茂湛高速公路改扩建施工及交通组织优化研究

卢旭

(保利长大工程有限公司,广东 广州 510640)

1 引言

我国目前已经建成了较为完备的高速公路交通运输网络,为人们的日常出行和区域之间的资源调配提供了便利。但随着原有道路服务时间的增加及交通量井喷式的增长,部分路段出现了影响路用性能的问题,如路面病害严重、通行能力不足、服务水平下降等。相较于新建一条复线高速公路,采用增加车道结合旧路病害处治的改扩建模式可以在拓展现有通行能力的同时,实现资源的优化利用,大幅降低建设成本,而且施工周期更短,施工速度更快。

改扩建工程不仅是简单地拓宽现有道路,往往还涉及旧路病害的处治、新旧道路的整体拼接、互通的改造及交安附属设施升级等一系列工作,需要占用既有道路,对于既有道路的交通流存在相应的干扰,存在保通与施工的矛盾。因此,改扩建项目往往需要分多个施工阶段进行,并且每个阶段都伴随着相应的交通组织工作。

本文主要根据沈(阳)至海(口)高速茂名至湛江段改扩建项目(以下简称茂湛改扩建)施工中遇到的重点难点问题,分析现有管理和技术手段存在的不足,并针对扩建项目的相关特点,结合智慧交通、装备智能化、节能环保等行业热点,讨论改扩建项目的创新与未来。

2 扩建项目施工重难点

2.1 原建设标准与现有规范存在差异

(1)原有道路的建设标准和现行的规范存在明显的差异,给后期扩建带来了相当大的技术复杂性。例如茂湛高速分五期建设通车,建成通车时间跨越1999年至2010年,采用的技术标准指标不一,和现有技术标准指标存在较大出入。

(2)新旧路之间的拼接位置是改扩建项目的质量薄弱点。新旧路基拼接后,由于土体性质不同,且固结稳定期不一致,如不做处理则易产生不均匀沉降;在新旧桥拼接位置,由于新旧混凝土存在收缩徐变差、沉降差等,容易产生裂缝。且通行情况下,行车荷载会对拼接段混凝土形成扰动,影响拼接带强度。因此拼接处的拼接处理及罩面是路面施工的重点部位。

(3)现状路面往往出现了不同程度的路面病害,如裂缝、坑槽等,需要对既有路面采用针对性的旧路面病害处置。为准确甄别旧路病害程度并有效处治,对旧路路面的动态检测、旧路病害的处治设计显得尤为重要。

2.2 交通组织及安全生产压力大

(1)扩建项目一般是连接重要城市或区域交通的主干线,例如茂湛高速项目作为连接粤西与珠三角的经济运输动脉,不仅明显影响沿线产业布局和城镇规划,还与沿线居民生产生活环境密切相关。此外,现有高速公路扩建均要求以“边通车、边施工”的模式进行[1],对交通组织的设计与实施提出了更高的要求。

(2)除了总体交通组织外,交通组织还要进行种类众多的专项交通组织设计,如互通、服务区等功能区改造,天桥拆除或顶升加高,路改桥的交通转换,临时路侧、中分带开口,临时交通转换口等。交通专项组织往往同样也需要分阶段进行多次转换,就如何减少对主线交通的影响、保证正常行车和施工人员的安全、降低后续协调工作量和难度,提前制订相关方案。

(3)高速道路往往有与通信、电力、能源及铁路等项目交叉或平行的路段,扩建时需要对两侧进行征地拆迁。受征地拆迁进度的影响,工作界面往往不连续,容易出现进度不统一的情况。

2.3 路面施工效率受工作面、运输条件的影响大

(1)采用双侧拼宽的扩建模式,以茂湛项目总体交组为例,大致分为三个施工阶段:①两侧路基及路面基层施工,两侧施工至与老路面标高平齐,完成一侧新建道路的护栏设施,见图1。②交通转换至一侧双向通行,另一侧进行封闭,开展新老路面及桥涵结构物拼接施工,见图2。③交通转换至另一侧双向通行,封闭进行剩余半幅新老路面及桥涵结构物拼接施工,见图3。最后实现双向八车道通行。各阶段产能不均匀,再加上路基段落施工的不连续,尤其是在施工两侧拼宽阶段,运输通道及施工作业面狭窄,产能较低,容易造成机械设备和人员的窝工[2]。

图1 第一阶段交通组织示意图

图2 第二阶段交通组织示意图

图3 第三阶段交通组织示意图

(2)互通、服务区的临时匝道、转换口、中分带开口、紧急停车带等需要占用主线路面或新泽西护栏施工的时间与空间,存在现有道路通行与施工的矛盾,以上交通组织个案均需编制专项施工方案,采用导改或封闭的措施,为路面施工提供工作面。而由于涉及路政、交警审批,流程往往很长,影响路面整体施工效率。

3 茂湛改扩建项目采用的优化措施

针对上述重难点问题,在安全、高效、经济的前提下,茂湛改扩建项目在实际的施工组织中,考虑项目的特性,积极克服施工中常见的问题,最终保证改扩建的综合目标,采用以下措施进行施工及交通组织的优化。

3.1 强化总体目标管控意识,保障路面施工效率

树立以路面施工为核心节点的目标管控意识。因为路面工程是高速公路承载车辆行驶的直接部位,路基桥涵等分项工程施工均为路面施工的紧前工序,改扩建项目每阶段进行交通转换前均需完成对应阶段的路面施工,路面施工是改扩建施工的关键节点。同时由于路面施工对碎石备料场及拌和站的标准化要求高、临建成本高,需要投入大量专业大型施工机械及配套人员,是影响整个项目效益的关键。因此路面施工进度直接影响整个扩建项目的施工安排,是改扩建项目的核心节点。如何保障路面施工效率,提高整体施工进度,有以下几个关键点:①根据工期目标编制总体计划、阶段计划,围绕路面施工,展开生产布置。②根据总体、阶段计划,组织工、料、机分项计划,结合施工段落,合理规划临建布局,利用现有高速,提升运输工效,做好运输规划。③重视技术闭环管理,提升交通组织在扩建施工管理组织体系中的地位,以解决保通与施工的矛盾。④利用技术创新手段,高效施工,提升路面施工的连贯性。⑤合理配置施工机械组合,做好关键设备故障应对措施。

3.2 动态设计,优化细节

既有高速公路在建设期间的指导思想与技术标准存在明显差异,现有路面结构错综复杂,给后期扩建带来了相当大的技术难度。我国高速公路技术标准经历了三次较大规模的变动,新旧路之间技术标准无法统一,单纯地套用新技术标准会造成扩建工程与现有结构无法对接一致,对施工产生很大的阻碍。为此在实际施工中,应对扩建部分进行动态设计,针对具体问题,适应现场实际情况[3]。如茂湛项目在实际中采用了以下手段:①提升旧路测量精准度,利用雷达扫描技术,做好旧路动态测量。②统一普通路面结构和桥面铺装结构层厚度之间的差别,增加施工的流畅度。③精细化设计,针对特殊情况采用不同功能层,对荷载能力有限桥梁,采用减厚降载的设计。④针对“白加黑路面”拓宽路面形式,进行专题优化。

3.3 关注绿色交通发展,充分利用旧路资源再生

在公路改扩建工程施工中,会产生大量的废旧材料,部分材料可以实现回收利用,但是在实际中,这项技术应用相对较少,而且存在不少亟待解决的问题,如冷再生材料路用性能不足、厂拌热再生材料利用率低、废弃材料排弃不满足环保要求等。因此,在针对公路进行改扩建的过程中,应关注绿色交通发展,对旧路资源再生能力和效率进行优化提升,从废弃物循环利用和节能降耗两方面,加强废弃物资源化综合利用技术的研究和示范,带动相关产业结构的优化升级,继而推动经济的可持续健康发展。

4 改扩建工程的创新与展望

4.1 打造智能化交通组织,降低交通组织风险

在扩建过程中,以双向四车道为例,紧急车道在大部分时间将被占用进行拼宽,留给车辆正常行驶的道路变得非常狭窄,若遇到封闭车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体系,就能很好地避免堵塞情况,智慧交通系统可以根据施工具体部位提前进行交通分流并通过系统控制进行车速自动降速避险。同时,无人驾驶技术的运用在改扩建工程中也充满前景,无人驾驶的关键能力是感知并传达其周围正在发生的状况,从而执行复杂操作,避免沿途的碰撞,减少因人为意外造成的碰撞损失。此外,由于不需要人员操作,原本为驾驶员提供的诱导提示和安防设施都可以省去,使得施工围蔽占用的空间大幅减少,施工交通组织费用减少,也可提升运输效益。

4.2 开发路基快速成型工艺,提升改扩建阶段转换效率

改扩建项目需要经历多个施工阶段,路基施工受征地拆迁、软基处理、降雨等不利影响,往往工期较长,阻碍下一阶段交通转换的进行。茂湛项目采用直立面板式泡沫混凝土工艺,既加快了路基成型,又减少了支挡结构物及相应的软基处理措施[4]。

4.3 装备智能化、定制化升级

目前常见的4改8的改扩建项目在施工时受限于拼接施工场地条件和施工空间,不利于传统大型机械设备的运转,而6改8的改扩建项目则面临更狭窄的施工界面。在施工界面有限制,还要边通车、边施工的情况下,利用智能化、定制化的施工设备保障新建部分及新旧路拼接位置的施工质量,是改扩建项目机械设备发展的方向。茂湛项目针对性地开发了枕梁纵向铣槽机和台阶铣刨机,克服了施工空间狭小的问题,提升了施工效率。

4.4 利用多元化再生技术生态集约出实效

改扩建项目需充分利用旧路资源,既节约材料成本,又减少了废弃旧路材料对生态环境的破坏,如对沥青面层铣刨料,可采取冷拌、就地热再生等技术,实现铣刨料循环利用;特别是就地热再生技术,节约铣刨及废料清理工序,经济又高效[5]。

5 结语

高速公路改扩建项目施工是一个有机系统的工程,需要全面了解项目及其周围路网运营情况,通过分析比较论证,在减少对现有交通影响的前提下,保障施工作业的安全、稳定、品质、高效。交通组织的优化要做到“因地制宜,分流有度,保通有序,效益最佳”[6]。同时要克服施工阶段多、施工作业面狭小且不连续等施工不利条件,重点关注新旧路拼接质量、重视旧路资源的高效集约使用。通过智慧交通、装备智能化升级等手段保障改扩建项目施工综合品质,兼顾保证项目正常施工和运营,降低改扩建对社会通行需求的不利影响,并为后期大规模改扩建项目施工提供经验。