設(shè)計(jì)創(chuàng)新攻克海子山隧道“豆腐打洞”
2018-11-13 來源：中國(guó)交通新聞網(wǎng)
2018年8月2日，歷時(shí)6年艱苦奮戰(zhàn)，甘孜州石渠至馬尼干戈段公路改建工程的控制性工程——海子山隧道正式貫通。該項(xiàng)目建設(shè)工期如此之長(zhǎng)，勘察設(shè)計(jì)遇到了什么困難，攻克了哪些建設(shè)難題，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)單位廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院為你揭秘。
測(cè)設(shè)條件極其惡劣
海子山隧道地處青藏高原東緣的川、青、藏三省交匯處，屬于4500米以上的極高海拔區(qū)域，自然條件惡劣，具有顯著的“高海拔、嚴(yán)寒、低氣壓、低含氧量”的特點(diǎn)。隧址區(qū)常年平均氣溫低于0℃、洞口最低溫達(dá)零下33℃，每年11月至次年4月均為積雪冰凍期，無法開展作業(yè)，每年6至8個(gè)月的有效工期中，晝夜溫差大，低溫和雨季持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，加之氧氣含量不到成都平原的60%，測(cè)設(shè)人員高原反應(yīng)嚴(yán)重，這給本項(xiàng)目的勘察設(shè)計(jì)帶來了極大的挑戰(zhàn)。
廳公路設(shè)計(jì)院的勘察設(shè)計(jì)人員多次徒步翻越海子山隧道，隧道洞頂海拔高達(dá)4600米以上，惡劣的自然環(huán)境和氣象條件一次次挑戰(zhàn)身體的極限。受強(qiáng)烈地質(zhì)構(gòu)造影響，整個(gè)隧址區(qū)幾乎全被松散覆蓋層覆蓋，基巖出露極少，無法通過地表的基巖推測(cè)洞身的巖性及巖層分布規(guī)律，只能通過鉆孔、物探等勘察手段查明洞身地質(zhì)情況。為此，勘察人員歷時(shí)100多天，肩挑背扛上百公斤的物探儀器，沿軸線方向給整座隧道作了一次“全身CT切片”檢查，為順利完成該項(xiàng)目的勘察設(shè)計(jì)工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
同時(shí)，勘察設(shè)計(jì)還面臨極其復(fù)雜的地質(zhì)條件和惡劣的氣象條件。隧道洞身圍巖經(jīng)過多次褶皺扭曲，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體柔軟、破碎，穩(wěn)定性極差，屬于極軟質(zhì)巖，尤其在地下水的浸泡下，就如同一塊泡水的豆腐，一碰就碎，一挖就塌。要“在一塊豆腐上打洞”，而且這塊“豆腐”還是長(zhǎng)時(shí)間泡在水里形成的“水豆腐”，如何處理這塊“水豆腐”，成為勘察設(shè)計(jì)面臨前所未有的難題。
創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù) 破解“豆腐打洞”難題
廳公路設(shè)計(jì)院依托雄厚的技術(shù)力量，組織技術(shù)骨干開展創(chuàng)新攻堅(jiān)，依托該院主持完成的交通部西部科技項(xiàng)目“高海拔地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下公路隧道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究”“惡劣地質(zhì)條件長(zhǎng)大山區(qū)隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)防控與示范”等課題研究成果，經(jīng)過深入的實(shí)地調(diào)研論證，創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念、技術(shù)，成功破解了“豆腐打洞”的設(shè)計(jì)難題。
巧變“水豆腐”為“凍豆腐”。隧道洞口巖體極其松散、富水性強(qiáng)，極易發(fā)生溜塌，洞口段施工極其困難。設(shè)計(jì)上打破了高海拔嚴(yán)寒隧道冬休的傳統(tǒng)，利用富水松散體凍結(jié)后強(qiáng)度提高的特性，有意識(shí)將冷空氣引入隧道凍結(jié)掌子面和周邊圍巖，在冬季實(shí)現(xiàn)順利掛口進(jìn)洞，預(yù)留注漿管解凍后注漿固結(jié)圍巖，確保了隧道洞口段安全快速施工。
妙用“鹵水點(diǎn)豆腐”。隧道構(gòu)造發(fā)育、巖體破碎、地下水發(fā)育，自穩(wěn)能力差，極易造成變形坍塌，設(shè)計(jì)針對(duì)性采用化學(xué)材料注漿，實(shí)現(xiàn)堵水和固結(jié)松散巖體雙重作用，在隧道一定范圍內(nèi)將自穩(wěn)性極差的“豆腐”快速凝結(jié)形成封閉固結(jié)體，從而增強(qiáng)圍巖自穩(wěn)能力和承載能力，并在固結(jié)體外采取鉆孔引排地下水，釋放水壓力，有效避免了隧道塌方、變形的發(fā)生。
創(chuàng)新采用“多塊開挖分層支護(hù)”工法。針對(duì)軟弱圍巖“變形大、圍巖不穩(wěn)、安全隱患大”的特點(diǎn)，結(jié)合高海拔現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械及人工效率低的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)上提出“剛?cè)岵?jì)”的原則，以“控變形、強(qiáng)支護(hù)”為主要解決方案，堅(jiān)持“三臺(tái)階七步開挖法”，將“大塊豆腐”從空間上調(diào)整為“多層狀、小塊豆腐”，實(shí)現(xiàn)短進(jìn)尺、多工作面“多塊”開挖，“分塊”及時(shí)支護(hù)，一方面可有效約束圍巖變形，提高圍巖的穩(wěn)定性，另一方面可大大降低施工人員勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)而破解了軟巖隧道的建設(shè)難題。
創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念 確保全方位、全過程安全
廳公路設(shè)計(jì)院針對(duì)本隧道高寒高海拔、低含氧量低作業(yè)效率、絕大多數(shù)施工人員產(chǎn)生中度以上高原反應(yīng)的惡劣施工條件，本著“以人為本”的設(shè)計(jì)理念，著重針對(duì)供氧、保溫、抗防凍等措施進(jìn)行了專項(xiàng)設(shè)計(jì)，保障了施工人員的人身安全，顯著改善了施工條件，大大降低施工風(fēng)險(xiǎn)，確保了海子山隧道從開工至貫通未發(fā)生一起安全責(zé)任事故。
設(shè)計(jì)措施確保施工安全。針對(duì)高山缺氧，設(shè)計(jì)采用隧道吸氧車為施工人員提供充足氧氣，生活區(qū)采用吸氧室和高壓氧艙對(duì)高原反應(yīng)者進(jìn)行理療。設(shè)計(jì)采用多班倒、輪休工作制降低施工人員勞動(dòng)強(qiáng)度，規(guī)定工人每天的勞動(dòng)時(shí)間不超過6小時(shí)，重體力勞動(dòng)不超過4小時(shí)，并進(jìn)行統(tǒng)一勞動(dòng)保護(hù)和衛(wèi)士防疫，統(tǒng)一居住條件及飲食標(biāo)準(zhǔn)，配備醫(yī)療車及必要的醫(yī)療設(shè)施、藥品、醫(yī)務(wù)人員。
創(chuàng)新解決綜合抗防凍問題。為避免隧道受凍害，設(shè)計(jì)采用“保暖內(nèi)衣+長(zhǎng)衣袖”式保溫措施，全隧道均采取了內(nèi)貼式保溫板進(jìn)行保溫，同時(shí)還采取接長(zhǎng)透光明洞、利用日照對(duì)隧道洞口進(jìn)行加熱，既可以解決洞口風(fēng)吹雪病害，同時(shí)也解決了隧道襯砌凍害。
超前研究運(yùn)營(yíng)安全。海子山隧道實(shí)現(xiàn)了開挖貫通后，廳公路設(shè)計(jì)院正在抓緊研究制定交通安全措施，擬結(jié)合隧道土建情況，配合建設(shè)、運(yùn)營(yíng)單位完善交通安全措施，為實(shí)現(xiàn)海子隧道早日通車做好運(yùn)營(yíng)安全技術(shù)保障。
廳公路設(shè)計(jì)院通過對(duì)海子山隧道設(shè)計(jì)總結(jié)，進(jìn)一步積累了川西高原地區(qū)公路隧道的勘察設(shè)計(jì)與工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，為更好地服務(wù)目前在建的折多山、邛崍山、夢(mèng)筆山、無名山等重點(diǎn)隧道工程打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，為四川省交通運(yùn)輸廳正在組織編制的《川西高原公路隧道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南》與《寒區(qū)公路隧道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》提供了有力支撐。
■ 采寫供圖/匡成剛 張 博 蔚艷慶
