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智破“千层酥”!王家寨隧道解锁地质密码
来源:中交报在路上       2025-04-01 14:51 【字体:

贯通!机械轰鸣渐息,欢呼声穿透山脉!

当最后一层沙土掌子面在铣挖机的精雕细琢中破开,云南临沧临翔至清水河高速公路(简称临清高速)控制性工程——王家寨隧道实现精确贯通。这一刻,隧道之光,穿透黑暗,连通未来。

王家寨隧道双幅贯通

从“跟跑”到“领跑”,从“人力鏖战”到“智取山河”,云南交投集团的能工巧匠们,在怒山横断山脉南段的地层里,深深刻入精神坐标——没有比信念更高的山,没有比智慧更长的隧。

 

“豆腐岩”里织经纬

       临清高速不仅是长江经济带与“一带一路”通道连接线和中缅国际陆路大通道的重要路段,也是云南省“五出境”的国际大通道之一。王家寨隧道更是占据着这条高速的咽喉之地。

       2018年1月,满腔热血,拥有丰富经验的云南交投集团建设团队来到临清高速建设现场,誓要在崇山峻岭间开辟新通途。

 

施工人员处置隧道涌水

如今,回忆起那些被涌水冲毁的方案、被流沙掩埋的设备、被汗水浸透的图纸,“每一寸掘进都是我们与地质风险的博弈。”临清高速公路有限公司董事长刘成文这样总结。

打开地质剖面图,王家寨隧道犹如穿行在“地质炼狱”。左幅8010米、右幅8040米的隧道,均需穿越2300多米第三系粉细砂半成岩特殊不良地质,包含3段强富水高水压核心区,最大水压约1.5兆帕。“这不是普通的凿山建隧,是在高水压的流沙中雕刻艺术品。”临清高速公路有限公司总工程师王秋懿形容道,受风化和流水侵蚀,王家寨隧道段山体如同被水浸泡的千层酥,遇水即化。

更让建设者团队头疼的是,施工过程一旦击穿高压水囊,地下水就将裹挟着泥沙瞬间喷涌,形成空腔。山体内水流源源注入,汇集成为更大规模的高压“泥水舱”,短短数分钟,涌水将再次如喷泉迸射又骤停,形成“破坏—补给—再破坏”的恶性循环。

伴随着的是洞内回荡着延绵不绝的“喘息声”。也因此,临清高速公路有限公司总监理工程师岳锐强将其称为“会喘息的隧道”。“很大程度上,洞内施工是否正常,只需问一下值班室内的值班员有没有听见异响声,便可知分晓。”岳锐强告诉记者。

回忆起2019年12月5日,建设团队依然心有余悸。根据监控视频,一股巨大的泥浆体如同决堤的洪水般扑向洞口,强大的冲击力将重达百吨的衬砌台车瞬间推离100多米。泥沙的最高点已然淹没了隧道洞顶,现场混乱不堪。

 

现场施工作业 

数据显示,这次突如其来的泥沙涌出量高达8500立方米。而为了处置这场突涌产生的灾害,建设团队花费了整整半年时间,才将进口端恢复到原始掘进状态。

类似这样的情况,对于整个建设团队而言,是家常便饭。2018年,发生大规模突泥、涌水4次,处置时间148天;2019年,发生大规模突泥、涌水5次,处置时间290天;2020年发生大规模突泥、涌水1次,处置时间85天……抢险日记凝结成惊心动魄的刻度,也记录了建设团队在“豆腐岩”中织就钢铁经脉的硬核智慧。

惟其艰难,方显勇毅。面对地层含水量较低处于饱水状,围岩呈软塑状态,隧道开挖易产生点滴状、淋雨状出水,局部产生涌流状出水的情况,建设团队在2019年4月引入大地电磁法探测,并实施了密管棚、超前注浆和水平旋喷桩等工艺工法,提高了掘进效率,基本克服了在弱富水、中等富水地层中施工建设中的难题。其间,隧道月进尺达到47米,平均每天推进1.5米,且实现了月进尺66米的最高纪录。

 

现场测量作业 

不仅如此,由于进口端属于小间距隧道,传统“先行洞和后行洞开挖错开距离”这一较为安全的施工方案,也因双洞距离较短叠加恶劣地质条件遭遇了严峻挑战。建设团队在与突泥涌水反复较量中,摸索出“此消彼长”的水文地质特性,创造性地采用“动态平衡施工法”,根据水压变化灵活调整两洞掘进节奏。这一方法管控临界值较为局限,对施工组织管理水平也是极大挑战。

锚定打造平安百年品质工程的目标,临清高速公路有限公司以科技创新与精细化管理为安全施工保驾护航。通过构建“全周期管控+智慧赋能”体系,公司将隐蔽工程可视化监测、结构风险预警等多项技术整合为“地下工程智慧眼”系统,化安全风险于未萌。同时,公司建立国内首个强富水地层隧道数字孪生模型,集成地质透视、人员定位、应急逃生等功能模块,成功规避重大突涌风险,确保了施工人员生命安全。

 

深井破局治流沙

然而,时间来到2020年10月,隧道掘进进入强富水段落,含水量已然超过18%。

“我们像是与流沙赛跑,挖一尺,塌半尺。”临清项目施工总承包部总工程师瞿山回忆道,继续采用“以堵为主”的治水措施,达不到处置效果,且封堵造成地下水排泄困难,水压上升,更易产生大规模的突泥涌水。

在反复探索前行中,“双层初支+长台阶”“平行导洞迂回方案”“长台阶波纹钢强支护小断面开挖”等方案一次次被提出,又在实践中一次次宣告失败。

“含水率大,水压高,砂粒粒径较细,难以实现水砂分离。”成为萦绕在每一个建设者心头的阴影。先排水后施工成为共识,钻孔排水填塞稻草、埋设盲管和桥式渗水管及真空降排水等多种以往隧道涌水常用的处置措施,不断被发现,不断被实践,又不断被否定。

“既然选择了施工,就绝对不能让临清高速在王家寨隧道中断。”刘成文这样告诉自己,也不断去激励团队。这也成了支撑建设者们一往无前的信念,不怕失败,失败了就总结经验,从头再来,一切行动只为了隧道能安全顺利贯通。

 

建设团队在现场探讨施工方案 

循着“重地质、管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测、速反馈”的总体方针,临清高速的建设团队在三维地质雷达探测技术、瞬变电磁法等物探技术及超前探孔等钻探技术的支撑下,不断摸索实践。最终,总结出“四台阶五步交错开挖”工法,将掌子面分割成12个作业单元,每循环仅掘进0.5米,配合超前锚杆层层锁固流沙层,突涌发生率直降82%,为项目顺利推进起到了关键作用。

“掘进有了保障,但突泥、涌水不能解决,还是会陷入掘一尺塌半尺的泥潭之中。”王秋懿一语中的。

为此,建设团队充分对突涌现象及其致灾机制进行了深入分析,发现隧道规模性突泥涌水现象,时间上具有一定滞后性,即从管涌到规模性突涌具有演变时间段,一般为2至4天。因此,在2022年初,项目建设团队大胆提出了新的应对策略,强调面对管涌这类情况应及时采取措施,不任其发展,以避免更严重的突涌。洞内排水困难,就从地表深井降水入手,以“降、隔、堵、排”的理念制定综合治水措施。

为此,参建各方决定从地表向下钻井,直至达到隧道主线,井位隧道埋深高达190多米。为确保钻井能够到达隧道底板以下,又向下钻井30米,最终形成井深220米。自2022年3月以来,共打117口深井,累计抽水量已达249万立方米,相当于六分之一个杭州西湖的水量。

在此基础上,“洞外地表降水+洞内超前泄水+洞内井点抽水+周边排水”等综合降排水技术逐步成熟,通过在极不稳定的施工作业面,对围岩层层加固,最大限度减少掘进过程中,因围岩不稳定造成的突泥涌水事故,实现隧道“快挖、快支、快封闭”安全平稳推进的目的。

 

竖井正式进洞施工 

隧道的月均进尺逐步提高至36.5米,相较于2021年的月均进尺2.1米提升了17倍,从根本上解决了王家寨隧道突涌灾害防治的施工难题。

如果说进口端是与“水怪”的正面交锋,隧道出口端的独头掘进则是“孤军远征”。在无辅助坑道的绝境中,建设团队每前进一米都在突破极限。

随着不停地往洞内延伸,出口端掘进的距离越来越长,通风效果越来越弱,洞内作业环境也越来越差。“洞内温度42摄氏度,湿度95%,安全帽都能积水养鱼。”对于地热蒸笼的煎熬,每一个建设者都记忆犹新。

“我们在隧道施工中不依靠‘平导’‘斜井’辅助施工,独头掘进到6.4公里,这在云南省公路隧道建设史上是绝无仅有的。”谈起这段岁月,临清项目施工总承包部项目经理李世翔感触颇深。

终于,历经380个昼夜鏖战,距离隧道进口端约1/3位置的竖井正式贯通。这座316米深的“隧道之肺”,通过联络通道与隧道主线相连,左幅采取两段送排式纵向通风,右幅采取全射流纵向通风,能将外面的新鲜空气送入隧道内,同时将隧道内气体从井口排出,形成循环“呼吸系统”,改良了洞内空气质量,降低了洞内温度,改善了隧道作业环境,为加快隧道施工进度打下坚实基础。

 

顶管决战“重塑土”

就在所有人都以为,只要按部就班,就会迎来胜利的曙光的时候。一场有史以来最大的突涌让人始料未及。

 

掌子面施工现场

2023年10月23日11时13分,王家寨隧道出口端左幅掌子面ZK23+055在开挖后,出现股状涌水,采取土工布堵塞,后发生77次突涌,规模不断增大,突涌体积达31700立方米。清渣至11月18日时,溃口再次被击破,发生37次突涌,突涌体积增至8100立方米,发展成特大型突涌,最终,累计突涌111次,突涌体积3.98万立方米,处置时间高达91天。

此时,隧道还剩余225米时,原本应进入中富水段地层,但开挖难度却再次加大,随时频发涌水流沙。建设团队再次大规模开展地质勘察,结果令人震惊。原岩层在施工过程中,因挤压遭到严重破坏,打破了原有状态,隔水层被全部击穿,各个“水囊”串通,导致剩余段落已呈“重塑土”状态,加之突泥涌水导致大多降水井扭曲失效,地层水位居高不下,施工难度骤然加大。

这场猝不及防的突涌不仅对施工进度造成了重创,更让建设团队深入考虑如何突破泥水平衡。但应对隧道突泥涌水,目前已有的工艺都已经实践过了,还能从哪里寻找突破呢?

顶管施工这一常用于不具备明挖施工条件的过街隧道、市政管道的施工工艺,给了建设团队新的希望。2023年11月,云南交投集团带领攻坚团队,进行调研考察,大家一致认为这一方案具备可行性。2023年12月28日,国内专家对王家寨隧道应用顶管施工技术的可行性进行论证,一致认为可在左幅剩余未贯通段先行先试泥水平衡顶管排水施工,通过降、排、泄水,以达到“液固分离”,降低剩余段落的施工安全风险。

2024年2月25日,顶管始发,通过以直径2米的钢管向前推进228.6米,作为先行导洞,后施作径向管泄压排水,保障掌子面的开挖。

但隧道突涌、超200米埋深、120米超高水头压力等诸多不利地质特征,都让顶管施工艰难前行,顶进过程中右幅隧道突涌造成的部分管节外壁减阻泥浆流失、弱风化花岗岩破碎带裂隙动水发育、地层握裹力抱管等极端不利影响,更是一度让顶管推进寸步难行。

 

实现顶管“脱困” 

2024年4月,顶管施工一度卡机。建设团队集思广益,顶管外壁开窗清砂补充新型护壁泥浆、调整4个3400吨中继间、更换主顶推力为8台二级320吨油缸等一系列“脱困”措施轮番上阵。

动了!2024年4月28日,顶管施工成功“脱困”顶进。2024年6月20日顶管率先贯通。

在此基础上,建设团队进一步优化地表大直径深井成井工艺,增强区域抽排水能力,创新提出T型钢锁口管幕,防止拱顶溃砂,引进CIS动水抗分散新型材料高压注浆,强化了超前加固措施,使得开挖安全进一步得到保障。通过一系列充分而细致的准备工作,成功解决了剩余段的掘进困难,实现了隧道的顺利贯通。

 

开展沥青摊铺作业 

当第一束强光刺穿横断山脉的胸膛,这条深埋地下的钢铁动脉,以毫米级精度对接世界。7年多,2570个昼夜的生死博弈,每一次突涌都是倒计时的警钟,每一次溃塌都是智慧的试炼场,云南交投集团的建设团队用不怕苦、不怕累、敢为人先的精神将不可能熔铸成穿越地质禁区的密钥。

横断山脉的日月星辰见证了,没有征服不了的禁区,只有不断超越的中国攀登。此刻,建设者的身影已向着新的高峰进发。

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