随着我国经济社会的快速发展，越来越多早期建成的高速公路由于通行能力不足、服务水平低下、安全事故频发等原因，已经不能满足日益增长的交通需求，急需进行切实可行的改造升级或扩容建设。济南至青岛高速公路（简称济青高速公路）改扩建工程是山东省第一条改扩建高速公路，也是目前国内一次性改扩建里程最长、投资最大的“边通车、边施工”的改扩建项目。为解决改扩建工程建设中遇到的一系列技术难题，推广应用一批先进科技成果，集中展示科技对交通行业技术进步和产业升级的引领推动作用，为今后高速公路改扩建工程提供技术储备和经验支撑，山东高速组织行业内多家科研单位，经过缜密调研和前期论证，于2017年11月通过交通运输部批复立项，实施济青高速公路改扩建绿色科技示范工程。
扩容需求迫在眉睫
济青高速公路横贯山东省东西部，是国家高速公路网青岛至银川线的重要路段（其中唐王立交至济南零点立交段为济广高速公路的重要路段），也是国家“五纵五横”综合运输大通道中青岛至拉萨通道的重要组成部分，连接了山东省济南、滨州、淄博、潍坊、青岛等重要工业城市，被誉为山东省的“黄金通道”。自1993年建成通车以来，随着区域经济社会的快速发展，交通量增长迅速，服务水平明显下降，严重影响了道路交通安全，已不能适应经济、社会和交通发展的需求，济青高速公路改扩建显得尤为必要和日趋迫切。
_2图1 济青高速公路改扩建主体工程路线
2015年12月，济青高速公路改扩建项目获国家发展和改革委员会核准立项，并于2016年6月开工建设，路线全长309.2公里，工程批复估算总投资297.96亿元。工程采用沿既有老路以“两侧拼宽为主、局部单侧或两侧分离加宽为辅”的加宽方式，标准路基宽度42米。改扩建后的济青高速公路扩宽至双向八车道，设计速度120千米/小时，极大地提升了新时期人民群众安全、快速、便捷、舒适的通行服务体验。济青高速公路改扩建工程不同于新建项目，具有自身的工程技术特点，主要表现在：
1. 路线交叉多，管线密集，迁改协调和施工组织难度大
济青高速公路处于山东省最重要的经济走廊带内，穿越5条国道、15条省道，6条铁路，沿线征地红线内共分布27条重要管线（10kv以上电力线、输油及输气管道）、1099条次要管线，迁改协调和施工组织难度极大。
2. 旧路服役时间长，新旧道路结构与材料匹配困难
济青高速公路至今已通车26年，是目前国内旧路通行时间最长的改扩建项目。经过多年通行，旧路路基已基本稳固，改扩建后新旧路基的沉降差异会对路面结构产生巨大影响，新旧道路结构与材料适应性难题亟需解决。同时，新版规范《公路工程技术标准》《高速公路改扩建实施细则》《沥青路面设计规范》等与原有技术标准差异大，对济青高速公路改扩建提出了更高要求。
3. 四车道保通施工,安全风险高,交通组织复杂
济青高速公路既有道路车流量大，可分流路线少，改扩建期间要满足双向四车道基本保通，交通和施工安全矛盾突出。此外，主体工程共分五个施工阶段，先后两次全线统一转序，以实现半幅通行、半幅施工，交通组织极其复杂。
4. 沿线取土困难，地材紧缺，绿色节能与循环利用任务重
济青高速公路沿线多为优质耕地，土地资源紧张，优质筑路材料紧缺，旧路废弃材料和固体工业废弃物处置困难，节能减排和环保压力巨大。
5. 保通压力大，运营服务和智慧出行要求高
济青高速公路改扩建期间，不能降低人民对“安全、快速、便捷、舒适”的出行需求。结合工程建设实际，科学、系统、规范地指导智慧高速建设，也是本项目积极探索的方向。
提质增效贯穿项目始终
为解决济青高速公路改扩建工程技术难题，进一步提升项目建设品质，以“安全耐久、资源利用、节能环保、智慧共享”为主题，开展了“全寿命周期设计施工一体化、不间断交通的施工交通组织与安全保障提升、旧路材料与大宗工业废弃物循环利用、生态防护与节能减排、信息化建管养效率提升”五大科技专项。统筹科技创新和集成交通科技成果转化应用，依靠科技成果的先导作用实现工程建设的提质增效，在济青高速公路改扩建绿色科技示范工程创建过程中取得了一系列创新成果。
优化性能 提升效率
为解决路面多横坡、多拱度，雨后积水、车辆变道摇摆等问题，在济青高速公路改扩建主线309公里的路面上面层摊铺施工中，全部采用四车道18.75米宽全断面单机整幅一次摊铺，成功实现了“横向一字坡、纵向无接缝”，显著提升了施工效率和建设质量。
_3图2 沥青路面全幅无缝摊铺
济青高速公路原硬路肩路面结构与行车道不一致，为保证扩建后硬路肩部位能够承受重载交通荷载，同时为保证半幅通车、半幅施工，先对一侧整段长度硬路肩部位(左幅或右幅)暂不处理，直接拼宽，待交通转序后再对其进行反开挖处治。通过技术创新，在硬路肩反开挖段，采用“横向喂料”“大厚度摊铺（36厘米）”“超重吨位智能碾轧”，实现一次摊铺一次成型，提高了硬路肩反开挖段施工质量和效率。
在高速公路拓宽改造工程中，新旧路基差异沉降控制、新旧路面结构与材料性能协调及匹配、路基路面结构一体化设计等都是亟需解决的重难点问题。通过开展多方面联合技术攻关，一方面针对改扩建工程路基差异沉降模式、沉降计算方法进行研究，提出了新旧路基差异沉降的控制标准和控制措施，确保车辆运行安全；一方面对新旧路面结构和材料进行了全面性能研究，提出了新旧路面结构转换与性能恢复方法，实现了新旧路面结构和材料的最优协调与匹配。此外，通过室内外加速加载与实体工程试验研究，对新旧路面结构进行长期性能观测，进一步提高了改扩建路面结构的合理性与经济性。
协同管理 降低成本
改扩建项目既有桥梁建设采用老技术标准，不能满足新规范技术要求，其是否仍具有继续服役的使用价值，目前还缺乏成熟的科技成果参考。济青高速公路改扩建工程存在大量拆除梁板，通过开展“既有桥梁综合利用关键技术”研究，从“既有中小跨径旧桥荷载适应性”，“在役钢筋混凝土梁疲劳损伤及剩余寿命”，“桥梁整体化层参与结构受力”三个方面进行了多角度研究，最大程度提高了既有桥梁结构利用率，避免过度加固和拆除重建。此外，还对“拼宽桥梁的桩基础沉降差异控制”开展了专题研究，为实施桥梁工程改扩建提供了理论支撑和技术支持。该技术的系列研究成果成功在已经开工的京沪、京台改扩建工程（山东段）中得到了规模化推广应用。
_4图3 既有桥梁荷载适应性评估试验
在济青高速公路改扩建桥梁建设过程中引入BIM技术，以工程结构物的三维模型为核心，以数据共享和协同工作为目标，提高管理水平，保证施工质量。通过研究，顺利实现了BIM模型轻量化，建立了小清河特大桥、华山高架桥、小许家高架桥等工程结构物的BIM模型，开展了桥梁建造实时动态施工控制、挂篮施工监测、进度管理、预应力筋碰撞检查等工作。
为了确保济青高速公路小清河特大桥的安全性和耐久性，降低桥梁全寿命周期内的建设成本，通过开展“混凝土时变性能试验与机理、混凝土时变性能预测模型改进、全寿命周期梁桥性能发展预测、基于模型修正的梁桥长期变形发展与实桥测试”四方面的系统研究，构建了适用于实际服役环境下的梁桥变形预测和监测技术体系，为现有预应力混凝土桥梁设计、施工和维护提供了技术支撑。
创新设计 改善质量
济青高速公路改扩建从设计阶段即应用了永久性沥青路面结构设计理论与技术。通过采用永久性沥青路面设计，路面结构具有强基础、厚沥青层等特点，路面结构寿命可达30年以上。此外，采用拼宽车道新建沥青下面层（AC-25）与旧路面的平接设计，形成了结构优良的保通路面结构；在旧路结构补强后再加铺两层沥青结构层，实现了旧路面结构的耐久保持。
在济青高速公路改扩建过程中，示范应用了管状劲性体、DHT土凝岩稳定材料、稳定型橡胶改性沥青混合料、密水型沥青胶砂桥面铺装、长大纵坡段高模量沥青混合料（EME）等新材料，有效延长了重载交通道路使用寿命。
应用信息化技术，建立了沥青路面全过程质量控制管理平台，实现了对沥青路面生产环节溯源、现场智能碾轧等质量管控，大幅提高了管理效率和施工质量。
智慧管控 安全便捷
针对济青高速公路改扩建保通施工安全难题，应用综合驾驶实验平台，模拟改扩建施工期间道路行车环境，揭示人、车、路、环境与交通安全的交互关系，指导限速标准的制定、道路标志标线的设置，以及改扩建不同阶段的交通转序。
为切实保障济青高速公路改扩建期间通行安全和施工安全,利用无人机对施工区进行了常态化监测,并结合信息反馈结果,对交通流进行有效管理、组织和疏导。同时,利用移动钢护栏进行保通施工的临时防护,大幅提升了安全保障水平。此外，还优选发光交通标志、旋转式防撞护栏、可导向防撞垫等交通安全新设施，以及抗凝冰沥青路面等新技术,全方位提升济青高速公路安全运营水平。
改扩建期间，不能降低人民群众对“安全、快速、便捷、舒适”的出行服务体验。一方面应用“e高速”，实现了道路运营、公安交管、广播媒体、互联网导航四方联动，准确迅速推送路况图文信息，提升了用户出行的便捷性、及时性、安全性和体验感；一方面通过自主开发应用的热线智能机器人“温馨”，全天候服务，自动识别用户需求，以语音形式将查询结果精确播报给用户，提高用户出行的科技感。此外，还对传统反光交通锥进行了物联网化改造，应用智慧锥桶实现与导航地图软件数据平台无缝对接，实时上传路面作业动态数据，同步更新推送给导航使用者，保障民众的出行安全与便捷。
生态环保 节能高效
首次将拜耳法赤泥应用于高速公路建设，赤泥路床的路用指标和污染性控制指标均满足设计与规范要求。济青高速公路改扩建赤泥路床填筑的规模化应用，为赤泥在道路工程建设中的资源化利用奠定了基础。
_5图4 赤泥生态环境实验
开展了高性能乳化沥青厂拌冷再生技术推广应用，并进行了废弃结构混凝土再生集料高值化利用技术研究，实现了旧路面材料、废弃混凝土材料等旧路材料100%再生利用，其中40%高值化利用，变废为宝。旧路材料的循环再利用，极大地节约了砂石、沥青等道路建筑材料，降低工程造价，节约弃渣占地，减少碳排放。
_6图5 旧路面铣刨料回收利用济青高速公路改扩建项目是怎么做成绿色科技示范工程的_7图6 废弃结构物混凝土回收利用
此外，在济青高速公路改扩建过程中，为了对旧护栏进行循环再利用，通过计算机高精度仿真模拟，及实施实车碰撞试验验证，自主研发了多种护栏形式，实现了全线再利用旧波形梁护栏达642公里，节省钢材近万吨，大幅降低了护栏工程造价。
_8图7 旧波形梁护栏改造再利用
在济青高速公路济南东服务区，集成应用低碳建筑设计、服务区污水资源化处理、透水路面铺装、雨水收集利用等新技术，实现污水处理、中水利用、雨水收集利用、生活垃圾集中无害化处理等。进一步降低服务区能耗，提高水资源利用率，促进节能减排，提升服务体验，建设低碳、海绵型服务区，打造高速公路温馨驿站新品牌。
_9图8 海绵服务区透水停车场
在济青高速公路岩石路堑边坡，应用“水-土-生”三大生态防护关键技术，形成了坡面稳定的草灌型护坡植被，整体覆盖率超过75%，保证高陡岩石边坡生态修复效果和质量。桥台锥坡防护以生态砖替代传统六棱块，有利于形成坡面稳定的多样性护坡植被，有效防治高速公路改扩建工程建设造成的水土流失，使桥台锥坡生态得到有效恢复，最大限度恢复济青高速公路生态景观。
_10图9 边坡生态防护
面对持续增加的环保压力，一方面利用环保测试手段，对施工场地环境进行全节点、连续式跟踪监测，建立完善的施工期能耗评价体系，提出针对性节能减排措施；另一方面对基于沥青机械发泡的混合料绿色温拌技术进行研究，有力推动了沥青路面建设绿色环保和可持续发展。
工程建设背后的思考
坚持目标导向。认真梳理工程技术难题，准确定位工程需求，精准确立科研项目研究方向，以推广应用和集成攻关“新技术、新工艺、新材料、新产品”为载体，大力开展科技创新，有效促进科技成果工程化和产业化，达到交通运输管理水平、运输服务品质、工程建设质量等方面的典型示范效应。同时，积极关注社会需求，勇于承担社会责任，比如拜耳法赤泥在济青高速公路改扩建路床填筑施工上的示范应用，不仅实现了固体工业废弃物的“绿色利用”，还减轻了相关企业处置工业废弃物的负担，形成了新的经济增长点。
坚持问题导向。对制约工程质量的难点，实施重大技术攻关；对制约工程进度的难点，研究推广四新技术；对影响工程建设安全的难点，进行安全智慧管控研究；对影响工程绿色发展的难点，研究应用绿色环保技术。济青高速公路改扩建绿色科技示范工程即紧扣“绿色”理念，在上述四个方面开展了一系列创新实践，较好地完成了“建设品质工程、推进环境友好、实现绿色建造、提升服务质量”的科技示范引领目标。
坚持创新导向。积极搭建科研院所、高等院校、高新技术产业等多方协同创新平台，激发建设、科研、设计、监理、施工等单位创新活力，切实保证科技创新成果及时落地。合理引导，制定激励措施，充分调动参与各方积极性，切实保障科研单位的研究先导作用、设计单位的技术服务作用、施工单位的贯彻落实作用，以及监理单位的监督协调作用。在济青高速公路改扩建过程中，项目办建立了“工程建设进度与科研项目同步推进”的管理模式，有效实现了科技创新成果与工程建设质量双提升。
坚持主体导向。在科技示范工程实施过程中，充分发挥了建设管理单位的主导作用，建立健全科技管理制度，积极开展工程建设专家咨询，形成重大技术难题攻关智库。充分利用外脑，联合行业知名单位共同开展科技攻关，满足自身发展的多元化需求。在济青高速公路改扩建过程中，项目办联合了17家交通行业知名高等院校、科研院所及公司，共同开展科学研究工作，加上设计、施工、监理等参建单位，形成了攻坚破难合力，共同促进工程建设质量的不断提高，也为全国高速公路改扩建工程建设质量和服务水平的有效提升树立了典范。