攻克土木工程禁區(qū) 完勝世界難題工程——利萬高速齊岳山隧道右線貫通側記
2015-05-15
編者：齊岳山地質結構特別復雜，是土木工程禁區(qū)，齊岳山隧道施工更被稱為世界級難題工程。本文較為詳細地記述了利萬高速齊岳山隧道貫通的過程，以饗讀者。
2015年5月9日，穿越土木工程禁區(qū)的高風險巖溶隧道——利萬高速公路齊岳山隧道右洞勝利貫通。施工過程中，處治各種地質病害數(shù)百起，未發(fā)生任何安全責任事故。
中鐵十四局利萬項目部在鄂西高速公路建設指揮部和上級公司正確領導下，僅用2年時間，攻克土木工程禁區(qū)，完勝世界級難題工程，而且比打通處于同一地質段落的宜萬鐵路齊岳山隧道縮短工期近4年，比滬蓉西高速公路齊岳山隧道縮短工期近2年。完成了一個看似不可能完成的任務，創(chuàng)造了一個土木工程建設的奇跡。
一
齊岳山，地質構造復雜，巖溶形態(tài)多變，地下暗河發(fā)育，突水、突泥等巖溶災害風險極大，還存在煤層瓦斯爆炸、高地應力巖爆等災變的可能，一直被視為土木工程的禁區(qū)，齊岳山隧道施工更被業(yè)界專家稱為世界級難題。
利萬高速公路齊岳山隧道為雙線四車道分離式特長隧道，左幅全長3375m，最大埋深約567m；右幅全長3386m，最大埋深約543m。隧址區(qū)巖溶洼地、漏斗、落水洞發(fā)育，與地表水聯(lián)系密切且水量較大。同時，存在兩條斷層，與路線基本垂直，斷層帶內有大型溶洞存在可能，還有三個巖溶地下水系統(tǒng)，發(fā)生突水突泥災害的風險極高。
已經(jīng)建成的宜萬鐵路、滬蓉西高速公路齊岳山隧道都曾經(jīng)給人們留下刻骨的記憶……
宜萬鐵路前身是川漢鐵路，1909年由詹天佑主持開建，從宜昌往秭歸方向修了20多公里就被迫停工。新中國成立后，又經(jīng)過反復勘測研究，毛澤東主席曾多次聽取關于川漢鐵路的匯報。由于個別路段建設難度太大，尤其是齊岳山隧道為當時的工程技術所不能及，修建計劃被迫擱淺。
開工于2004年的宜萬鐵路齊岳山隧道，單洞全長10528米，坐動車經(jīng)過，只需兩三分鐘，貫通卻花了6年。隧道經(jīng)過地段簡直就是一座巨型充水蜂窩。熔巖、高壓巖溶水、斷層、高地應力、煤層瓦斯、天然氣……"五毒俱全"，是地質條件最復雜、施工風險最高的隧道之一。隧道施工過程中，曾創(chuàng)下了一個月掘進4米的中國鐵路建設史上最慢紀錄。
同時開工建設的滬蓉西高速公路齊岳山隧道單洞全長8155米，沿線經(jīng)過14個溶洞，穿越3條暗河，還遭遇斷層、軟質巖、軟弱夾層等不良地質，被外界稱為"蜂窩"里掘出的隧道。斷層、軟弱夾層、有害氣體和高地應力圍巖段、豐富的地下水，猶如一個個變幻莫測的幽靈，時刻威脅著隧道施工安全。被湖北省交通廳、滬蓉西指揮部定為一級高風險特長隧道。
宜萬鐵路和滬蓉西項目齊岳山隧道百余次重大巖溶突水突泥事故，彰顯了齊岳山隧道施工的艱險和困難程度。利萬項目齊岳山隧道與上述兩個隧道同處一個巖溶水文地質單元，存在突水、突泥等高風險問題，是利萬項目地質條件最復雜、施工風險最高的隧道。
齊岳山，已經(jīng)成為標志中國工程界巖溶隧道極高風險的赫赫品牌。遭遇過齊岳山巖溶隧道施工災變的人，看到"齊岳山"三個字，都難免怵然驚惕。
二
湖北高路鄂西高速公路建設指揮部高度重視齊岳山隧道建設。開工前，指揮長黃橋連針對項目群特點，對參建單位和參建人員響亮喊出"下定決心，不怕犧牲，排除萬難，爭取勝利"的進軍口號。
同時，要求各參建單位，加強預研、預判、預謀。在"謀"字上下工夫，拼智慧、拼謀略，搞好項目總體策劃和標準化建設策劃，開好策劃方案評審會，及時解決項目策劃、施工組織設計等問題，使總體方案臻于縝密、精密、細密、嚴密。
嚴格制定和堅決執(zhí)行施工安全技術方案評審制度，是指揮部工程管理一大特點。凡涉及到齊岳山隧道安全技術問題，更是有施工必有方案，有方案必有評審。一以貫之，雷打不動。
齊岳山隧道開工以來，指揮部先后組織召開了齊岳山高風險巖溶隧道施工專項方案、齊岳山隧道巖溶水治理專家評審會、齊岳山隧道瓦斯地段施工及安全專項方案等專家評審會。湖北省交通運輸廳、湖北省交通投資公司、湖北省公路學會、中鐵十四局集團和山東大學等單位專家學者都提出了寶貴意見和建議，為齊岳山隧道施工提供智力支持。
在齊岳山高風險巖溶隧道施工專項方案評審會上，黃橋連指揮長要求參建各方上足手段，加強隧道動態(tài)風險評估，實行業(yè)主、設計、監(jiān)理、施工單位聯(lián)席會議制度，詳細編制風險防控預案，嚴格控制工藝、工法，加快安全專項方案、風險評估報告的編制和評審。
與此同時，2013年3月19日，中鐵十四局集團公司成立了"齊岳山高風險巖溶隧道"專家組。由集團總工王煥任專家組組長，集團原副總工、現(xiàn)任兩位副總工為副組長。這是十四局成立以來，第一次由局總工擔任一個獨立項目的專家組組長。
緊接著，富有隧道施工管理經(jīng)驗的中鐵十四局二公司副總經(jīng)理梁金寶被任命為利萬高速項目經(jīng)理。項目總工周大勇，也是經(jīng)過集團認真研究、慎重決定，從向莆鐵路項目部抽調過來的工程管理精英。他在向莆鐵路項目擔任副總工、總工期間，參與和主持完成了鐵道部掛牌的一級風險隧道——棋盤石隧道以及尤溪隧道、戴云山隧道主體工程技術管理工作。具有攻克高風險特長隧道技術、安全難題的成功經(jīng)驗。
即便是項目部下面的工區(qū)副經(jīng)理以上領導，均是在其他項目擔任過項目經(jīng)理、書記、總工職務，具有豐富現(xiàn)場管理經(jīng)驗的精英人才。
項目部還積極延攬具有高風險巖溶隧道施工管理經(jīng)驗的專門人才，尤其注重引入?yún)⒓舆^宜萬鐵路、滬蓉西高速公路項目齊岳山隧道施工管理的寶貴人才。
不久，中鐵十二局原宜萬鐵路齊岳山隧道項目總工駱文學應邀來到項目部，專門就宜萬鐵路巖溶隧道施工技術和安全管控問題，對項目部工程管理人員進行了專題培訓。
項目部還調來了上級公司參加過滬蓉西高速公路最長最難隧道——龍?zhí)端淼拦芾淼馁Y深安全管理人才，分別負責齊岳山隧道進出口端現(xiàn)場安全管理工作。同時，監(jiān)理單位也請來了參加過滬蓉西高速公路齊岳山隧道監(jiān)理工作的安全專監(jiān)，專門負責齊岳山隧道安全監(jiān)管。
有了優(yōu)秀管理人才，還要有一流施工隊伍。齊岳山隧道進口端施工隊是十四局老班底，是集團最優(yōu)秀的施工隊伍之一；出口端施工隊則是公司原滬蓉西項目龍?zhí)端淼朗┕り犜嗳笋R。在會戰(zhàn)齊岳山的各路人馬中，湖北省交通規(guī)劃設計院也曾是參加滬蓉西項目設計的主力團隊之一，并且，熟練掌握鄂西南巖溶隧道設計關鍵技術。
設計、監(jiān)理、施工管理層，精英薈萃，群賢畢至；一線施工隊伍，兵強馬壯，堪稱一流。
三
針對齊岳山隧道高風險特性，中鐵十四局項目部以如履薄冰的謹慎，集思廣益，嚴謹制定了《齊岳山高風險巖溶隧道施工技術專項方案》、《齊岳山隧道安全專項施工方案》，包含了開挖方案、超前支護及初期支護施工方法，防排水施工、襯砌施工、通風設計、反坡排水、高地應力、突泥突水、煤層瓦斯等安全方案和應急預案，建立了隧道電子管理和應急逃生系統(tǒng)、人員電子管理系統(tǒng)、聲光報警系統(tǒng)，設置了安全標識、視頻監(jiān)控、應急照明、逃生通道并配置了逃生裝備，制定了安全、質量保證措施和標準化建設方案。同時，配強配足安全管理人員，項目部設安全總監(jiān)，工區(qū)設安全主管，工點設專職安全員，作業(yè)班組設兼職安全員。項目部和施工單位在齊岳山隧道進出口各配齊了2名專職安全員，十多名兼職安全員。嚴格按規(guī)定做好安全培訓和安全技術交底。
為規(guī)避巖溶地質災害的發(fā)生，項目部在施工過程中采用了TSP、地質雷達、超前水平鉆和超前炮孔等多種手段來進行富水巖溶的探測，部分地段增加了高密度電法、復合式激發(fā)極化法、瞬變電磁和多孔超前鉆孔及周邊鉆探來鎖定巖溶邊界。施工中牢牢堅持"物探先行、鉆探驗證、有疑必探、先探后掘、不探不掘"的方針，把探測做為第一道強制性工序來抓，做到心中有數(shù)才掘進。近兩年時間里，僅超前水平鉆和超前炮孔就投入750萬元。
在齊岳山隧道施工現(xiàn)場，曾活躍著這樣一個科研團隊——山東大學李術才團隊。他們全程承擔過滬蓉西高速公路龍?zhí)端淼?、齊岳山隧道的監(jiān)控量測和超前地質預報工作，積累了豐富的隧道施工監(jiān)控經(jīng)驗。
在施工過程中，山東大學10余名副教授、博士、碩士研究生分別駐扎在隧道進、出口工地，同項目部一起開展地質調查、風險評估、監(jiān)控量測和超前地質預報工作，為齊岳山隧道安全施工保駕護航。
四
齊岳山隧道是業(yè)界公認的"地質病害百科全書"，容不得安全問題的任何一丁點疏漏。為此，指揮部和項目部將施工過程中的每一道工序、每一個環(huán)節(jié)，置于"金魚缸"中，實行全維監(jiān)管。同時，做到心中有安全，眼里有安全，時時講安全，事事保安全。
納入"金魚缸"，不等于進了保險箱。安全管理還需要主動作為，思患預防。為此，施工單位在齊岳山隧道施工現(xiàn)場，堅持"以人為本 生命為重"的理念，嚴格落實安全生產(chǎn)措施保障，多次開展突泥突水、山洪爆發(fā)、消防、瓦斯等應急救援演練。演練組織嚴謹，思路清晰，進如鐵流，退如山移。進退有據(jù)，訓練有素。
項目部還將最先進的科技手段與最原始的監(jiān)管辦法結合起來，確保施工安全。一方面與山東大學合作，運用新技術、新方法，通過多種探測監(jiān)測等防控手段，為安全施工保駕護航；一方面緊緊依靠豐富的隧道施工安全管理經(jīng)驗、嚴格的現(xiàn)場安全監(jiān)管措施，堅持用耳朵聽、眼睛看等常規(guī)手段，開展日常安全監(jiān)管，"土洋結合"保安全。
2013年11月8日下午，項目部齊岳山隧道進口現(xiàn)場安全主管孫景來，發(fā)現(xiàn)右洞YK19+430掌子面有零星落塊，要求施工隊密切觀察，加強防范。施工隊長陳茂村當即要求所有施工人員迅速撤離現(xiàn)場，同時安排領工員深入掌子面挖掘臺車后面密切觀察。六七個小時后，洞頂右上方溶腔內斷裂一塊約3噸重的石塊，將鋼拱架砸壞變形。不久，洞頂又掉下一礅約20噸重的巨石，砸向開挖臺車，致臺車整體報廢。所幸，一場特大安全事故因為有嚴格的現(xiàn)場安全監(jiān)管措施和應急預案而得以避免。
利萬高速齊岳山隧道建設者，勇闖土木工程禁區(qū)，直面世界工程難題。他們一手抓安全，一手抓進度，多次擊退巖溶、涌水糾纏。置于"金魚缸"中的齊岳山隧道，沒有發(fā)生一次安全責任事故。
五
齊岳山隧道施工有"兩難"。一是反坡排水難，二是溶洞處治難。
齊岳山隧道進口端縱斷面為1.55%下坡，地下水較為發(fā)育。因此，巖溶涌水成為齊岳山隧道進口段最主要的災變因素和施工障礙。與此相應，反坡排水也成為隧道施工重要內容之一。
施工過程中，齊岳山隧道出現(xiàn)突泥突水14次。最大一次突水近10萬立方米，每小時達8700立方米，回淹隧道1000多米。
針對齊岳山隧道巖溶管道發(fā)育且與地表水系聯(lián)系密切的實際，施工單位制定了"排堵結合"處治原則，處治巖溶涌水問題。
首先，項目部投入500多萬元，在進口建立三級泵站，安裝13臺大功率水泵，鋪設15000米大口徑水管，建立了機械接力式抽排水系統(tǒng)，同時，項目部多次組織召開專題研討會，通過不斷優(yōu)化排水方案，加大投入力度，保證正常的施工生產(chǎn)。迄今為止，抽排水近1000萬立方米。
緊接著，項目部與山東大學開展技術合作，對涌水巖隙進行局部注漿封堵，以確保隧道后期運營安全，保護隧道生態(tài)環(huán)境。目前，已成功封堵各類出水點20幾個，出水段落3段，并不斷收集和整理資料，適時優(yōu)化調整各種指標參數(shù)，為隧道巖溶水治理奠定基礎。
同時，開工以來，齊岳山隧道遇到大小溶洞61個，體積上萬方的溶洞5處。項目部一直堅持"超前地質預報在前、超前水平鉆和超前炮孔緊跟"的原則進行施作，每一次超前地質預報結果得出后，都由技術主管組織主要管理人員召開隧道分析會，有針對性的編制專項施工方案，做到有的放矢，確保安全通過。
溶洞處理需要大量時間，在一定程度上，影響了工程的快速推進。比如YK19+110-116處溶洞就處理了28天。施工隊采用"加強初支、襯砌強度"+"初支背后泵送混凝土回填"+"預留、預埋排管管道（管涵）"的綜合處治措施，確保了溶洞的施工安全、原有巖溶排水系統(tǒng)通暢和隧道后期運營安全。
小的溶洞變更處理需要四五天，大的一個月左右。僅進口段的大小溶洞，處理時間就累計達到兩三個月。直接影響掘進的兩個溶洞，處理時間近50天。
為提高工效，趕回涌水和溶洞處治耽誤的工期，同時，防范煤層瓦斯引發(fā)事故，施工隊采取"光爆"與"水爆"相結合的辦法，安全高效推進隧道施工。
"水爆"的最大優(yōu)勢在于消煙止塵，大大縮短爆破后到除渣之間的時間間隔。進尺越深，越能彰顯這種優(yōu)勢。正常情況下，爆破后排煙需要30～50分鐘，而用"水爆"則只需要幾分鐘，甚至沒有時間間隔，工效提高10%～20%，而且可有效降低和防范煤層瓦斯帶來的施工風險。
同時，施工單位全面落實安全生產(chǎn)管理措施，堅持長短結合的超前地質預報，堅持按圍巖級別選擇開挖方式，堅決執(zhí)行隧道施工有關安全標準化要求，堅定不移的秉承隧道施工質量、安全并舉理念，加強安全巡查，防微杜漸，避免了安全事故發(fā)生。
2014年11月4日，交通運輸部公布了第四批部級"平安工地"示范創(chuàng)建項目，巍巍齊岳山下的利萬高速公路項目赫然在目。2013年和2014年，在湖北省在建高速公路質量、安全考核評價中，中鐵十四局利萬一標安全工作兩獲第一，工程質量數(shù)一數(shù)二。
