各种疑难杂症全得碰一遍 在贵州修高速太逆天！(组图)

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了不起的中国制造

　作者 | 须臾千秋，清华大学土木工程博士

　　在贵州，有这样一条公路，它几乎将公路建设所能碰到的各项疑难杂症全都碰了一遍，可以说是一部山区高速公路的教科书，它，就是从省会贵阳到瓮安的贵瓮高速公路。



　　（贵瓮高速全长89公里，于2015年底建成）


　　那么，这条教科书公路到底遭遇了哪些困难呢？我们一个一个讲起。

　　（一）贵州，全世界最“反人类”地理环境的所在

　　中国基建工程师真正的摇篮是哪里？是清华大学还是同济大学？其实都不是，真正让中国工程师们磨炼成长为中国制造顶梁柱的，是贵州。

　　贵州拥有全世界最“反人类”的地理环境。

　　俗话说“地无三尺平，天无三日晴，人无三分田”，整个贵州省全境都是层峦叠嶂的山区，山间溪流交错纵横，是典型的喀斯特地貌。丰富的地表水将山体的里里外外都溶蚀得面目全非，形成许许多多的溶洞和空腔。

　　这些地下洞穴还会发生塌陷，光看这些山的外表，没人知道哪块山是结实的，哪块山是不结实的。



　　（贵州山村，典型的喀斯特地貌）


　　可想而知，要想在这样的环境中修路，要小心地穿过破碎的地质构造，不能发生坍方，要保持公路稳固，还要避开仅有的一点儿人们居住生活的平地，真可以称得上是土木工程师的试炼场了。

　　整条公路很少有平整地铺在地面上的路段，基本上除了桥，就是隧道，不论修路还是造桥，从这里走出来的土木工程师可以轻松面对世界上其它地方的任何疑难杂症。

　　（二）岩溶、顺层、高液限土…哪个最让人头疼？

　　贵州地区的山体组成主要是石灰岩，石灰岩的主要成分是碳酸钙，会与水和空气中的二氧化碳反应生成可溶的碳酸氢钙，并随着水流逐渐流失。喀斯特地貌的本质，就是地下水长期流动将石灰岩地层进行溶蚀。

　　地下水溶蚀石灰岩的过程，可以在岩石内部形成空洞，并随着时间的推移将空洞逐渐扩大。这种溶洞在工程建设中是非常不利的，它会造成严重的受力薄弱区，并且很多时候难以发现，直到路已经修到，危机才会显现出来。



　　（喀斯特地貌中形成的溶洞）


　　贵瓮高速的控制性工程清水河大桥采用的是群桩基础，打下的18根桩居然遇到了17个溶洞，大的足足有两三间房子那么大。这些溶洞必须用混凝土完全填满，而且还要确保水流不会溶蚀这些混凝土，这样才能稳固地支撑上部结构。要想解决这些溶洞，靠的都是多年积累的工程经验。

　　岩层的构造类似于千层饼，顺着断层撕开的强度远远小于其本身的强度，这种现象在贵州的地质环境中体现得尤为明显。

　　当雨水侵蚀时，岩层面很容易发生破坏，进而形成顺层滑坡（所谓顺层，指的是断层面与岩层面基本一致的断层）。顺层滑坡有时甚至会发生连锁反应，一层发生滑坡还会带动它上下几层一起滑坡。

　　施工中，一旦遇到这种地貌只能尽力躲开或预先设置护坡，否则很容易对工程造成破坏，施工中的扰动也会加剧滑坡的产生。



　　（顺层滑坡）


　　贵瓮高速沿线土质大都为高液限土，这种土的含水量高、密度低、稳定性差、强度低，按照常规的施工工艺进行压实是完全无法达到设计规范要求的。进行路基压实时，高液限土会表现得像弹簧一样，一旦外部压力撤掉，这些土就会重新弹起，继续吸水。

　　要想将这种土壤处理到可以铺设路面，需要用大吨位的压路机长时间碾压，并及时进行排水。此外，还要向土中掺入石块以提高刚度。相比起普通土质，高液限土的施工过程十分繁琐。



　　（高液限土）


　　除了这些问题外，贵瓮高速还要面临地层破碎带多、地质环境不稳定、软弱土层等等许多问题。此外，修建道路时还要兼顾节约土地、保护环境和恢复生态的问题。

　　可以说，在贵州修上89公里的路，比在美国大平原修上几千公里的难度还要高。

　　（三）溶洞可不是闹着玩的，挖隧道挖到时怎么办？

　　贵州的山体内部分布着大大小小的溶洞，在贵瓮高速穿过这些山体时，难免会遇上许许多多的溶洞，这在设计中很难完全掌握。

　　当隧道遇到这些溶洞时，并不会像我们以为的那样，“正好利用溶洞，省得动手挖了”，而是十分凶险。

　　溶洞并不是都像我们参观的旅游景点那样美好，这些岩溶空洞中往往还会有岩块、松散土或者泥浆作为填充物。岩溶发育对隧道工程危害极大，溶洞、溶蚀裂隙、溶蚀小孔破坏了围岩的整体性，降低了岩体的整体强度，影响围岩稳定，导致洞室坍塌及洞顶地表塌陷。

　　若破坏了岩溶水通道，则会导致涌水、突泥的发生，这些事故都十分危险，会阻碍隧道施工的进行，甚至出现人员的伤亡。



　　（隧道施工中极其危险的涌水突泥）


　　此外，溶洞洞壁岩体结构与坚硬的洞穴和隧道不可同日而语，它们都是流水侵蚀的残存部分，往往极其破碎，十分不稳定，成分为破碎的石块夹泥。爆破开挖后，填充物及洞壁四周破碎岩体夹杂泥块失去支撑而大量掉落，掌子面上方难以稳定，严重影响施工作业安全。

　　为了尽量减少岩溶地区施工中围岩与设计地质情况不符的现象，施工时会随时进行超前地质预报，利用物探、超前取样等方法，在正式挖到指定位置之前即将前方一段距离的地质环境预先探测出来，同时采用多种探测手段，还可以互相取长补短，相互补充和印证，综合监测结果，及时提出对不良地质的处理措施并更改设计方案，以降低施工风险，确保工程质量和运营安全。

　　当施工中一旦遇到这些溶洞，洞壁摇摇欲坠甚至已经开始发生坍方时，工程师们会先让人员和设备撤离，再采取喷射混凝土或注浆的方式优先保证坍方体的稳定。在拱部小导管注浆或管棚预固结围岩的保护下，尽量减少对围岩的扰动，采用拱部预留核心土，周边采用人工风镐开挖，核心土及中槽用挖掘机开挖。

　　在情势比较凶险时，甚至会直接回填混凝土，待稳定后再以少扰动的方式重新进行开挖。

　　（四）遇山挖洞遇水搭桥，没有想象得那么简单

　　贵瓮高速极少穿过平地，全程除了隧道，就是一座又一座的桥梁。

　　这当中最重要的控制性工程就是全长2171米，深达406米的清水河大桥，这条大桥的修建过程可以说是艰苦卓绝。



　　（清水河大桥）


　　尽管现代化的施工机械一应俱全，但这里是真正的“地无三尺平”，进出全靠一条6米宽的盘山公路，高差大、回头弯多，还常遇山体塌方、雨雪天气。

　　这里还没有平整的场地，施工机械很难进场展开。

　　大桥所需的“大块头”材料既无法运进来，也无处存放，只能化整为零，在现场组拼。钢桁梁施工中，要将2696根基本构件运到工地，再拼成75节梁段，最后分节段吊装，由40多万个螺栓连接。

　　大桥共耗用钢材、水泥、砂石等各类材料达90万吨，还有诸多大型设备，都是依靠这条6米宽的简易山路。

　　清水河大桥建设速度之快让业内人士惊叹不已。36根直径3.5米的桩基，施工只用了3个月；220米以上的两座主塔，施工用时285天；千米级大桥猫道架设仅用了24天，主缆架设76天，钢桁梁吊装93天；从开工到通车仅29个月，比计划工期提前一年。

　　为了提高施工效率，大桥钢桁梁的设计是根据施工方案和工期量身设计的，方案的选择优先保证可以快速和方便地施工。由于采用了高性能抗震钢筋，将索塔钢筋数量减少，方便了索塔钢筋的安装和绑扎。主塔施工由4.5米一节改造为6米一节，索塔施工工期较常规提前4个月。

　　常规情况下，这样一座大桥的建成需要4～5年时间，210多公里的两条高速通车后会有一年的时间是断头路，220多亿的投资将无法发挥其经济效益。但在高超的技术下，大桥提前一年通车，整条贵瓮高速的通车时间也大大提前了。

　　结语

　　2015年12月31日，历时三年多建设的贵瓮高速全线通车，双向四车道，设计时速80公里/小时。它的通车，对改善该区域的交通条件，促进地方经济社会发展有着重要的作用。如今，贵瓮高速全线已经成为了贵州省的著名旅游景点，风景极其秀美。