川藏鐵路隧道零刷坡進洞理念與實踐

肖廣智，許衛(wèi)武

(川藏鐵路有限公司，成都 610043)

引言

川藏鐵路是代表新時代中華民族偉大復興中國夢的世紀性戰(zhàn)略工程，是黨中央治邊穩(wěn)藏、富民興藏、長期建藏的戰(zhàn)略舉措。從全面啟動川藏鐵路規(guī)劃建設至今的兩年多時間里，習近平總書記先后6次作出重要指示批示。

2018年10月在中央財經(jīng)委員會第三次會議上指出，要把握好科學規(guī)劃、技術支撐、保護生態(tài)、安全可靠的總體思路，發(fā)揚“兩路精神”和青藏鐵路精神，高起點高標準高質量工程規(guī)劃建設；2019年7月、12月，2020年8月分別作出重要部署；2020年9月10日，習近平總書記主持召開中央政治局常委會，研究并原則同意川藏鐵路雅安至林芝段項目可研報告，提出要把川藏鐵路建成“精品工程、安全工程、綠色工程、創(chuàng)新工程、廉潔工程”五大工程目標，同時還要著力加強衛(wèi)生防疫、軍民融合、群眾與民生工作；2020年11月7日，在川藏鐵路開工之際再次作出重要指示，強調(diào)川藏鐵路沿線地形地質和氣候條件復雜、生態(tài)環(huán)境脆弱，修建難度之大時所罕見，要科學施工、安全施工、綠色施工，高質量推進工程建設。

習近平總書記對川藏鐵路規(guī)劃建設的系列指示批示精神為我們建設川藏鐵路提供了基本遵循，指明了前進方向。遵循總書記的系列指示，傳承“兩路精神”和青藏鐵路精神，川藏鐵路在建設中要不斷探索、總結、提煉川藏鐵路建設理念，凝練川藏鐵路精神。

1 工程概況與特點

1.1 線路方案

川藏鐵路雅安至林芝段自既有成雅鐵路雅安站引出，經(jīng)天全、瀘定、康定、雅江、理塘、巴塘、白玉跨金沙江后進入西藏自治區(qū)境內(nèi)，經(jīng)貢覺、昌都、波密至在建拉林鐵路林芝站，可研批復正線長度1 011 km[1]，建設期初步按10～12年考慮[2]。

1.2 主要工程數(shù)量

按照初步設計鑒修上報的線路貫通方案，新建隧道69座841.6 km，占比82.6%；橋梁98座112.9 km，占比11.1%；車站26座，其中新建24座；配套國省道新建和改建731 km、農(nóng)村道路改建500 km、新建施工道路670 km，電力線路1 850 km。

1.3 主要技術標準

鐵路等級：Ⅰ級。正線數(shù)目：雙線。設計行車速度：120～200 km/h。最小曲線半徑：一般3 500 m，困難2 800 m。最大坡度：30‰。牽引種類：電力。到發(fā)線有效長：650 m。閉塞類型：自動閉塞。

1.4 主要工程特點

川藏鐵路穿越以三江并流為代表的橫斷山區(qū)，線路“六起六伏”，累計拔起高度達一萬余米，全線復雜結構橋梁、超長深埋隧道眾多，具有顯著的地形高差、強烈的板塊活動、頻發(fā)的山地災害、敏感的生態(tài)環(huán)境、惡劣的氣候條件、薄弱的基礎設施等工程環(huán)境特征，面臨“極端地質災害、工程異常艱巨”兩大極限挑戰(zhàn)，給川藏鐵路的規(guī)劃建設帶來了前所未有的世界性難題[3-9]。

1.4.1 工程環(huán)境復雜

線路依次經(jīng)過四川盆地、川西高山峽谷區(qū)、川西高山原區(qū)、藏東南橫斷山區(qū)、藏南谷地區(qū)5個地貌單元，平均海拔3 800 m，地形起伏劇烈；線路“穿七江過八山”，沿線天氣氣候變化劇烈，水系分布復雜，內(nèi)外動力地質作用強烈，地球板塊活動仍在繼續(xù)，地震高發(fā)，不良地質和特殊巖土發(fā)育，工程地質條件極其復雜，自然災害頻發(fā)。線路經(jīng)過區(qū)域國家級保護區(qū)等環(huán)境敏感區(qū)數(shù)十處、大熊貓等珍稀動植物近百種，生態(tài)環(huán)境脆弱，環(huán)境保護任務艱巨。

1.4.2 重難點工程多

全線有千米級跨度懸索橋3座；200 m跨度以上的拱橋和斜拉橋6座；長度10 km以上隧道35座，最長的易貢隧道長達42.4 km；深埋隧道眾多，最大埋深2 080 m。工程結構復雜、技術難度極大，還受制于橋址、隧址的地質、水文、氣候和交通條件等工程環(huán)境，安全風險因素眾多，施工條件艱難。

1.4.3 建設管理難度大

線路位于高海拔地區(qū)，山高谷深、人跡罕至，高寒缺氧工效低，有效作業(yè)期短；區(qū)域工業(yè)基礎薄弱，沿線交通運輸能力不足，鋼材、水泥、砂石料等建筑材料匱乏，電網(wǎng)和通信網(wǎng)絡覆蓋面不足；單體控制性工程多，建設周期長，施工組織難度大[10-11]。

2 “零”刷坡，安全環(huán)保進洞

川藏鐵路環(huán)保要求嚴格，生態(tài)脆弱，邊仰坡高陡、穩(wěn)定性差，如何安全、環(huán)保進洞施工，進行了研究與實踐探索，提出了零刷坡、零污染、更早進洞、更晚出洞的理念，主要包括“四不三全二盡一保護”環(huán)保進洞措施和“五不”安全進洞方法，同時開展了高原洞口綠色洞口及安全進洞試點示范建設。

2.1 “四不三全二盡一保護”環(huán)保進洞

“四不”就是不多挖一方土，不多砍一棵樹，不多挖一塊草皮，不污染一滴水；“三全”就是全封閉、全隔離、全監(jiān)測；“二盡”就是施工作業(yè)區(qū)的表土剝離做到應剝盡剝，植物移植應移盡移；“一保護”就是全面保護珍稀植物和野生動物。如圖1～圖5所示。

圖2 拉月隧道4號橫洞

圖3 拉月隧道6號橫洞

圖4 隧道洞頂與森林硬隔離

圖5 洞頂天溝在樹林中穿行施作，不破壞森林

2.2 “五不”安全進洞

“五不”安全進洞就是洞口安全防護措施不到位不進洞，截排水措施不到位不進洞，實驗室、混凝土拌和站、炸藥庫等臨建設施未驗收不進洞，污水處理設施不達標不進洞，主要施工裝備不到位不進洞。如圖6～圖11所示。

圖6 二郎山隧道進口平導

圖7 天全隧道進口

圖8 康定隧道2號斜井

圖9 色季拉山隧道出口

圖10 色季拉山隧道林芝鎮(zhèn)橫洞

圖11 色季拉山隧道隆巴溝斜井

3 兩隧一橋先期開工段洞口試點示范建設

3.1 康定2號隧道出口草原式洞口防護及環(huán)水保管理

3.1.1 概況

川藏鐵路康定2號隧道出口位于康定市瓦澤鄉(xiāng)水橋村，洞口海拔3 720 m，根據(jù)施工生產(chǎn)需求，洞口布置有拌和站、鋼構件加工廠、試驗室、施工生產(chǎn)指揮中心、污水處理廠等臨建設施，占地面積5.33 hm2(約80畝)，如圖12、圖13所示。

圖12 隧道洞口地形地貌

圖13 出口工區(qū)大臨及洞口分布

3.1.2 試點示范建設的背景

(1)特殊的地理位置

項目位于康定市瓦澤鄉(xiāng)水橋村，上接康巴第一關、下承光影新都橋，與沿線最美國道318鄰近并行且視野開闊，是對外展示川藏鐵路形象的絕佳窗口。

(2)特殊的生態(tài)環(huán)境

隧道出口位于海拔3 700 m以上高度，周邊區(qū)域土壤疏松，植被稀少，生態(tài)環(huán)境脆弱，一旦遭到破壞，很難恢復。因此，做好環(huán)水保施工，是康定2號隧道面臨的一項重要課題。

(3)踐行綠色工程的必然要求

綠色工程是習近平總書記對川藏鐵路提出的“五大工程”的一項重要內(nèi)容。為最大限度融入生態(tài)環(huán)境，融入山水風光，康定2號隧道出口段努力打造視覺沖擊，突出工程建設場景與自然的和諧，引領示范亮點，觸點帶面，全面推進“五個工程、三個著力”建設。

3.1.3 試點示范建設主要內(nèi)容

(1)剝離再復植，保護稀少的高山草甸。

康定2號隧道出口段，山上原始的植被主要是稀少的草皮和灌木，為了保護好原始的生態(tài)環(huán)境，在進場之初就成立了環(huán)水保工作小組，專門負責對表土及草皮的保護工作。

①探索正確的剝離方法

在表土剝離前，對表土現(xiàn)場進行調(diào)查和檢測，嚴格對照表土價值等級分類表確定草皮和表土剝離厚度，探索出了不同的剝離標準。例如，一般情況下，按照草皮剝離10～15 cm，表土30～60 cm的要求進行剝離。由于施工區(qū)域內(nèi)耕作層厚度存在差異，對土層深厚、肥沃的地方適當深剝，對土層較薄、肥力不高的地方適當淺剝，視現(xiàn)場情況能剝盡剝，把最肥沃的部分土壤剝離出來。

②妥善存放表土及草皮

根據(jù)施工場地情況，設置多處場地用來存放表土及草皮。草皮采用分層堆放方式集中堆放并設置標識牌。臨時表土堆放高度一般不超過3 m，超過3 m的，采用“金字塔”結構，進行分級堆放，分級平臺寬度1.5 m，土體邊坡進行夯拍，坡面覆蓋草皮或播撒草籽保證土壤肥力，并采用綠色防護網(wǎng)覆蓋，防止水土流失。同時，采用編織袋裝土作為表土堆放邊坡臨時護腳，在裸露處播撒草籽，對表土進行適當養(yǎng)護，保護表土及草皮土質成分，如圖14～圖17所示。

圖14 剝離草皮集中堆放

圖15 剝離土集中堆放

圖16 表土防護示意

圖17 表土堆放邊坡防護(單位：cm)

③草皮復植，保護生態(tài)環(huán)境。

為了進一步營造草原式洞口的效果，施工現(xiàn)場除了必需的臨時設施場地進行硬化外，其他區(qū)域均用草皮進行覆蓋。先前剝離的草皮，經(jīng)過人工養(yǎng)護后，進行“復位”，把草皮放回需要的地方，起到了美化環(huán)境的效果，如圖18所示。

圖18 剝離土覆蓋草皮

④修建臨時截排水溝，防止水土流失。

為了防止水土流失，在洞口上方修建了截水天溝，四周采用編織袋裝有機土防護坡腳，防護高度1 m，寬度0.5 m。對坡頂和坡面進行夯實，防止水溝身沉降變形。

(2)污水處理，立足標準實現(xiàn)智能管理

①建設每小時百噸級處理能力的污水處理站1座。處理工藝如圖19所示。

圖19 污水處理工藝

②采用初沉—渦流混凝—水平管沉淀—無閥濾池等工藝，將隧道內(nèi)通過清污分流出的污水經(jīng)嚴格程序化處理達標后，優(yōu)先回收用于澆灑路面、灌溉植被等，多余部分進行排放。如圖20所示。

圖20 污水處理站結構布置

③污水處理全過程為智能化控制，除拌藥過程需要1人輔助外，整個運行過程無需人工監(jiān)管。

④污水處理后排放標準。排放標準為GB8978—1996《污水綜合排放標準》中一級排放標準，回用水標準滿足TB/T3007—2000《鐵路回用水水質標準》及GB/T18920—2002《城市雜用水水質標準》中的相關標準。詳見表1。

表1 進出水水質

3.2 色季拉山隧道林芝鎮(zhèn)橫洞“零刷坡”進洞與污水處理

林芝鎮(zhèn)橫洞全長1 147 m，洞口段為Ⅴ級圍巖，采用鉆爆法施工。地面植被不發(fā)育。

3.2.1 減少擾動，“零刷坡”安全環(huán)保進洞

林芝鎮(zhèn)橫洞洞口斜上方為G318國道，洞口山體陡峭，洞口嚴格執(zhí)行“更早進更晚出”原則，避免大量刷坡，采用零刷坡進洞，確保施工安全和減少植被破壞。進洞29 m就完成了首板明洞澆筑，“零刷坡”和快速施工明洞及回填確保了軟弱圍巖地層隧道進洞施工安全。如圖21所示。

圖21 林芝鎮(zhèn)橫洞洞門

3.2.2 污水處理站同步投產(chǎn)，水質達標零污染

林芝鎮(zhèn)橫洞設計1座800 m3/h污水處理站，污水排放采用自動檢測設備，確保污水零排放。如圖22所示。

圖22 橫洞污水處理站

3.3 色季拉山隧道進口Ⅵ級圍巖安全進洞施工

3.3.1 概況

(1)工程環(huán)境

新建川藏鐵路色季拉山隧道進口，位于魯朗鎮(zhèn)東久村西側早期崩坡積與沖溝堆積混合帶上，進口仰坡較緩，植被茂密，場地較開闊，海拔3 098 m。

(2)進洞段落設計概況

隧道進口段Ⅴ級圍巖段(DK1217+879～DK1217+886)長7 m、Ⅵ級圍巖段(DK1217+886～DK1217+961)長75 m，如圖23所示。

圖23 色季拉山隧道進口段縱斷面(單位：m)

進口段左右線平均線間距為40 m，先采用鉆爆法施工，后采用TBM法施工，其中左線進口鉆爆段設計長度106 m，右線進口鉆爆段設計長度107.79 m。進口段隧道洞口橫斷面如圖24所示。

圖24 進口段洞口橫斷面設計(單位：cm)

(3)進洞段落工程地質

進口段洞身坐落在早期形成的沖溝堆積體內(nèi)，主要地層為第四系全新統(tǒng)坡、洪積物，包含黏性土、粉土、砂類土及碎石類土。隧道進口端有75 m飽和細砂層，施工過程中極易發(fā)生涌水涌砂，圍巖穩(wěn)定性極差。見圖25。

圖25 隧道進口地質狀況

3.3.2 安全進洞主要做法和措施

(1)多重預加固手段穩(wěn)地層

沿洞口導向墻拱頂150°范圍打設直徑108 mm、長度30 m的大管棚進行超前支護；洞口段和明洞邊坡段均采用直徑1.25 m的抗滑樁；在洞頂范圍內(nèi)施作豎向旋噴樁對洞身范圍地層土體進行改良，如圖26、圖27所示。

圖26 超前大管棚

圖27 洞頂旋噴樁

豎向旋噴樁加固效果。取芯檢驗測得旋噴樁強度1.85 MPa，大于設計要求1.0～1.2 MPa，如圖28所示。

圖28 旋噴加固及效果

(2)懸臂掘進機開挖降擾動

采用懸臂掘進機進行兩臺階法開挖，施工機械化程度高，可實現(xiàn)掘、裝、運一體化，同時該設備機動靈活，開挖精準，對圍巖損傷小、擾動少，可避免掌子面人工開挖帶來的風險。該施工方式具有如下優(yōu)點。

開挖過程穩(wěn)定、安全，作業(yè)人員遠離掌子面；線形超挖量易于控制，平均線形超挖量10～15 cm；開挖與出渣同步進行，工序循環(huán)流暢，每循環(huán)進尺0.6 m，耗時約3 h，如圖29所示。

圖29 懸臂掘進機施工

(3)控進尺強支護保安全

每循環(huán)進尺0.6 m，采用錨桿+鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土+鋼拱架聯(lián)合支護，開挖進洞37.8 m后施作仰拱，及時封閉成環(huán)。

洞內(nèi)左線最大沉降值為21.9 mm，右線最大沉降值30.7 mm，施工期間隧道未出現(xiàn)坍塌、掉拱。

4 結語

川藏鐵路環(huán)保要求嚴格，生態(tài)脆弱，隧道洞口邊仰坡高陡、穩(wěn)定性差，洞口施工難度大。通過探索并在川藏鐵路先期開工的隧道進行試點示范建設的工程實踐，提出了零刷坡安全環(huán)保進洞理念，主要包括“四不三全二盡一保護”環(huán)保進洞措施和“五不”安全進洞方法，并在后續(xù)開工的隧道設計中進行全面推廣和應用，取得了較好效果，確保了隧道進洞安全，符合川藏鐵路苛刻的環(huán)保要求，對今后隧道安全進洞施工具有引領和示范作用。