山西朔神高速公路科技创新体系建设实践分析

2022-12-21王晓慧申铁军

交通科技与管理 2022年23期

王晓慧,申铁军

（1.山西路桥集团试验检测中心有限公司,山西太原 030006; 2. 山西路桥建设集团有限公司,山西太原 030006)

0 引言

呼北国家高速公路山西省神池县至朔城区段作为山西省2022年重点工程，依托山西交通行业重点实验室，联合山西省内外高校和高新科技企业，不断突破技术难题，取得一系列科技新成果，参与研发的《重交通高韧超黏薄层沥青复合路面技术》《沥青路面高效就地热再生技术》荣获2022年山西省科技进步奖[1-2]。呼北国家高速公路山西省神池县至朔城区段充分发挥科技带头作用，致力低碳环保材料的前沿技术研究，扛起了开路先锋使命，打造了绿色交通典范[3]。研发成果科技含量高，质量优，综合造价低于常规材料，具有前瞻性，科技成果创新十分显著，实践意义和引领作用重大，可落地性很强，应加快落实和推广应用[4]。

1 山西朔神高速公路科技创新体系

山西省2022年重点工程呼北国家高速公路神池县至朔城区段的科技创新体系构成如下：

1.1 突出交通科技理论创新，不断提升低碳环保新理念

深入贯彻“开放、创新、绿色、共享、协调”的发展理念，按照路面结构材料产业化、养护材料环保化轻量化的发展方向，结合山西省重大交通运输工程行业治理、安全监管、建设养护、绿色发展等方面，不断地研发路用新材料系列产品，满足更高质量、更加绿色、更可持续的山西交通运输发展的新要求。

1.2 突出交通科技目标引领，推进产、学、研、用协同发展

按照山西省交通行业发展的战略要求，完善市场为导向、产学研用协同推进的产业开发与理论创新体系，打造山西省交通路用的新材料的科技创新高地。采用基础理论研究、工艺与装备优化、产业化工程技术示范全链条集成攻关，研究煤化工残渣分级梯级路面工程高价值利用。基于沥青流变性能，利用物理—化学方法研究煤化工残渣复合改性石油沥青，研制温度敏感性低、耐老化及耐疲劳性能强的改性沥青；针对煤化工残渣特征属性，研发煤化工残渣改性石油沥青制备工艺与装备优化；考虑减少天然矿料的破坏及使用，研究高掺量煤化工残渣混合料物理力学特性，形成煤化工残渣增强沥青混合料技术；深化煤液化残渣改性石油沥青与集料性能研究，建立煤液化残渣改性石油沥青养护磨耗层提升技术体系。

1.3 突出交通科技技术支撑，促进交通科技成果落地应用

按照“实用、实际、实效”的原则和逐步铺开、示范引领的思路，投入一大批技术骨干力量、资金，推动实施了一批带动能力强、示范效应好的重点项目。新研发的系列低碳环保类的科技成果处于国内同行业领先水平，不少新科研工艺已在重点特殊路段推广应用，效果非常显著。

1.4 突出科技创新成果向生产力转变，进行科研的课题研究

征集以科技创新为主要内容的研究课题，包含但不限于工程建设管理、招投标管理、设计优化、标准制定、材料、设备、工艺、改造、发明、技术提升等，分为提质型、降本增效型、创新型。议题符合国家、行业政策导向、公路施工生产管理需求，具有实用转化前景，并能突出经济和社会效益。收集完成后由山西省神池县至朔城区段高速公路总工办按奖项名额1∶3比例进行筛选，然后由山西省神池县至朔城区段高速公路专家委员会进行综合评选，挑选分数最高者作为奖励对象。评选结果按照山西省神池县至朔城区段高速公路相关议事流程进行公示。将分阶段、分批次进行科研攻关，所有入围议题提出人将作为项目主要参与人。征集各基层单位要延伸至项目一线技术、试验、机械操作等人员，内容主要有：

（1）国内外现状及存在问题简述、解决方法描述，包括现有公开研究课题或科研院校已有研究成果调查，问题处于何种工作环节中，主要作用或功能。

（2）经济或社会效益分析及预期目标设定（主要与现有技术进行对比）包括管理或技术工作原理描述，说明各条件之间逻辑关系，问题发生的规律及条件，需改进的问题、参数、流程描述。

（3）实现的途径或思路包括管理或技术思路描述、流程图、预期达到的目的、能够实现提质降本增效何种类型、定量进行目标设定；原有与改进后模式下经济、社会效益分析，有定性分析，有人、材、机、排放废物、问题发生率等方面有定量分析，投入产出比分析。

1.5 提升科技创新整体能力和质量，助力品质工程打造和效益提升

1.5.1 坚持问题导向

重点解决带有普遍性的质量、安全、环保问题以及质量不稳定、安全保障不可靠、工效不高、成本过高等设计、标准、材料、设备、工艺、技术等方面的突出问题。

1.5.2 坚持目标导向

以国家、省部级政策要求及行业发展趋势为导向，丰富科技创新内容，实现提质、降本、增效目的，填补行业技术空白。紧密结合业务范畴，实现技术、技能、工艺、标准、材料等新突破，为提升内在核心竞争力提供技术支撑。重点在绿色节能、固废资源化利用、工业化建造、数字化转型、智慧交通、智能化应用、与双碳目标融合等方面进行思考实践。

2 山西朔神高速公路科技创新体系的建设实践

2.1 水平高压旋喷桩超前支护技术的应用

山西省神池县至朔城区段高速公路全线施工难度最大的柴家墕隧道，被认定为山西省围岩条件最差的隧道。隧道围岩地质为湿陷性黄土，裂隙内分布高液限黏土、全风化泥灰岩，极易产生坍塌[5-7]。隧道上方有一条宽达7.1 m的卵石蓄水层，洞顶的结构非常不稳定，塌陷风险极高。水平高压旋喷桩超前支护的工艺流程及柴家墕隧道施工的大致流程见图1、图2。施工项目部2021年将高压水平旋喷桩的超前支护技术首次应用在山西省神池县至朔城区段高速公路上[7-9]。

图1 水平高压旋喷桩超前支护流程图

图2 柴家墕隧道施工流程图

2.2 下穿明代长城遗址地质复杂隧道施工技术的应用

由于项家沟隧道下穿明代长城遗址，地质结构复杂，是罕见的全Ⅴ级围岩隧道，洞内混杂黄土、富水卵石层、软泥、泥岩、砂岩，见图3、图4、图5。针对高填方冲击碾压、路基挖石方爆破作业等挑战，为了尽量减少工程施工对环境带来的影响，普遍采取减震措施，在路基石方开挖中采用挖掘机配合液压静态破碎锤施工的方式，最大程度降低了施工冲击，也保证了工程质量，完好保护了明代长城遗址。

图3 Ⅴ级围岩浅埋段的开挖立面图

图4 Ⅴ级围岩深埋段的开挖立面图

图5 Ⅴ级围岩段紧急停车带的开挖立面图

2.3 玄武岩复合纤维材料防眩格栅和隔声屏障，交安工程“新成员”

玄武岩复合纤维材料防眩格栅，采用玄武岩纤维与纳米复合防腐涂料相结合，抗盐腐性提高10倍以上，耐候性能符合国家规范要求，具有很好的耐久性；采用框架结构和“日”字形截面设计，具备优异的结构稳定性和抗风性；材料密度仅为同类铝合金产品的70%，防腐涂料可常温喷涂，具有质量轻、安装快、维护便捷等优点，价格远低于同类防眩产品。玄武岩纤维复合材料隔声屏障可抵御-60～80 ℃的温差，不变形、耐冲击、耐腐蚀；由于屏体轻，安装搬运便利，价格与同类产品相当，性价比明显优于铝合金喷塑、轻质混凝土隔声屏障。

2.4 玄武岩纤维复合筋，不含铁的“高强筋”

玄武岩纤维复合筋可替代钢筋广泛用于路面铺装层、桥面、桥梁护栏底座、高速收费广场、水电站混凝土底板和边墙、地震台建筑等工程中。玄武岩纤维复合筋可等强度与钢筋代换，造价降低超过30%，良好的抗腐蚀性避免了钢筋锈蚀引起的混凝土膨胀等问题，大大提高了混凝土的耐久性。

2.5 纳米复合防腐材料，延长公路护栏使用寿命

普通的公路镀锌或镀锌浸塑交安护栏在冻融、融雪盐等因素的侵蚀下，一般6～7年就出现防腐层剥离、钢材基体锈蚀等病害。而纳米复合防腐涂料将石墨烯与增韧、耐盐的多种材料复合，抗盐腐性提高5倍，抗老化性能提高1.5倍，抗盐冻性提高3倍，增强涂料的抗冻和防腐性能，提高护栏整体防腐性能，延长护栏使用寿命；与镀锌护栏相比，纳米复合防腐护栏生产耗能、环境污染显著降低，使用更环保，而且与镀锌护栏相比具有价格优势，养护成本降低55%。

2.6 植物类环保道路融雪剂，既要用得好又要用得起

植物类环保融雪剂和氯盐融雪剂相比具有优良的融雪能力，融雪温度由-20 ℃提高到-25 ℃，融雪能力提高11%，满足不同低温条件下融雪除雪要求；明显提高环保性能，植物类环保融雪剂对钢铁腐蚀率下降22%，对混凝土腐蚀率下降41%以上，对植物污染率下降21%～39%，其中丰富的钾、镁等多种元素可对周边土壤起到补肥作用；还有显著的价格优势，价格与普通融雪盐基本相当，远低于市场上的醋酸钾类环保融雪剂。