--- 十余年来运用科技成果建设福建高速公路的体会 福建地处东南沿海，山地和丘陵面积占陆地面积90%以上。沿海的沈（阳）海（口）高速公路福建段通过路段，江河众多，穿越山岭丘陵地带，地质构造复杂；沿线软土地基分布较广，既深且厚，为典型的滨海相沉积。山区修建的三（明）福（州）高速公路，漳（州）龙（岩）高速公路又是山峦重叠，高山峡谷，为典型的山岭重丘区地形；路线通过的路段，土质较差，多为高塑性粘土，不能直接用于路基填筑。因此修建高速公路工程难度大，需要研究解决的设计、施工问题多，既要研究解决沿海软土地基的处理问题，又要研究解决山岭重丘区高速公路建设的设计和施工新技术。 我们十分重视科学技术在高速公路建设中的指导作用，在研究总结国内高速公路建设经验的基础上，抓住设计、施工中关键技术问题，组织力量进行攻关。依靠科学技术功克了高速公路建设中出现的技术难题，创出了优质的高速公路，使我省高速公路建设的总体水平上了一个台阶，也为今后我省高速公路的建设积累了宝贵的经验。 在目前全省建成通车的1200余公里高速公路中，我们研发并应用的关键技术是： （一）桥头路段软土地基综合治理的试验研究 我国现有的高速公路通过软基地段存在不同程度的病害，尤其是在桥头路段常出现跳车现象，影响高速公路的使用功能。分析其原因，有设计上的原因，也有施工上的问题。许多省份在软基上修建高速公路前，都要先期修建一段软基试验路，借以总结适应本省软基上修建高速公路的设计和施工经验。该课题依托泉厦高速公路，针对福建沿海软土分布广泛，软土层较厚，且这类软土往往具有含水量高、孔隙比大、抗剪强度低、压缩系数高、渗透系数低、沉降稳定时间长、沉降量大、稳定性差的特点，通过研究分析该类软土处理经验，提出避免桥头跳车的软基综合治理方案，并提前组织力量联合攻关。通过专题研究，治理了桥头软土地基，除解决桥头软基跳车问题外，还完善了一般路堤的软基处理设计方法。 （二）高填路堤稳定与施工控制的专题研究
针对修建山区高速公路，高填方路堤在所难免，沈海（福建段）、三福、漳龙高速公路超过20米以上的高路堤比比皆是，甚至出现高达30~40米的高路堤。由于高填方常处于山间、沟谷和斜坡地段，这些地段由于地质、地貌条件复杂，使得修筑的高填路堤常常出现：边坡局部坍塌、滑动，填方沉降及不均匀沉降等问题。这些问题一旦发生，轻者导致路面结构过早破坏，重者中断交通并导致水土流失。因此，如何确保高填路堤的稳定性，成为山区高速公路修筑有待解决的关键性问题。通过开展高填路堤稳定与施工控制的专题研究，解决高填路堤稳定、沉降、施工质量控制等关键技术，从技术上确保高速公路在安全、经济、优质、高效的原则下顺利建成，达到确保工程质量、降低工程造价、安全运营的目的。 （三）高塑性粘土路基质量控制和施工工艺研究 根据《公路路基施工技术规范》（JTJ033-95）及部颁《公路工程国内招标文件范本》技术规范的规定：液限大于50%，塑性指数大于26的土，由于高塑性粘土液限高、塑性指数大，极易出现吸水膨胀和失水收缩现象，此类土属于不良路基填料，不能直接用于高速公路路基的填筑。而我省沈海（福建段）、三福、漳龙高速公路建设中遇到了很多这样的土质，高速公路沿线高塑性粘土分布广、数量很大，废弃换填或改良利用都耗资巨大。建设中，开展了系统的室内试验和现场工艺试验研究，探索直接利用高塑性粘土修筑高速公路的途径和方法。高塑性粘土由于其高胀缩性而被现行规范限制使用，通过室内试验成果及试验路段的铺筑，深入地分析和研究了直接利用高塑性粘土修筑高速公路路基的质量控制标准和相应的工艺要求，其研究成果指导修筑的高塑性粘土路基在技术上是可靠的，经过雨季的考验，高塑性粘土路基月沉降量基本保持在０－３ｍｍ之间（占填土高度的０－０.０６％）并趋于稳定，满足高速公路路基沉降要求。检查路基外观，边坡稳定，路基成型完好。检测路基的弯沉值远小于设计弯沉值，完全满足路基的设计承载能力要求。研究成果的推广应用使大量拟废弃、换填的土方得以利用。 （四）软基上填石路堤修筑技术的研究 山区修建高速公路，填石路堤是无法回避的一种路基结构形式。填石路堤的填料，主要来源于大量的石质挖方和隧道弃方。怎样利用这些石质填料修筑路堤，避免一方面大量借土修筑路堤，另一方面又大量废弃石方，占用农田和林地。为克服这种不合理现象，针对性地开展了“高速公路软基上填石路堤修筑技术的研究”课题。该课题面临解决的主要问题是填石路堤的压实工艺和检测手段及检测标准，粗粒料的压实特性，填石路堤的变形、稳定性评价。课题对上述几个方面的问题进行了试验研究，提出了较完整的填石路堤设计、施工、检测等方面的方法和建议，为我省高速公路软基上填石路堤的修筑起到积极的指导作用。 （五）岩石路堑边坡锚固设计与施工技术研究 在山区修建高速公路，深挖路堑边坡不可避免。而高边坡在施工中及营运期的稳定是非常重要的，预应力锚固技术是常用的加固手段之一。它能合理利用岩石的自身强度和自稳能力，简化结构体系，当岩石边坡施加预应力锚固后，对被锚固的岩体立即产生主动压力，发挥锚固效应，它能维持边坡本身的力学性能不变，对岩石边坡基本不产生扰动和破坏，且作用力能均匀分布于需加固的边坡上，提高了边坡的稳定性。针对边坡高度、岩石强度、岩体完整程度、岩石结构特性、结构面产状，分析了碎裂结构岩石路堑边坡破坏机理、锚与岩体作用机理、路堑边坡锚固机理，确定开展“岩石路堑边坡锚固设计与施工技术研究”课题。该课题提出了预应力锚索锚固路堑边坡稳定性计算方法，锚固边坡失稳判别标准，从而保证了高速公路运营期的安全。 （六）利用福建石料修筑高速公路防滑路面的应用研究 山区高速公路多依山而行，具有坡陡、弯道多等特点。为保证山区高速公路的行车安全，同时又因地制宜，根据石料的路用性能，寻求铺筑高质量沥青防滑路面的方法，保证全天侯的高速、安全行车。同时，满足就地取材，降低工程造价，提高沥青路面的抗滑能力，延长道路的使用寿命，提出了“利用福建石料修筑高等级防滑路面的应用研究”。课题对全省石料场进行了调查，对石料的路用性能、石料场的信息管理系统、沥青抗剥落剂的应用研究、抗滑层沥青混合料的设计与室内试验进行研究，并铺设了试验路，对试验路进行了观测分析和级配对摩擦系数的影响、路面构造深度的变化规律进行了深入研究。该课题无疑对高速公路路面建设起到了指导作用。 （七）“SMA技术在桥面及隧道上的应用"及“高速公路改性沥青混凝土路面施工工艺及质量检测指标应用研究” 路面是高速公路重要的组成部分，作为道路直接与行车发生关系的“界面”，其工程质量具有特殊重要的意义。目前，沥青混凝土路面普遍存在耐久性（使用寿命）及早期损坏现象严重，使高速公路沥青路面的质量面临严峻考验。常规沥青混合料的性能已经难于满足交通的要求，这就要求我们进一步提高沥青混合料的路用性能，采用改性沥青和沥青玛碲脂碎石混合料（SMA）以解决路面抗滑和耐久性的矛盾，这就是当前受到国内外普遍重视和青睐的先进技术措施之一。为进一步解决高速公路路面早期病害问题，提出防治和解决高速公路沥青路面早期损坏的对策与技术措施，开展了“SMA技术在桥面及隧道上的应用”及“高速公路改性沥青混凝土路面施工工艺及质量检测指标应用研究”两个课题。通过对SMA沥青路面和改性沥青路面的应用，提高沥青混凝土的抗剪强度与抗车辙能力，提高沥青路面高温稳定性，抗疲劳开裂及抗滑性能，从而改善沥青路面的行车舒适性并延长路面的使用寿命。 （八）粉煤灰碎石桩加固软土地基的试验研究 处理软土地基最经济的方法是采用排水固结，但这种方法需要的固结时间长，在规定的工期内，往往达不到预期的效果。在桥头路堤和高填路堤较多采用粉喷桩、搅拌桩进行地基加固，但搅拌桩承载力主要由桩周侧摩阻力构成，在大面积布桩的情况下，侧摩阻力本身会造成软土的固结变形，故搅拌桩的工后沉降仍然存在。吸取工业与民用建筑处理软基的方法，引入粉煤灰碎石桩，由于这种桩成桩质量受地层影响较小，施工质量便于控制，它的承载力是搅拌桩的2~4倍，质量稳定，工后沉降小，因此桥头路堤和高填路堤采用较多。为进一步完善路基复合地基的设计理论，为粉煤灰碎石桩在路基工程中的应用提供设计理论，包括建立粉煤灰碎石桩的稳定性验算理论，提出垫层和桩头的设计计算方法，建立粉煤灰碎石桩复合地基的施工沉降和工后沉降的计算方法，提出桥头过渡段差异沉降的工艺措施，确定合理的布桩间距及施打工序等，使其有效地解决高速公路桥头跳车问题，并推动复合地基设计理论的发展和完善，开拓软土地基加固新方法。粉煤灰碎石桩加固软基根据荷载和沉降要求进入预定的持力层，垂直承载力增强较多，但这种桩承受水平力是极低的。在半坡上，岩石倾斜较大的地层，是不宜采用的。 （九）引用地理信息系统（GIS）与高速公路数据库的结合进行高速公路数据库的开发 GIS是地理信息系统Geographic Information System的缩写，它是一门新兴的计算机应用领域。它具有空间地理信息的输入、存储、分析、输出功能的系统，是一个支持空间决策的系统。它是按一定的空间拓补关系描述和存储各种空间要素，利用数据库管理系统的成熟技术，将地理属性数据管理和空间数据的拓补相结合，使系统变得实用，灵活。 公路数据库引入GIS，将公路数据库的开发推向了一个新的阶段。GIS在属性数据管理方面比CAD强大得多，它已成为公路数据库系统不可缺少的核心成分。由于GIS的引入，开发高速公路数据库将不同于一般的报表式数据库，它是集空间数据和属性数据于一体的数据库。在实现地图集成功能时，采用mapInfo作为系统开发的地理信息系统软件平台，其地图窗口的应用集成提供了便捷的手段和方法，大大地提高应用开发效率和程序的可推护性。 （十）钢纤维混凝土的弯拉力学性能研究及在高速公路上的应用 在普通水泥混凝土中掺入适量的钢纤维而成的新型复合混凝土材料称为钢纤维混凝土。普通水泥混凝土的抗压强度远远高于它的抗拉强度，而且普通混凝土的极限拉应变一般不超过200με，因此普通混凝土在弯拉工作状态下其疲劳寿命及耐久性均不理想。在混凝土中掺入一定数量的钢纤维，就可以改善它的力学性能。钢纤维可以限制混凝土中骨料之间微裂缝的发展速度，从而使它的抗拉强度、抗冲击能力、疲劳强度以及它在受拉状态下的变形能力均大幅度提高。国内外对钢纤维混凝土的力学性能做了大量研究，但对在受拉状态下的应力——应变关系研究较少。高速公路的预应力混凝土准连续梁负弯矩受拉区的桥面铺装使用了钢纤维混凝土，该课题主要研究了钢纤维混凝土在弯拉状态下的应力——应变关系以及钢纤维品种、最大骨料粒径和钢纤维掺量对其力学性能的影响，并指导设计和施工。通过静载试验，证明准连续梁负弯矩区掺入钢纤维的桥面铺装在活载作用下性能良好，达到了预期目的。钢纤维混凝土明显地提高了桥面铺装的抗弯拉强度，提高了桥面铺装的耐久性及其寿命。 （十一）空间预应力混凝土技术研究与应用 高速公路互通立交桥梁结构型式往往体现为高架桥、弯桥、斜桥、异型桥等不规则形状，这些不规则桥梁设计受力分析非常复杂。本课题系统研究了预应力混凝土在各种互通式立交桥梁结构中应用的特点和要求，采用空间梁格式剖析复杂桥梁结构，较好地解决了各种复杂桥梁的计算问题。梁格理论即是将桥梁上部结构用一等效梁格来代替，弯梁、斜梁和异型桥与比拟梁格之间的等效关系，主要表现在梁格各构件刚度上。预应力的作用转化为在梁格各结点上的等效荷载，分析这种等效梁格后再将其结果还原到原结构中。梁格理论不仅适用于主梁与横梁组成的格子梁桥，而且适用于板式（包括实心板和空心板）、肋板式及箱形截面等大部分上部结构，不仅适用于规则桥梁，同时适用于异形桥梁，通过适当的离散与模型化，可以取得令人满意的工程设计精度。梁格理论是一种三维空间分析方法，它具有基本概念清晰，易于理解和使用，应用范围较大等特点，在各类桥梁设计中得到广泛应用。利用该研究成果编制的计算机程序，已成功进行了多座复杂的空间异型预应力混凝土桥梁结构的分析计算。 （十二）预应力混凝土准连续梁设计研究 高速公路的基本要求是“快速、安全、舒适”，为保证行车安全舒适，同时从维修、养护角度考虑要求结构具有耐久性，因而提出了准连续梁桥型结构设计研究。准连续梁桥型结构施工方法与简支梁基本相同，即采用预制与安装，所不同的是主梁接头用普通钢筋混凝土或预应力混凝土连接，形成连续梁结构。其结构受力特点与简支梁不同，经过计算分析，它在恒载作用下大致界于简支梁与连续梁受力状态之间，而在活载作用下却呈连续梁受力特点。此结构具有简支梁的施工方便、工期短、造价低等优点，同时又有像连续梁那样行车舒适、伸缩缝少、养护维修费用省等特点。国外对中等跨径的先简支后连续桥梁，一般采用主梁与接头混凝土性质相同的结构形式，即先制成预应力混凝土简支梁，后浇筑接头混凝土，并在其全长范围内后张预应力形成连续梁，或者利用预制构件端部钢束的连接形成连续梁，且大都采用双支座。国内对这些跨径的结构，一般采用简支梁桥面连续的形式，也有采用先简支后连续的形式。由于双支座连续梁在结构受力上存在许多不确定因素，施工及推广上都有一定难度，因此，提出研究先简支后连续梁的主梁预应力，接头普通钢筋混凝土或预应力混凝土，单支座或双支座等特点的内容，力求在理论上有所创新，以指导生产实践。目前我省高速公路已大量采用先简支后连续的结构形式，其中大部分为准连续梁桥。该课题的研究成果已显示出明显的经济效益及社会效益，它对加快高速公路的施工进度、降低造价、安全舒适的运营都起到了很大的作用。 （十三）下白石跨海大桥施工控制技术研究 福（鼎）宁（德）高速公路上的关键工程是福安下白石跨海大桥，交通部对其设计、施工难度给予了充分重视，组建了以原交通部副部长李居昌为组长，原交通部总工杨盛福为副组长的高规格、高水平的专家组。下白石大桥主桥上部结构为（145m＋2×260m＋145m）的预应力混凝土连续刚构桥，长810m，整个主桥处于半径为52000m的竖曲线范围内。主桥上部构造采用挂篮悬臂浇筑的方法施工，其悬臂施工节段多（三个“T构”的悬臂各分为29对梁段，最长5米，最短3米），悬臂浇筑梁段最大控制重量约为2180KN，施工周期长，工艺复杂，难度大，影响因素多，需要经过多次合拢后成桥。T型刚构合拢后由于受收缩、徐变、温度、恒载等因素的影响，线形将发生变化，应力场将产生重分布。为此，对桥梁进行了理论分析，进行了箱梁悬臂施工控制，箱梁挠度与应力长期观测和荷载试验等项目，以保证箱梁施工质量和施工精度，确保桥梁按设计规范要求进行施工。同时验证设计的合理性与结构的可靠性，了解结构的实际受力状态和工作状况，及时总结完善施工控制理论和控制方法，为今后大跨径预应力混凝土连续刚构桥的设计和施工提供宝贵经验。 （十四）下白石大桥7号墩墙式基础研究 下白石大桥主桥7号墩（主墩）靠岸边，原桥梁基础设计为扩大基础，围堰难度大，成本高，开炸基坑数量大，影响周围居民的工作和生活，且施工工期长。通过建设单位、北京建达设计单位与清华大学合作，共同开发了一种新型基础即墙式基础，通过对墙式基础的理论分析、模型试验、实桥测试的研究，确定了它的受力机理、施工工艺、计算方法及参数的取定，经过成桥空载和满载的测试表明成桥后7号桥墩是安全可靠的。该桥7号墩采用此种新型墙式嵌岩基础，施工简单、省工省料，大大地减少基坑开挖量及节省投资，具有极大的经济效益。该墩基础采用墙式基础后，其基础的工程数量比原设计节省87％，基础挖方仅为原设计的11％，由此可见具有极大的经济价值。墙式基础为国内外首创，该成果总结出大型墙式基础的受力特点和成熟实用的计算理论，完善和补充了现有的桥梁规范，提高了基础的建设质量，推动了桥梁的学术进步及桥梁新结构的发展，使桥梁的基础型式和设计上了一个新的台阶。由于墙式基础具有显著的经济效益和社会效益，因此它具有广泛的推广前景。 （十五）高速公路闽华牌桥梁护栏的研究开发 随着我国高速公路建设的快速发展，高速公路建设开始向山岭重丘区延伸，沿线修建了很多弯、坡、斜桥和高墩、长大桥梁，行车安全面临着严峻的形势。而我国现行高速公路桥梁护栏标准，基本上是参照国外标准制定的，已不尽适应我国变化了的交通条件和安全标准的客观要求。因此根据我国国情，借鉴国外的先进经验，开展桥梁护栏的研究工作，尽快开发新型桥梁护栏结构，以提高公路桥梁护栏设置的科学性和有效性，保证行车安全，减少事故损失，满足我国高速公路建设和交通运输发展的客观需要，并使我国在桥梁安全设施领域的技术水平走向世界前列，都是十分必要的，也是十分迫切的。课题对桥梁护栏结构方案及参数进行了选定，对其防撞功能进行了理论分析，对桥梁护栏的结构强度进行了实车足尺碰撞试验，提出了满足安全标准的新型护栏的设计、施工技术条件和标准。所开发的新型混凝土桥梁护栏具有较强的防撞能力和良好的导向功能，达到了安全评价标准的要求；并经对不同跨径、不同翼缘板宽度上护栏结构受力状况的有限元分析验证，新型护栏可以在较大跨径的混凝土桥梁上应用。课题成果给出了新型桥梁护栏的结构形式、参数及其设计方法，所取得的各项数据为制（修）订我国公路桥梁护栏技术规范提供了科学依据。该课题在北京组织了国内权威专家的鉴定认为：课题在对我国已建高速公路防撞护栏大量研究的基础上，充分运用先进理论和模拟试验手段，并专门建立实车足尺碰撞试验场，试验验证护栏结构设计的合理性和施工的易操作性，其技术路线合理，试验手段先进；新型桥梁护栏形式合理，具有防撞能力强及良好的导向功能，特别是护栏顶部设置了挡坎，能有效地阻止车辆翻越护栏，其结构新颖，在国内外尚属首创。工程实践证明，它可降低工程造价，节省养护费用，减少事故损失，具有明显的经济效益和社会效益，其应用前景广泛，课题成果达到了国际先进水平。 （十六）高速公路中央分隔带新型混凝土护栏试验研究 高速公路中央分隔带护栏，国内多数采用波型梁护栏，混凝土护栏应用较少。国外高速公路中央分隔带混凝土护栏用得较多，如美国高速公路中央分隔带采用混凝土护栏的路段占50%以上。其主要原因是：混凝土护栏的防撞能力强，导向功能好，在交通量大的路段可大幅度减少碰撞事故损失，同时日常养护和维修工作量小，节省养护费用。据有关资料统计：混凝土护栏与波形梁护栏相比较，碰撞事故次数减少50%以上，碰撞事故伤亡人数降低40%以上，维修养护费用降低90%以上。课题首先通过对国内外和实地调查资料的研究分析，确定高速公路新型中央分隔带混凝土护栏结构的基本形式，护栏碰撞试验条件和安全评价标准；通过模型试验、理论分析、静力有限元计算和动态数值模拟等技术手段，分析护栏结构各部分在护栏结构中的作用，确定合理的护栏结构形式。包括确定合理的坡面形式，优化护栏结构的配筋，分析护栏中的士体、支撑块等作用。进行护栏设计及实车足尺碰撞试验研究。利用高速摄像、人体加速度测量装置、光电测速及应力、变位电测系统等采集试验数据，对新型混凝土护栏结构性能进行检验，判断是否满足评价标准的要求。并不断对护栏结构参数进行优化设计，进行综合效能技术措施的研究，使其混凝土护栏取得防撞、绿化、防眩、改善景观以及获得简化施工和养护的综合效果，最终通过实车碰撞试验进行验证，直到提出安全、防护性能优良、经济实用的高速公路中央分隔带新型混凝土护栏。 通过调研、分析，新型中央分隔带混凝土护栏与普通波型梁护栏相比，防护能力提高约3倍；投入使用后将有效减少恶性交通事故的发生，从而减少公路交通事故的伤亡人数。同时，由于混凝土护栏自身的防护特性，防护能力强，护栏变形小，因而护栏破坏较小，一般不用维修。若经碰撞出现裂纹等轻微破坏时，只需用砂浆将缝隙填充防止漏水即可。新型中央分隔带混凝土护栏的研究为我国高速公路建设提供一种适应现代交通条件、经济适用、安全可靠的护栏结构，从而减少公路交通的恶性事故发生，减少人员伤亡，并可提高行车舒适度，降低养护费用，因此有其广阔的应用前景。 （十七）扁平大跨度不对称连拱隧道设计与施工技术研究 随着我国国民经济的稳步发展，高速公路建设方兴未艾。由于高速公路向山岭重丘区发展，隧道工程修建越来越多，其外形结构型式也多种多样。根据“公路隧道设计规范”要求，高速公路隧道应设计成上、下行分离的两座独立隧道，通常间距应大于隧道洞径的3倍。近年来，隧道工作者积极探索新的隧道形式，以适应高速公路的发展，连拱隧道这种结构形式就应运而生。连拱隧道一般是对称结构，但由于受线形及地形条件的影响，要求设计成扁平大跨度不对称连拱隧道形式，如我省罗（源）长（乐）高速公路马宅顶隧道就是这样。不对称连拱隧道因两拱的空间连在一起，因而开挖断面的跨度明显增大，且因两拱紧密相连，开挖、支护和衬砌施工相互交错，使得围岩应力变化和衬砌荷载转换变得十分复杂。在岩体开挖和衬砌施工过程中，围岩应力分布、衬砌各部分的受力和变形状况难以获得准确解答，左、右洞开挖和衬砌施工对中墙的相互影响也难以估计，因而不对称连拱隧道变形和稳定控制方面的难度随之增加。基于上述背景，设立了本研究课题，本课题旨在典型工程实践的基础上，总结提出此种新型隧道在不同支护方法和衬砌形式下的受力模式、合理的支护参数，并结合福建丘陵山区岩体地层特点，建立一种可供设计与施工参考采用的实用设计方法和施工工艺。研究的主要内容是在各种荷载作用下，不对称连拱隧道的变形和受力特点；施工过程中，围岩和衬砌的受力和变位的情况，据此提出相应的开挖方法和支护技术，并确定合理的施工方案和方法；不对称连拱隧道的设计方法、防排水措施等。这种新颖的大跨度隧道，线形流畅、挖填方工程量小、占地面积小、空间利用率高、洞口位置的选择上具有较大的灵活性，它解决了山区地形复杂，线路布置困难路段的选线工作。该课题的研究对高速公路建设具有积极意义。 （十八）小净距隧道设计、施工关键技术研究 “公路隧道设计规范”JTGD70-2004第4.3.2条对并行公路隧道的净距作出下列规定：高速公路、一级公路的隧道应设计为上、下行分离式的独立双洞；分离式独立双洞的最小净距，按对两洞结构彼此不产生有害影响的原则，结合隧道平面线形、围岩地质条件、断面形状和尺寸、施工方法等因素确定，一般情况可按表4.3.2取值。 由于福建依山傍海，境内山岭耸立，峡谷交错；福建省高速公路不可避免建一些长隧道外，中短隧道的座数占绝大多数。路线穿越山岭，常规方法是：建普通分离式双洞隧道；建连拱隧道；开挖深度许可，采用大开挖。采用分离式双洞隧道，有成熟的设计、施工技术方法，但隧道进出口占用土地较多，不利于整体线形规划和优化。连拱隧道虽然克服了分离式双洞隧道的缺点，但施工工期长、施工难度大，质量也难以得到保证。而因大开挖出现的高边坡对环境保护极为不利，且造价、施工难度并不比隧道低，同时，运营维护困难，非万不得已，一般不采用。为解决环境保护、投资、建设周期、施工难度、路线线形等矛盾，提出修建小净距隧道（由隧道规范规定的1.0—4.0倍洞径减少到4—8m）。 “小净距隧道设计、施工关键技术研究”课题，主要研究适用于我省地形、地质条件下的小净距隧道，拟定小净距隧道设计参数；解决小净距隧道在施工和运营阶段的围岩稳定和支护结构的安全，并形成小净距隧道设计、施工细则。课题研究分别从理论分析、数值仿真、工程类比、室内模型试验、现场监控量测等五个方面进行研究，并依托福银高速公路（福建段）的隧道工程作为研究和现场监控量测的重点，由于对依托工程进行及时、有效的指导，包括优化支护参数，确定合理可行的施工方案，提高了小净距隧道设计和施工的科学性。为避免不良事故、提高工效、保证工程质量起到了强有力的科技支撑作用，使得小净距隧道这一新型结构在我省高速公路建设中成功得到推广应用，产生了较大的经济效益和社会效益。据此编写的“小净距隧道设计和施工细则”将为今后我省乃至全国公路隧道设计和施工技术规范的修订提供全新的内容和素材。 （十九）三福高速公路隧道关键技术研究 本课题的依托工程是三福高速公路（福州段）的美菰林特长隧道，单洞长5.6公里，是目前福建省高速公路中最长的隧道。针对工程的特点，拟对特长公路隧道通风方式、公路隧道照明技术进行研究。其通风方式以确保运营通风系统的安全、经济、合理，研究的方法采用理论分析、数值计算与模型试验。在技术设计阶段采用理论分析的方法确定通风方式及其风道设置与风口形式，确定地下风机房防潮与动力配置和考虑设备运转时间的模糊控制模式。通过数值计算与模型试验来验证竖井排出式通风系统在各种工况下的适应能力，弄清火灾状态下烟气的行为及其气流组织问题，从而避免设计中不合理因素。本项目拟研究解决排出式纵向通风的几个关键问题，为特长隧道纵向通风的设计运营管理提供经验和建议。照明技术的研究是采用高效照明的方式，降低隧道的运营成本。研究的方法采用理论分析和1：1实测试验。在照明适应性曲线研究中主要通过理论分析的方法确定亮度、速度、安全度、舒适度的相互关系以及分析符合中国国情条件的适应曲线研究的目的。通过两个阶段的试验来完成高效配光特点与公路隧道特点有机结合研究和新型高效节能专用灯具的开发。本课题在以下几方面取得显著成果： 1、美菰林隧道为我国目前采用单吸式通风最长的公路隧道；
2、利用隧道完善的交通监控功能，提出了通风工况中的“控制工况”概念，将80km／h计算行车速度的阻塞车速定义为30km／h；
3、首次在国内公路隧道中采用地下风机房技术，对保护土地资源、方便管理维护、减少轴流风机的动压损失都十分有利；
4、通过计算机数值模拟对射流风机的调压能力，斜井排除式通风井底部的气流分布、阻力损失和隧道发生火灾时，控制火灾烟雾扩散回流的各种临界风速的确定进行了详细的计算，完成了通风系统设置的气流组织和分布规律的研究；
5、采用大比例通风模型对斜井排出式通风各种营运工况，特别是火灾工况进行了试验，对竖井排出式通风的动力配置、防灾分区、营运控制进行了详细的研究；
6、采用1：1实体隧道模型和对隧道适应曲线理论的研究，提出了特殊偏置位置的布灯方式；
7、开发的公路隧道照明灯具，具有使用寿命长、防尘、防水、省电节能的特点，该灯具光学效果优于国内同类产品。 （二十）公路隧道湿喷混凝土综合技术研究 如何采用先进的初期支护施工工艺以确保施工安全和工程质量，使建成的隧道具有21世纪先进水平的优质工程是我们最为关心的问题。隧道初期支护推广应用湿喷技术可以提高效率、保证质量、降低喷射混凝土时产生的回弹和粉尘。发展湿喷技术，要取得良好的湿喷综合效果，除研制高性能的湿喷机外，研究与之相关的混凝土技术和施工工艺是同等重要的。在喷射混凝土中掺入粉煤灰，可以提高强度、密实性和抗渗性，能减少干缩和提高弹性模量；在拌和料中加入适量的引气剂，可显著提高其抗冻性和抗渗性；将硅粉掺入喷射混凝土中，可以提高抗压强度，改善混凝土结构的密实性。湿喷技术的发展，为这些在浇注混凝土工艺中得到普遍应用的混凝土技术在喷射混凝土中的应用创造了条件。通过现场试验和理论分析，得出如下结论： 1、湿喷工艺可以对水灰比和速凝剂的掺量进行有效控制，因此湿喷混凝土具有较高的平均强度，并且匀质性好（离散系数小），湿喷工艺可以建立一套质量保证体系（水灰比、水化作用、速凝剂掺量），对喷射混凝土强度进行有效控制。 2、以湿喷工艺为基础，利用添加剂（硅粉）可使强度标号达到C40以上，在喷混凝土中添加粉煤灰也可提高喷混凝土强度，或在同等强度标准下可替代部分水泥； 3、湿喷效果跟混凝土和易性和湿喷机工作参数（风压、风量、喷嘴距离、喷嘴角度）以及速凝剂性能有关，其中混凝土和易性是首要因素； 4、以湿喷工艺为基础，在特殊条件下（超大喷射厚度、严格控制沉降），可实施模喷，应用适宜的喷射方式能够保证喷射混凝土的密实度、强度、与围岩的粘结强度。 本项综合研究，结合于工程，服务于工程，在隧道的软弱地层段和坍方抢险施工中发挥了重要作用，提高了隧道初期支护质量，保证了施工安全。湿喷技术在福建公路隧道建设中已得到广泛应用。 （二十一）公路隧道纤维喷混凝土力学性能施工工艺及装备的试验研究 掺入钢纤维的混凝土具有优良的韧性和耐久性，它在隧道工程中喷射混凝土的作用是在与围岩共同变形的过程中控制变形，建立新的平衡。普通喷射混凝土是一种脆性材料，受到较大变形后容易开裂破坏而丧失承载能力，从而不能有效地保证围岩的稳定。掺入钢纤维后，混凝土的抗拉强度和主要由拉应力控制的抗弯、抗剪和抗扭等强度有明显的提高，同时，它将脆性的混凝土材料变为具有吸收变形能力的韧性材料。此外，掺入钢纤维后，可以控制混凝土裂纹的发展，使其抗裂性能和耐久性大为提高；同时具有抗冲击和抗震能力。钢纤维混凝土在硬岩中可以取代模筑衬砌而采用单层结构，在软岩中用作初期支护则可以取代钢筋网喷混凝土并减薄喷层厚度，简化施工工序，改善喷射质量，节省造价。除钢纤维外，聚丙烯纤维也可掺入喷射混凝土中，作为隧道的支护或衬砌取代钢筋网喷射混凝土结构以提高工程质量并降低成本。聚丙烯纤维的掺入除能改善喷混凝土的力学性能外，还可提高喷混凝土物料的粘稠性，降低回弹和增大一次喷层厚度。该课题研究的主要内容是： 1、聚丙烯纤维喷混凝土的力学特性试验；
2、聚丙烯纤维喷混凝土配合比的优选；
3、钢纤维喷混凝土的力学性能试验；
4、钢纤维喷混凝土配合比的优选；
5、钢纤维喷混凝土施工工艺的研究；
6、聚丙烯纤维喷混凝土回弹率和一次喷层厚度测试；
7、钢纤维喷混凝土支护试验段；
8、钢纤维喷混凝土试验段的现场量测。 试验段试验结果表明，在软弱围岩中，可以用钢纤维喷混凝土支护代替钢筋网喷混凝土支护，有利于加快施工速度、提高工程质量，取得良好的技术经济效果。 十余年来运用科技成果建设高速公路的例证生动地说明了科技成果推动了高速公路的建设，科研工作紧紧依托高速公路工程项目，服务生产、指导生产。正是靠着科学技术是第一生产力的力量，靠着广大高速公路建设者勇于探索、刻苦钻研的精神，十余年来在高速公路科研项目方面取得了丰硕的成果。实践证明，只有不断地推进科技创新，继续加大科技创新及推广运用科技成果的力度，以科技创新提高工程质量，才能够适应快速发展的新形势。 全文共14210字节 |
