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秦巴攻关 穿越米仓(图)
作者:四川高速公路建设开发集团有限公司 王孝国 刘勇 白皓 唐浩 来源:《中国公路》 时间:2022-11-22

米仓山特长隧道是川高公司巴陕高速的控制性工程,隧道横跨川陕两省,全长13.8公里(其中四川境10.8公里),设斜井4座、竖井1座(深度达435米)。项目建设以“品质工程”为指引,形成一系列新的技术体系和工艺工法,特别是总结提炼出的隧道深大通风竖井模筑衬砌及短段掘砌逆筑法建造技术体系,相较于传统建造工法施工效率翻倍,衬砌安全性显著提高,成功解决了竖井建造难题,并已在多条高速公路和铁路隧道中推广应用。

为助力国家集中连片特困区秦巴山区脱贫攻坚,带动沿线经济发展,打通继广陕、达陕高速之后的第三条北向出川高速公路大通道,巴中至川陕界高速公路(以下简称“巴陕高速”)于2011年起正式开工建设。巴陕高速是国家高速公路网G85银(川)昆(明)高速,以及四川省高速公路网规划中成都引入线成都经巴中南江至陕西汉中高速公路的重要组成部分,项目起于川陕两省接线的米仓山隧道进口处,经南江县、巴州区,止于巴中市东兴场互通,与已建成的广巴、巴南、巴达高速相接,全长约117.5公里。项目分三期建设,巴中至南江段于2013年12月建成通车;南江至关坝段于2017年11月建成通车;关坝至川陕界米仓山隧道段于2018年11月建成通车。

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米仓山特长隧道洞门

作为巴陕高速的关键控制性工程,全长13857米的米仓山特长隧道,最大埋深1080米,是目前已建成的西南地区第一长、国内第二长高速公路隧道。在建时期,隧道具有长度第一长、规模第一大、竖井深度第一深、运营技术第一复杂“四大特点”,因此对于项目方来说,所遇难题也是前所未有,不仅隧道长度特别长、地质条件特别复杂,还面临高地应力、高地温、涌突水、岩爆、瓦斯和硫化氢有毒有害气体等复杂地质灾害。其中,深大通风竖井建造(深431.8米,净直径9米)、高地应力岩爆处治(地应力高达40兆帕)等问题堪称世界级重大工程难题。米仓山特长隧道的建成,彻底改变了经巴中北上出川路难行的历史,一举将“翻越米仓山”变成“穿越米仓山”,车程从至少2小时大幅缩短为15分钟。

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米仓山特长隧道地质情况示意图

直面挑战 细数隧道建设重大问题

深大通风竖井建造难题

米仓山特长隧道是当时全国在建公路最深、直径最大的竖井。在现有规范规定方面,根据《公路隧道通风设计细则》,竖井深度一般不宜超过300米,对于直径大于7米的竖井需要做专项设计;在现有施工技术方面,因公路隧道竖井施工传统工法机械化程度低、施工效率慢、安全风险高等问题,通常采用“简易井架+复合式衬砌”结合长段掘砌单行作方法,工艺复杂、工序较多,单位面积工序密度大,月成井平均不到30米,公路隧道竖井建设技术发展滞后问题已经成为制约隧道竖井设计和施工的重要因素。

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米仓山特长隧道竖井工点全貌

隧道复杂地质环境

米仓山特长隧道洞身围岩主要为砂岩、泥岩、灰岩、花岗岩和石英闪长岩,最大埋深1080米。花岗岩、石英闪长岩段落接近10公里,以Ⅱ、Ⅲ级围岩为主,该段围岩岩质坚硬、洞身干燥,锤击声清脆,有回弹,岩体成块状结构较完整,高地应力特点突出,岩石强度高达170兆帕,施工掘进中多次发生弱至中等级岩爆,造成作业人员受伤及设备受损,是制约掘进进度的一大“拦路虎”。此外,在主洞、斜井等多处还先后发生涌突水灾害,最大涌水量达每小时2496立方米。

隧道洞口地质灾害

项目建设期间曾多次发生大型洪水和泥石流灾害。例如:2015年“6·28”特大洪水泥石流灾害导致项目各标段受损严重,停工数月,尤其是造成LJ2标米仓山隧道标段洞口淹埋、项目经理部摧毁,全线累计损失达1.6亿元至1.8亿元。

大胆探索 首创竖井施工成套技术

在项目建设过程中,川高公司与所属秦巴公司联合设计单位四川省公路规划勘察设计研究院有限公司、施工单位四川川交路桥有限责任公司和中铁一局集团第四工程有限司、技术支撑单位成都理工大学和西南交通大学联合开展技术攻关,在竖井建造过程中不断总结提炼,最终形成了隧道深大通风竖井模筑衬砌及短段掘砌逆筑法成套建造技术体系。该工法不仅突破了《公路隧道通风设计细则》中对竖井深度不宜超过300米、直径不宜大于7米的限制,还进一步提出与竖井规模相适应的机械化施工配套体系,相较于传统的复合式衬砌及长段掘砌单行作业建造法,竖井月进尺由不足30米提高到72米,施工效率翻倍,衬砌安全性提高,完美解决了竖井建造难题,实现了深大通风竖井的安全快速建造工作。

此外,在施工过程中,技术团队还提出了深大通风竖井单层模筑衬砌及短段掘砌施工方法,在减少竖井施工工序的同时,提高了施工过程安全性;提出了以单层模筑衬砌为主要支护结构的深大硬岩竖井支护体系,以及由“提升与悬吊系统”“凿岩与出渣系统”“混凝土及运输系统”和“保障系统”为主要构成的机械化配套方法;形成了“随掘随砌,衬砌紧跟”的掘砌混合作业方法,与竖井直径和深度相适应的短段掘砌混合作业机械化配套体系,“深度800米以内、开挖直径12米以内”的硬岩竖井施工机械配套参考依据,大大提高了竖井施工月进尺,使施工效率翻倍。

注重创新 不断突破传统技术瓶颈

在米仓山特长隧道建设过程中,该项目实现了“四大创新突破”:首次提出深大竖井的建井新法,解决了公路隧道深

大竖井成套施工技术难题;创立硫化氢有毒气体的分级防护体系,填补了相关设计规范部分空白;首次设置洞内交通转换带,将长隧变短便于后期运营管理;针对隧道岩爆问题研发了柔性防护网系统,使柔性网全面覆盖岩爆段洞壁围岩,有效降低了岩爆造成人员伤亡的风险。

斩获大奖 促进技术成果广泛推广

针对建设难题,川高公司以工程需求为指引并结合米仓山特长隧道工程实际,历时11年,经多单位联合攻关,开展了

深入、系统的理论研究与技术创新,目前已形成部级标准、地方规范、施工指南及专著、专利、论文、工法等为一体的创新成果体系,并在攀大高速宝鼎2#隧道竖井、九绵高速白马隧道竖井、宁攀高速宁会隧道竖井等公路工程及大瑞铁路高黎贡山隧道竖井等铁路工程等20余座隧道工程中得到了应用。实践表明,该竖井建造技术系列成果适应性强,在保障竖井安全快速施工、降低施工复杂程度、缩短建设周期等方面具有显著优势,应用前景广阔,并得到了中国工程院院士和国际隧道协会主席等业内专家的一致认可,经权威鉴定达到国际领先水平。

截至目前,巴陕高速已先后获得国家优质工程奖、天府杯金奖和中国交通运输协会科技进步奖一等奖等一系列重要奖项,并于2020年获得有国际隧道界“奥斯卡”之称的国际隧道与地下空间协会(ITA)隧道工程大奖年度入围奖。

【编辑:任燕】

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