技精于道通達巴陜——四川米倉山隧道品質工程建設紀實
2017-03-01
朱靜技精于道通達巴陜
——四川米倉山隧道品質工程建設紀實2210公路http://www.zgjtb.com/gonglu/img/attachement/jpg/site2/20170301/9c4e36c978881a207cc604.jpg/enpproperty-->
本網訊“天開靈奇，路開一線?！薄胺饺搜匕蜕铰?，石棧天梯信使通?！标P于古道之險，文人墨客向來不吝筆墨。詩中所述，正是上通秦隴，下達蜀川的“米倉古道”。驅車沿101省道巴中段向東攀行約40公里，山林間云霧繚繞，寒意漸濃，行至海拔2000多米的米倉山深處，才依稀可見米倉山隧道中部豎井工程施工點。
早春二月，米倉山上的冬雪還未消融，隧道里，卻已是熱火朝天的建設場面。
建設中的四川米倉山超特長隧道（簡稱“米倉山隧道”），是陜西漢中至四川巴中段高速公路的重點控制性工程，13.8千米的長度位列國內在建高速公路隧道第一；直徑9米，深430米的豎井，深度位列國內在建高速公路隧道第一，相當于從隧道中部山頂向地下挖建一棟約130層的高樓，同時與主洞連通，以保證隧道通風和運行。由于隧道過長且要穿越砂泥石巖、巖溶等復雜地質，施工難度全國罕見。
“重重困難并沒有影響米倉山隧道建設者打造品質示范工程的信心?！彼拇ò完兏咚俟酚邢挢熑喂荆ê喎Q“巴陜公司”）董事長陳緒文說，項目建設伊始，四川省交通運輸廳、四川省交通投資集團有限公司、四川省高速公路建設開發(fā)總公司曾多次至施工一線，鼓勵員工踐行“工匠精神”，在技術上求精，在思維上求新。
施工過程中，巴陜公司針對米倉山隧道的特點與難點，提出了“兼顧耐久、創(chuàng)新發(fā)展、安全節(jié)能、智能人性”的建設理念，安全管理上凸顯人性，標準化施工上嚴于規(guī)范，智能化管理上倡導綠色節(jié)能、科技創(chuàng)新上勇于突破。
目前，在全體建設者的辛勤耕耘下，隧道完成掘進約9公里，豎井掘進150余米，4座斜井全部完成，在安全管理、新工藝和新工法應用、節(jié)能減排、智能化建設等方面均取得階段性進展和成果，并啟動超特長公路隧道行車運營三維模擬仿真系統等重大課題研究。
柔性防護網解決“米倉山式”巖爆
2014年1月開工以來，較為頻發(fā)的地質災害成為影響米倉山隧道施工的攔路虎。
米倉山隧道施工區(qū)域地處高山峽谷區(qū)，同時也是大型滑坡和地質災害頻發(fā)的紅層地貌區(qū)域。2015年6月28日發(fā)生的特大洪水泥石流災害，將位于半山腰的隧道洞口、項目經理部、拌和站全部摧毀，進出便道、沿線省道中斷達一周，項目直接經濟損失達7000余萬元。
“項目部管理人員、施工作業(yè)人員約500余人，深夜冒雨在叢林中輾轉了一天，才脫離危險。所幸泥石流爆發(fā)時值白天，不然后果不堪設想。”談起地質災害，建設者們仍心有余悸。
除了特殊地形地質引發(fā)的地質災害，米倉山隧道施工過程中，瓦斯、有毒有害氣體、涌水突泥、巖爆等問題極為突出，常常被項目人員稱之為“米倉山式問題”。
面對“米倉山式問題”，米倉山隧道建設者及時組織技術骨干研討，集思廣益尋求施工解決方案，制定措施，定期開展安全防護知識培訓，給全體建設者吃上一顆“定心丸”。
在瓦斯施工段，為最大限度減小半生硫化氫氣體對作業(yè)人員的身體危害，米倉山隧道項目采取全方位、全過程、全要素的監(jiān)控保障、防護措施，在全洞身范圍內安設自動報警裝置，輔助開挖爆破后的人工監(jiān)測，實現有險必報、有災必避、有難必除。
隧道開挖形成洞室后，由于能量急劇釋放，大小巖塊彈射、噴射形成巖爆，米倉山隧道深處高達170兆帕的巖石強度無疑是個高能“炸彈”，且多次造成施工設備損壞，現場施工人員只能靠穿防彈背心等方式被動避災。
面對難度系數更大的“米倉山式問題”，項目部邀請了多名國內專家聯合“會診”，結合現場試驗、技術論證等手段，開創(chuàng)性提出了巖爆柔性防護網手段，大幅提高了工人現場作業(yè)的安全系數和工作效率。
作為四川省隧道作業(yè)示范工點，在員工職業(yè)健康防治領域，米倉山隧道項目也走在了行業(yè)前列。
2015年10月，米倉山隧道項目聯合四川省安監(jiān)局引入職工健康評價，規(guī)范矽肺病體檢、評估、公示、驗收等程序，為每一位職工建立個人體檢信息檔案，并定期體檢，實現多發(fā)性職業(yè)疾病的提前預防。
米倉山隧道項目堅持以人為本，不斷為安全管理融入溫暖的人文關懷。淘汰傳統鋼制管道逃生通道，推行使用新型可移動式逃生通道，將拼接起45米長的逃生通道隨掌子面掘進布置。據米倉山隧道項目經理張睿介紹，逃生通道拼接方便、強度可靠，在工人作業(yè)區(qū)段搭建了一條有保障的生命通道，一旦發(fā)生塌方，工人可順利逃生。同時，按照《隧道施工安全九條規(guī)定》要求，秉承“機械化換人、自動化減人”原則，項目更換了一批新型設備，沿洞每50米設置一道噴淋系統、掌子面附近設置自感應降塵噴霧炮車，大力改善了洞內施工環(huán)境。
全數字化系統一屏掌控人材機
走進米倉山隧道項目施工監(jiān)控中心，只見技術人員手持對講機，來回穿梭于一張碩大的數字化控制大屏前。電子屏幕上跳動的工序、進度、能耗、材料等量化信息分類清晰、一目了然，技術管理人員可隨時監(jiān)測施工現場當前的工序、作業(yè)人數、工人位置以及作業(yè)時間，進行實時指揮。
“關鍵節(jié)點性施工，智能化設備準確及時的調控，實現人工、材料、機械三要素的最優(yōu)配合，融合了高效率、高質量、低成本的利好，詮釋了品質工程的內在需求。”米倉山隧道項目總工程師江俊杰告訴記者，依托互聯網+、物聯網、大數據、BIM等先進技術，打造全數字化隧道施工平臺，視頻系統與信息化管理上要求全覆蓋、全天候、分類別、有重點，可隨時動態(tài)掌握掌子面作業(yè)人數、風量、作業(yè)時間、含氧量及有害氣體分布等關鍵信息。在工序銜接、洞內設備遠程啟動、人員設備調配上摳細節(jié)，深入挖掘班組協調配合效率、設備節(jié)能運轉空間，各班組手持終端提前知曉進洞時間、進洞事項，管理者可及時調配資源，遠程控制設備，將洞外傳統電話溝通方式變?yōu)槎磧痊F場網絡隨時聯絡方式，最大限度提升效率、進度、節(jié)約施工成本。
與此同時，智能化用在洞口管理方面效果也很突出。在隧道洞口，進出人車需分別在分流門禁設備兩側刷卡后，才可通行。同時，系統可自動留存人車信息，識別洞內作業(yè)人員、車輛的類別、位置、數量，并及時反饋到監(jiān)控控制中心，對于違規(guī)操作的工作人員，進行通報批評?！八⒖ㄟM出，剛開始有些嫌麻煩，時間長了，工人也發(fā)現了好處，人車各行其道，既減少了安全隱患，也方便了監(jiān)管?！苯〗苷f。
走出監(jiān)控室，途經基坑作業(yè)現場，記者看到，幾臺挖掘機前后排列，向一輛卡車里傾倒棄渣?！斑@些棄渣是要運往哪里”江俊杰告訴記者，棄渣將被運往填平關壩場鎮(zhèn)附近用于當地建設。
據測算，米倉山隧道棄渣總計有300多萬方，放在一個標準操場可以堆200多米高，如何在光霧山核心風景區(qū)和生態(tài)環(huán)境極為脆弱的高山峽谷區(qū)消化棄渣，不破壞生態(tài)環(huán)境，確保運營期不發(fā)生渣體失穩(wěn)重大災害事故，曾一度成為項目面臨的重大難題。
項目部結合自身實際和地方景區(qū)開發(fā)、旅游集鎮(zhèn)建設需求，積極謀劃、提前部署，最大限度開展部分渣體回填，自給自足項目建設，節(jié)約資金成本；主動尋找地方單位協助，將廢棄渣土轉化為開發(fā)區(qū)、集鎮(zhèn)等區(qū)域爭相使用的“寶貝”。
棄渣再利用，不但解決了項目的環(huán)保煩惱，還節(jié)約了項目、景區(qū)、集鎮(zhèn)三方的費用支出。三方共贏，實現了最小程度破壞、最大限度恢復、最大可能利用，推動了米倉山隧道工程建設及地方可持續(xù)發(fā)展。
超深豎井作業(yè)新工法提高工率近5倍
“如果說過硬的技術是工程質量的保障，技術創(chuàng)新則是提升品質工程的核心力量?！卑完児靖笨偨浝眄n瑀萱說。
全長13.8公里的超特長隧道，如何跟上時代步伐、技術發(fā)展趨勢、體現大國水平建設者們通過開拓思維、創(chuàng)新“四新技術”應用給出了答案。
建設伊始，項目集中對全國10公里以上在建、建成的公路隧道以及其他行業(yè)地下工程組織科研院所、專家開展調研，歷經8省9個項目，并多次參加國內的各專業(yè)學會、研討會和技術交流會，通過組織專題論證和全面總結，一個一個技術難題迎刃而解。
“項目首先在豎井施工工藝上實現了突破，并開展了公路隧道超深豎井施工工法與安全控制體系專項研究?！庇浾吡私獾剑讉}山隧道豎井深達430余米，地下風機房聯絡風道就達1公里多，受地形限制，整個豎井施工僅限于從上至下的全斷面法施工，安全壓力一直徘徊在國內在建隧道項目的前列。
按照傳統“開挖—初支—二襯”流水作業(yè)方式，弊端在于，作業(yè)周期長、涉及人力多，越往深處，掘進速度越慢且無法保證施工安全。豎井挖掘保守估計需一年半時間，甚至落后于主洞的打通時間，嚴重影響施工進展。
為了保證高效推進施工，米倉山隧道豎井工程充分借鑒煤炭行業(yè)的經驗，在工法、設備上進行優(yōu)化。首次采用單層模筑砼襯砌和短段掘砌混合作業(yè)，取代傳統工法的復合式襯砌與長段單行作業(yè)掘砌方式，利用洞壁本身的縱向摩阻力及時施作砼襯砌，保障了施工安全與進度。目前，米倉山隧道豎井每日挖掘效率提高了近5倍，掘進至150米深，預計半年內可全部完成。
技術攻關不止于此。項目首次采用柔性防護網防硬巖巖爆，有效提高了時效性、安全性與經濟性。經現場試驗、專家論證，此新型工法已得到設計單位認可采納，并取得國家專利，填補了國內隧道施工巖爆防護技術空白。
該工法突破現有設計規(guī)范，變被動防護為主動防護，在開挖過后高度儲能的“炸彈”表面快速敷設一層特殊鋼絞線制成的柔性防護網系統，利用錨桿、網體、巖體三者的力學轉移，將能量在巖體內約束緩慢釋放，“以柔克剛”拔除“炸彈”引信，取消“以剛制強”的格柵鋼架、工字鋼等傳統防治方式，在掌子面附近30—50米范圍內變傳統流水作業(yè)方式為平行作業(yè)方式，掘進效率提升約30%。
新型設備使用方面，項目從細部、小處著眼，嚴格要求、鼓勵創(chuàng)新，開發(fā)了自行走作業(yè)臺車、分體式液壓二襯臺車、中心水溝預制臺車設備，并獲取相關專利。
其中，自行走作業(yè)臺車通過自制車輪規(guī)避了傳統作業(yè)臺車移動不便的弊端，取消以往臺車兩端的斜撐，有效增大臺車下方空間，降低通行施工車輛刮擦臺車導致高空墜落事故發(fā)生率；分離式二襯臺車將普通段與加寬帶臺車二合一，解決了以往施工臺車轉場拼裝的技術難題，將臺車主桁架分成兩塊，設置可轉向移動裝置，縱向、橫向移動更加便捷；中心水溝預制臺車隨隧道掘進預制蓋板，避免以往洞內隨地預制二次搬運環(huán)節(jié)，自帶附著式振搗可充分保障質量，減少缺邊掉角質量問題。
新材料使用方面，米倉山隧道施工方從隧道施工模板入手，高標準、高起點全部采用高強輕質塑料模板，根據不同施工部位定制，較傳統鋼模板具有組裝快捷、搬運方便、減少變形的優(yōu)點，洞內水溝、檢查井等部位一次成型，誤差孝外形美觀。
三維模擬仿真系統探索前瞻性技術
技術創(chuàng)新研究是工程建設的源動力，離開創(chuàng)新，品質工程建設就是無源之水，企業(yè)也就少了發(fā)展的后勁。
依托米倉山隧道施工平臺，近年來，巴陜公司在業(yè)主單位的組織下，聯合設計、科研院所在全國范圍內開展了超特長公路隧道運營管理及關鍵技術的調研工作。
經調研，目前超特長公路隧道運營中的應急管理、災害救援在國內沒有形成統一標準，管理方均是憑經驗判斷操作，管護人員水平較低。
結合全國調研情況，巴陜公司有針對性和前瞻性的提出了應用于高速公路隧道運營管理的三維模擬仿真系統研發(fā)。通過高度集成隧道模型、通風系統、照明系統、通車環(huán)境、信號系統，通過三維視頻高度仿真展現隧道內各要素運行情況，并植入符合實際的功能性指標，將運營管理程序標準化、應急救援方案三維可視化，用于隧道運營管理人員的教育培訓，加強防災救災能力，全面提高應急處置能力。
據了解，巴陜公司已于2016年啟動該技術研發(fā)。按照公司設想，系統投入使用后將利用系統對隧道駕駛遇險急救知識進行普及，成熟后如可納入全國駕駛員水平考試，將產生重要的社會價值。
與此同時，節(jié)能燈具、智能控制技術研發(fā)也被列入了巴陜公司的研發(fā)計劃。該技術意在通過單燈布設、組合分段無極調節(jié)與洞內外環(huán)境、時段、車流量高度匹配，實現自動控制，取代傳統機械分段調光、人為調光模式，最大限度節(jié)約能源，減少碳排放。初步估計系統投用后可節(jié)省用電30%。
考慮到國內司乘人員對隧道內行車安全性與舒適性的關注，建設者通過大量的調研，充分吸取國內超特長隧道的建設經驗，提出長洞變短洞施工設想，將米倉山超特長隧道分為4段，分別布置洞身裝飾方案，減少司乘人員行車時的疲勞感、壓迫感。
“技術探索、永無止境，將米倉山隧道建設成為品質工程也包涵著一份社會責任。下一步，米倉山隧道項目會緊跟國內先進、把準國際趨勢，以打造安全舒適超特長公路隧道為基礎目標，在智能化運營、人性化管理上進一步突破，在2018年年底實現米倉山超特長隧道通車，為四川省交通發(fā)展貢獻一份力量?！标惥w文表示。
