中国基建能力简直“开了挂”,在悬崖上也能修公路

在公路修建之前,峭壁上没有施工人员的立足点,更没有施工机械的安置空间,必须完全靠手拿钢钎开启出施工平面来。依山开凿道路,为了保证道路的安全,开挖不能大规模使用炸药,只能一步一步向前掘进。

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  出品| 网易新闻

  作者| 须臾千秋,清华大学土木工程博士

  在悬崖边上开车是怎样一种体验?能回答这个问题的人,一定已经被刚刚驶过的挂壁公路吓得魂飞魄散。

  没错,中国的挂壁公路的确是世界上看起来最惊险的公路。它真的像“开了挂”一样,是一种在峭壁、悬崖和高峻大山上开凿而出的奇险公路。其地势之险峻,修建之艰难,在世界筑路史上都很少见。

  远远看上去,这公路就像是挂在峭壁上的。这样奇险的公路中国共有七条,都分布在山西与河南省,太行山脉的两侧。


  (山西省内的挂壁公路)

  (一)为什么要修建挂壁公路?

  中国的山西省素来有“表里山河”之称。太行山的山势险峻,东侧是明显的断层,许多地段形成了近1000米高的峭壁,气势雄伟。

  在战乱年代,地势险峻、易守难攻的山西省就成为了兵家必争之地;但在和平年代,陡峭的太行山就成为了阻碍经济发展的大累赘。

  许多太行山深处的居民想要出山,就必须要靠双脚在大山中翻个一天一夜。由于没有平直的公路,大山内外的物资运输根本无从谈起,太行山中成千上万个小山村也就更谈不上生存和发展了。

  中国的山岳众多,地形复杂。在峭壁上修建道路这件事,早在两千多年前我们的先祖就已经实践过了,那就是栈道。栈道是在峭壁上凿孔搭建支架,以此为依托修建的道路。

  由于受力模式的特殊性,栈道无法承担太大的负重,通常只能走人,不能行车。此外,栈道还往往面临连续垮塌的问题,一旦有某处由于地质变动或超载发生垮塌,往往会带动栈道整体垮塌,进而造成较大的伤亡和损失。


  (栈道)


  (栈道的连续垮塌)

  要想把车开进太行山,靠栈道是有些不切实际的。不过,太行山的悬崖岩质坚硬,地质环境总体稳定,因此就有人想到可以反其道而行,不从峭壁往外搭出栈道来,而是向山体内部挖出一条道,这就是挂壁公路。

  挂壁公路的原理类似于“半个隧道”。它是在峭壁的中间挖出的一条公路,每隔十几米就开出一个与外界相连的洞口,既能在施工中用于排渣和作业,也能在建成后用于公路的通风与采光。

  与隧道不同,挂壁公路的规模小,布线灵活, 即使不需要隧道那样的严格支护也能保证安全。由于自然的通风与采光,它的能耗也远远小于公路隧道。

  挂壁公路的级别通常不高,但却是一种非常实惠的轻型公路,非常适用于山中村镇与外界的连接,是一种在资金不足的情况下代替隧道的实用方案。经计算,挂壁公路的造价只有相同功能隧道的3%。


  (二)在悬崖边上修路,难度非比一般

  挂壁公路的等级虽然普遍不高,只是普通的双向车道,但它的修建难度却非比一般。

  这种难度并不是指它像有些高楼大厦那样,动辄投资多少个亿的资金。在深山中,金钱并不能派上用场,挂壁公路的修建依靠的是巧妙的布置与顽强的意志。

  20世纪60年代,那时的中国还不是“基建狂魔”,不仅技术落后,而且资金匮乏。

  山西陵川县最东边的小村锡崖沟村民为了改善封闭落后的局面,利用手头既有条件,开始在王莽岭绝壁上修建中国的第一条挂壁公路:锡崖沟挂壁公路。这条7.5公里长的公路呈“之”字形布置,在山壁上曲折了三层,巧妙地避过了难于开凿、地质条件恶劣的地段。

  尽管没有任何国家规范作为指导,也缺乏详尽的工程地质与水文资料,但是凭借着工人们的工程经验和对家乡的了解,锡崖沟挂壁公路通过巧妙的选线完成了布置。


  尽管如此,锡崖沟公路还是历时30年才最终修建完成。之所以这么难修,最首要的原因就是挂壁公路缺乏施工作业空间。

  在公路修建之前,峭壁上是完全没有施工人员的立足点的,更没有施工机械的安置空间。因此在施工的开始阶段,必须有人吊着悬索爬上岩壁,完全靠手拿钢钎开启出施工平面来。

  这样的场景在那个年代非常常见。


  依山开凿道路,不能对山体造成过大的破坏,否则道路的安全无法保障,因此,挂壁公路的开挖不能大规模使用炸药,只能一步一步向前掘进。

  太行山特有的含砾沉积岩硬度极高,开挖不易,这又大大减慢了挂壁公路的施工速度。

  不过,有了锡崖沟公路成功的实践经验作为积累,后续开始修建的挂壁公路,速度与质量都有了显著的提升。

  (三)挂壁公路因奇特险要而闻名世界

  挂壁公路之所以为世界所知晓,要归功于河南郭亮村修建的“郭亮洞”。它是在110米高、1250米长的绝壁横面上,以25度斜面凿出的挂壁公路。

  这里的岩石硬度达到8.2级,超过了钢铁的硬度,甚至可以与工程合金媲美。吸取了锡崖沟经验的郭亮洞工程没有使用蛮力,而是精准地计算了炸药的用量,从岩层硬度最大的绝壁中间炸开了工作面,并以此为基础修建公路。

  郭亮洞工程共清理石渣2.4万立方米,使用了两千个铁锤和2吨钢钎,仅耗时5年即宣告完工,这在20世纪70年代是非常了不起的成就。

  郭亮洞的布置也十分合理,隧道开出的35个天窗间隔非常科学,现在作为公路的透光观景台,为公路提供了恰到好处的照明。

  郭亮洞被列为“世界最险要十条路”和“全球最奇特18条公路”之一,是当之无愧的“太行明珠”。


  (郭亮洞)

  (四)曾经的无奈之举,如今成风景线

  挂壁公路本是财力不足时替代隧道的无奈之举,但随着经济的发展,人们发现,尽管它的通行效率不如隧道,但它优美的景观却是隧道无法比拟的。

  太行山南麓的昆山挂壁公路本是90年代时为了方便昆山村民出行修建的一条“村村通”公路。由于施工简陋加之年久失修,隧道经年累月产生变形,开始变得凹凸不平。

  2009年,当地政府开始对全长2500米的昆山挂壁公路进行升级改造,将它变成了一条惊险但安全的旅游风景线。


  (如今整洁有序的昆山挂壁公路)

  几十年过去,我们的道路施工技术已经有了翻天覆地的变化,对挂壁公路的升级改造也采用了许多现代化的手段。

  由于暴露在外多年,公路的石顶已经开始发生风化。为了增加稳定性,工程采用了向洞顶喷射混凝土的方法。它是将水泥、砂、细石等混凝土原料在干燥状态下拌合均匀,用压缩空气将其和速凝剂送至喷嘴并与压力水混合后进行喷灌的方法。

  这种混凝土与普通混凝土不同,它非常粘稠,被高压喷出后可以紧密地挂在洞顶、坑壁上,不会发生流动直至完全硬化。它形成的强度可以达到30兆帕以上,与普通大楼的横梁、立柱等重要构件相当,可以与隧道壁形成牢固贴合,有效地加固隧道。


  (喷射混凝土)

  使用这种喷射混凝土,只需短短几个月就可以加固起整条挂壁公路,这与当年人拉肩扛地修建公路全然不可同日而语。

  此外,在现代化的岩土力学计算软件的帮助和指导下,挂壁公路的薄弱区域、重点区域都一览无余。借助现代勘测手段,道路的哪里可以放心扩建,哪里需要额外加固,哪里要进行人工排险,工程师们都可以了然于心。

  维修挂壁公路,对于现在的工程师来说已然是小菜一碟。

  结语

  目前,中国的隧道修建技术已经国际领先,曾经要修几公里长的挂壁公路才能与外界相连的村子,如今往往只需要一条几十米长的隧道。使用强大的盾构机只要几个月就能让村子与外界相连。

  如今,既有的挂壁公路已经成为了风景名胜,人们不仅可以在挂壁公路上欣赏壮美的太行山,也能够一览中国制造的优秀传承。

  作为世界上认知度最高的标签,中国制造(MadeinChina)正寻求战略升级。「了不起的中国制造」专栏,力邀行业权威、资深玩家,呈现他们眼中的中国创新之路。

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  编辑| 史文慧

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