,發現圖紙問題達106項,避免了工期延遲,并減少部分成本。

  模擬未來

  車路協同自動駕駛技術

  延崇高速實現了國內首次高速公路車輛自動駕駛測試。測試在高速公路封閉路段進行了時速80公里每小時的L4級自動駕駛演示,無需駕駛員干預,車輛便可自動識別交通標識,并進行相應的車速調整,還可完成變道超車、自動減速以及緊急停車等動作。同時,在延崇高速還完成了基于C-V2X的車路協同演示,包括限速提示、事故預警、變道輔助以及緊急制動預警等十余個使用場景,邁出了全國智慧高速落地的關鍵一步。

  車過無痕

  “路潔”不粘輪改性乳化瀝青

  首發奧科瑞公司開發了“路潔”不粘輪改性乳化瀝青產品,制定了相關企業標準。延崇高速全線應用了“路潔”不粘輪改性乳化瀝青,固化后對車輛輪胎不粘附,避免出現常見的施工車輛對粘結層的破壞現象,取得了良好示范效果。

(責編: 郭爽)

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