茂湛高速公路改擴建施工及交通組織優化研究

盧旭

(保利長大工程有限公司,廣東 廣州 510640)

1 引言

我國目前已經建成了較為完備的高速公路交通運輸網絡,為人們的日常出行和區域之間的資源調配提供了便利。但隨著原有道路服務時間的增加及交通量井噴式的增長,部分路段出現了影響路用性能的問題,如路面病害嚴重、通行能力不足、服務水平下降等。相較于新建一條復線高速公路,采用增加車道結合舊路病害處治的改擴建模式可以在拓展現有通行能力的同時,實現資源的優化利用,大幅降低建設成本,而且施工周期更短,施工速度更快。

改擴建工程不僅是簡單地拓寬現有道路,往往還涉及舊路病害的處治、新舊道路的整體拼接、互通的改造及交安附屬設施升級等一系列工作,需要占用既有道路,對于既有道路的交通流存在相應的干擾,存在保通與施工的矛盾。因此,改擴建項目往往需要分多個施工階段進行,并且每個階段都伴隨著相應的交通組織工作。

本文主要根據沈(陽)至海(口)高速茂名至湛江段改擴建項目(以下簡稱茂湛改擴建)施工中遇到的重點難點問題,分析現有管理和技術手段存在的不足,并針對擴建項目的相關特點,結合智慧交通、裝備智能化、節能環保等行業熱點,討論改擴建項目的創新與未來。

2 擴建項目施工重難點

2.1 原建設標準與現有規范存在差異

(1)原有道路的建設標準和現行的規范存在明顯的差異,給后期擴建帶來了相當大的技術復雜性。例如茂湛高速分五期建設通車,建成通車時間跨越1999年至2010年,采用的技術標準指標不一,和現有技術標準指標存在較大出入。

(2)新舊路之間的拼接位置是改擴建項目的質量薄弱點。新舊路基拼接后,由于土體性質不同,且固結穩定期不一致,如不做處理則易產生不均勻沉降;在新舊橋拼接位置,由于新舊混凝土存在收縮徐變差、沉降差等,容易產生裂縫。且通行情況下,行車荷載會對拼接段混凝土形成擾動,影響拼接帶強度。因此拼接處的拼接處理及罩面是路面施工的重點部位。

(3)現狀路面往往出現了不同程度的路面病害,如裂縫、坑槽等,需要對既有路面采用針對性的舊路面病害處置。為準確甄別舊路病害程度并有效處治,對舊路路面的動態檢測、舊路病害的處治設計顯得尤為重要。

2.2 交通組織及安全生產壓力大

(1)擴建項目一般是連接重要城市或區域交通的主干線,例如茂湛高速項目作為連接粵西與珠三角的經濟運輸動脈,不僅明顯影響沿線產業布局和城鎮規劃,還與沿線居民生產生活環境密切相關。此外,現有高速公路擴建均要求以“邊通車、邊施工”的模式進行[1],對交通組織的設計與實施提出了更高的要求。

(2)除了總體交通組織外,交通組織還要進行種類眾多的專項交通組織設計,如互通、服務區等功能區改造,天橋拆除或頂升加高,路改橋的交通轉換,臨時路側、中分帶開口,臨時交通轉換口等。交通專項組織往往同樣也需要分階段進行多次轉換,就如何減少對主線交通的影響、保證正常行車和施工人員的安全、降低后續協調工作量和難度,提前制訂相關方案。

(3)高速道路往往有與通信、電力、能源及鐵路等項目交叉或平行的路段,擴建時需要對兩側進行征地拆遷。受征地拆遷進度的影響,工作界面往往不連續,容易出現進度不統一的情況。

2.3 路面施工效率受工作面、運輸條件的影響大

(1)采用雙側拼寬的擴建模式,以茂湛項目總體交組為例,大致分為三個施工階段:①兩側路基及路面基層施工,兩側施工至與老路面標高平齊,完成一側新建道路的護欄設施,見圖1。②交通轉換至一側雙向通行,另一側進行封閉,開展新老路面及橋涵結構物拼接施工,見圖2。③交通轉換至另一側雙向通行,封閉進行剩余半幅新老路面及橋涵結構物拼接施工,見圖3。最后實現雙向八車道通行。各階段產能不均勻,再加上路基段落施工的不連續,尤其是在施工兩側拼寬階段,運輸通道及施工作業面狹窄,產能較低,容易造成機械設備和人員的窩工[2]。

圖1 第一階段交通組織示意圖

圖2 第二階段交通組織示意圖

圖3 第三階段交通組織示意圖

(2)互通、服務區的臨時匝道、轉換口、中分帶開口、緊急停車帶等需要占用主線路面或新澤西護欄施工的時間與空間,存在現有道路通行與施工的矛盾,以上交通組織個案均需編制專項施工方案,采用導改或封閉的措施,為路面施工提供工作面。而由于涉及路政、交警審批,流程往往很長,影響路面整體施工效率。

3 茂湛改擴建項目采用的優化措施

針對上述重難點問題,在安全、高效、經濟的前提下,茂湛改擴建項目在實際的施工組織中,考慮項目的特性,積極克服施工中常見的問題,最終保證改擴建的綜合目標,采用以下措施進行施工及交通組織的優化。

3.1 強化總體目標管控意識,保障路面施工效率

樹立以路面施工為核心節點的目標管控意識。因為路面工程是高速公路承載車輛行駛的直接部位,路基橋涵等分項工程施工均為路面施工的緊前工序,改擴建項目每階段進行交通轉換前均需完成對應階段的路面施工,路面施工是改擴建施工的關鍵節點。同時由于路面施工對碎石備料場及拌和站的標準化要求高、臨建成本高,需要投入大量專業大型施工機械及配套人員,是影響整個項目效益的關鍵。因此路面施工進度直接影響整個擴建項目的施工安排,是改擴建項目的核心節點。如何保障路面施工效率,提高整體施工進度,有以下幾個關鍵點:①根據工期目標編制總體計劃、階段計劃,圍繞路面施工,展開生產布置。②根據總體、階段計劃,組織工、料、機分項計劃,結合施工段落,合理規劃臨建布局,利用現有高速,提升運輸工效,做好運輸規劃。③重視技術閉環管理,提升交通組織在擴建施工管理組織體系中的地位,以解決保通與施工的矛盾。④利用技術創新手段,高效施工,提升路面施工的連貫性。⑤合理配置施工機械組合,做好關鍵設備故障應對措施。

3.2 動態設計,優化細節

既有高速公路在建設期間的指導思想與技術標準存在明顯差異,現有路面結構錯綜復雜,給后期擴建帶來了相當大的技術難度。我國高速公路技術標準經歷了三次較大規模的變動,新舊路之間技術標準無法統一,單純地套用新技術標準會造成擴建工程與現有結構無法對接一致,對施工產生很大的阻礙。為此在實際施工中,應對擴建部分進行動態設計,針對具體問題,適應現場實際情況[3]。如茂湛項目在實際中采用了以下手段:①提升舊路測量精準度,利用雷達掃描技術,做好舊路動態測量。②統一普通路面結構和橋面鋪裝結構層厚度之間的差別,增加施工的流暢度。③精細化設計,針對特殊情況采用不同功能層,對荷載能力有限橋梁,采用減厚降載的設計。④針對“白加黑路面”拓寬路面形式,進行專題優化。

3.3 關注綠色交通發展,充分利用舊路資源再生

在公路改擴建工程施工中,會產生大量的廢舊材料,部分材料可以實現回收利用,但是在實際中,這項技術應用相對較少,而且存在不少亟待解決的問題,如冷再生材料路用性能不足、廠拌熱再生材料利用率低、廢棄材料排棄不滿足環保要求等。因此,在針對公路進行改擴建的過程中,應關注綠色交通發展,對舊路資源再生能力和效率進行優化提升,從廢棄物循環利用和節能降耗兩方面,加強廢棄物資源化綜合利用技術的研究和示范,帶動相關產業結構的優化升級,繼而推動經濟的可持續健康發展。

4 改擴建工程的創新與展望

4.1 打造智能化交通組織,降低交通組織風險

在擴建過程中,以雙向四車道為例,緊急車道在大部分時間將被占用進行拼寬,留給車輛正常行駛的道路變得非常狹窄,若遇到封閉車道施工或一般交通事故,容易造成交通堵塞。如果形成了智慧型的交通體系,就能很好地避免堵塞情況,智慧交通系統可以根據施工具體部位提前進行交通分流并通過系統控制進行車速自動降速避險。同時,無人駕駛技術的運用在改擴建工程中也充滿前景,無人駕駛的關鍵能力是感知并傳達其周圍正在發生的狀況,從而執行復雜操作,避免沿途的碰撞,減少因人為意外造成的碰撞損失。此外,由于不需要人員操作,原本為駕駛員提供的誘導提示和安防設施都可以省去,使得施工圍蔽占用的空間大幅減少,施工交通組織費用減少,也可提升運輸效益。

4.2 開發路基快速成型工藝,提升改擴建階段轉換效率

改擴建項目需要經歷多個施工階段,路基施工受征地拆遷、軟基處理、降雨等不利影響,往往工期較長,阻礙下一階段交通轉換的進行。茂湛項目采用直立面板式泡沫混凝土工藝,既加快了路基成型,又減少了支擋結構物及相應的軟基處理措施[4]。

4.3 裝備智能化、定制化升級

目前常見的4改8的改擴建項目在施工時受限于拼接施工場地條件和施工空間,不利于傳統大型機械設備的運轉,而6改8的改擴建項目則面臨更狹窄的施工界面。在施工界面有限制,還要邊通車、邊施工的情況下,利用智能化、定制化的施工設備保障新建部分及新舊路拼接位置的施工質量,是改擴建項目機械設備發展的方向。茂湛項目針對性地開發了枕梁縱向銑槽機和臺階銑刨機,克服了施工空間狹小的問題,提升了施工效率。

4.4 利用多元化再生技術生態集約出實效

改擴建項目需充分利用舊路資源,既節約材料成本,又減少了廢棄舊路材料對生態環境的破壞,如對瀝青面層銑刨料,可采取冷拌、就地熱再生等技術,實現銑刨料循環利用;特別是就地熱再生技術,節約銑刨及廢料清理工序,經濟又高效[5]。

5 結語

高速公路改擴建項目施工是一個有機系統的工程,需要全面了解項目及其周圍路網運營情況,通過分析比較論證,在減少對現有交通影響的前提下,保障施工作業的安全、穩定、品質、高效。交通組織的優化要做到“因地制宜,分流有度,保通有序,效益最佳”[6]。同時要克服施工階段多、施工作業面狹小且不連續等施工不利條件,重點關注新舊路拼接質量、重視舊路資源的高效集約使用。通過智慧交通、裝備智能化升級等手段保障改擴建項目施工綜合品質,兼顧保證項目正常施工和運營,降低改擴建對社會通行需求的不利影響,并為后期大規模改擴建項目施工提供經驗。