攻克「豆腐打洞」 四川公路設計院「挑戰」極軟岩成功!

2018年8月2日,歷時6年艱苦奮戰,四川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。

攻克“豆腐打洞” 四川公路設計院“挑戰”極軟巖成功!

海子山隧道地形地貌

海子山隧道地處青藏高原東緣的川、青、藏三省交匯處,屬於4500米以上的極高海拔區域,自然條件惡劣,具有顯著的“高海拔、嚴寒、低氣壓、低含氧量”的特點。隧址區常年平均氣溫低於0℃、洞口最低溫達-33℃,每年11月至次年4月均為積雪冰凍期,無法開展作業,而每年6~8個月的有效工期中,晝夜溫差大,低溫和雨季持續時間長,氧氣含量不到成都平原的60%,測設人員高原反應嚴重,這給本項目的勘察設計帶來了極大的挑戰。

勘察設計人員多次徒步翻越海子山隧道,隧道洞頂海拔高達4600米以上,惡劣的自然環境和氣象條件一次次挑戰著他們的身體極限。受強烈地質構造影響,整個隧址區幾乎全被鬆散覆蓋層覆蓋,基岩出露極少,無法通過地表的基岩推測洞身的巖性及岩層分佈規律,只能通過鑽孔、物探等勘察手段查明洞身地質情況。為此,勘察人員歷時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,為順利完成該項目的勘察設計工作奠定了堅實的基礎。

攻克“豆腐打洞” 四川公路設計院“挑戰”極軟巖成功!

2.海子山隧道洞門

同時,勘察設計還面臨極其複雜的地質條件和惡劣的氣象條件。隧道洞身圍巖經過多次褶皺扭曲,節理裂隙發育,巖體柔軟、破碎,穩定性極差,屬於極軟質巖,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”還是長時間泡在水裡形成的“水豆腐”,如何處理這塊“水豆腐”,成為前所未有的難題。

攻克“豆腐打洞” 四川公路設計院“挑戰”極軟巖成功!

泡水的巖體

創新設計技術,破解“豆腐打洞”難題

巧變“水豆腐”為“凍豆腐”。隧道洞口巖體極其鬆散、富水性強,極易發生溜塌,洞口段施工極其困難。設計上打破了高海拔嚴寒隧道冬休的傳統,利用富水鬆散體凍結後強度提高的特性,有意識將冷空氣引入隧道凍結掌子面和周邊圍巖,在冬季實現順利掛口進洞,預留注漿管解凍後注漿固結圍巖,確保了隧道洞口段安全快速施工。

妙用“滷水點豆腐”。隧道構造發育、巖體破碎、地下水發育,自穩能力差,極易造成變形坍塌,設計針對性採用化學材料注漿,實現堵水和固結鬆散巖體雙重作用,在隧道一定範圍內將自穩性極差的“豆腐”快速凝結形成封閉固結體,從而增強圍巖自穩能力和承載能力,並在固結體外採取鑽孔引排地下水,釋放水壓力,有效避免了隧道塌方、變形的發生。

創新採用“多塊開挖分層支護”工法。針對軟弱圍巖“變形大、圍巖不穩、安全隱患大”的特點,結合高海拔現場機械及人工效率低的現狀,設計上提出“剛柔並濟”的原則,以“控變形、強支護”為主要解決方案,堅持“三臺階七步開挖法”,將“大塊豆腐”從空間上調整為“多層狀、小塊豆腐”,實現短進尺、多工作面“多塊”開挖,“分塊”及時支護,一方面可有效約束圍巖變形,提高圍巖的穩定性,另一方面可大大降低施工人員勞動強度,進而破解了軟巖隧道的建設難題。

攻克“豆腐打洞” 四川公路設計院“挑戰”極軟巖成功!

四川公路設計院及交通運輸部專家現場指導施工

創新設計理念,確保全方位、全過程安全

針對本隧道高寒高海拔、低含氧量低作業效率、絕大多數施工人員產生中度以上高原反應的惡劣施工條件,著重針對供氧、保溫、抗防凍等措施進行了專項設計,保障了施工人員的人身安全,顯著改善了施工條件,大大降低施工風險,確保了海子山隧道從開工至貫通未發生一起安全責任事故。

設計措施確保施工安全。針對高山缺氧,設計採用隧道吸氧車為施工人員提供充足氧氣,生活區採用吸氧室和高壓氧艙對高原反應者進行理療。設計採用多班倒、輪休工作制降低施工人員勞動強度,規定工人每天的勞動時間不超過6小時,重體力勞動不超過4小時,並進行統一勞動保護和衛士防疫,統一居住條件及飲食標準,配備醫療車及必要的醫療設施、藥品、醫務人員。

創新解決綜合抗防凍問題。為避免隧道受凍害,設計採用“保暖內衣+長衣袖”式保溫措施,全隧道均採取了內貼式保溫板進行保溫,同時還採取接長透光明洞、利用日照對隧道洞口進行加熱,既可以解決洞口風吹雪病害,同時也解決了隧道襯砌凍害。

超前研究運營安全。目前,海子山隧道實現了開挖貫通,正在抓緊研究制定交通安全措施,擬結合隧道土建情況,配合建設、運營單位完善交通安全措施,為實現海子隧道早日通車做好運營安全技術保障。

項目鏈接:海子山隧道位於四川省甘孜州德格縣境內,隧道全長2522米,洞口平均海拔高度4371米,是省道456線(原省道217線)石渠至馬尼干戈段公路改建工程的控制性工程。石馬路全長217公里,總投資18.28億元,全線於2012年9月開工,主體工程除海子山隧道外已於2014年9月底完工。

(四川省交通宣傳中心 來源:四川公路設計院)Z


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