秦巴攻關(guān) 穿越米倉

文/圖 四川高速公路建設(shè)開發(fā)集團(tuán)有限公司 王孝國 劉勇 白皓 唐浩

米倉山特長隧道是川高公司巴陜高速的控制性工程，隧道橫跨川陜兩省，全長13.8公里（其中四川境10.8公里），設(shè)斜井4座、豎井1座（深度達(dá)435米）。項目建設(shè)以“品質(zhì)工程”為指引，形成一系列新的技術(shù)體系和工藝工法，特別是總結(jié)提煉出的隧道深大通風(fēng)豎井模筑襯砌及短段掘砌逆筑法建造技術(shù)體系，相較于傳統(tǒng)建造工法施工效率翻倍，襯砌安全性顯著提高，成功解決了豎井建造難題，并已在多條高速公路和鐵路隧道中推廣應(yīng)用。

為助力國家集中連片特困區(qū)秦巴山區(qū)脫貧攻堅，帶動沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展，打通繼廣陜、達(dá)陜高速之后的第三條北向出川高速公路大通道，巴中至川陜界高速公路（以下簡稱“巴陜高速”）于2011年起正式開工建設(shè)。巴陜高速是國家高速公路網(wǎng)G85銀（川）昆（明）高速，以及四川省高速公路網(wǎng)規(guī)劃中成都引入線成都經(jīng)巴中南江至陜西漢中高速公路的重要組成部分，項目起于川陜兩省接線的米倉山隧道進(jìn)口處，經(jīng)南江縣、巴州區(qū)，止于巴中市東興場互通，與已建成的廣巴、巴南、巴達(dá)高速相接，全長約117.5公里。項目分三期建設(shè)，巴中至南江段于2013年12月建成通車；南江至關(guān)壩段于2017年11月建成通車；關(guān)壩至川陜界米倉山隧道段于2018年11月建成通車。

米倉山特長隧道洞門

作為巴陜高速的關(guān)鍵控制性工程，全長13857米的米倉山特長隧道，最大埋深1080米，是目前已建成的西南地區(qū)第一長、國內(nèi)第二長高速公路隧道。在建時期，隧道具有長度第一長、規(guī)模第一大、豎井深度第一深、運(yùn)營技術(shù)第一復(fù)雜“四大特點(diǎn)”，因此對于項目方來說，所遇難題也是前所未有，不僅隧道長度特別長、地質(zhì)條件特別復(fù)雜，還面臨高地應(yīng)力、高地溫、涌突水、巖爆、瓦斯和硫化氫有毒有害氣體等復(fù)雜地質(zhì)災(zāi)害。其中，深大通風(fēng)豎井建造（深431.8米，凈直徑9米）、高地應(yīng)力巖爆處治（地應(yīng)力高達(dá)40兆帕）等問題堪稱世界級重大工程難題。米倉山特長隧道的建成，徹底改變了經(jīng)巴中北上出川路難行的歷史，一舉將“翻越米倉山”變成“穿越米倉山”，車程從至少2小時大幅縮短為15分鐘。

米倉山特長隧道地質(zhì)情況示意圖

直面挑戰(zhàn) 細(xì)數(shù)隧道建設(shè)重大問題

深大通風(fēng)豎井建造難題

米倉山特長隧道是當(dāng)時全國在建公路最深、直徑最大的豎井。在現(xiàn)有規(guī)范規(guī)定方面，根據(jù)《公路隧道通風(fēng)設(shè)計細(xì)則》，豎井深度一般不宜超過300米，對于直徑大于7米的豎井需要做專項設(shè)計；在現(xiàn)有施工技術(shù)方面，因公路隧道豎井施工傳統(tǒng)工法機(jī)械化程度低、施工效率慢、安全風(fēng)險高等問題，通常采用“簡易井架+復(fù)合式襯砌”結(jié)合長段掘砌單行作方法，工藝復(fù)雜、工序較多，單位面積工序密度大，月成井平均不到30米，公路隧道豎井建設(shè)技術(shù)發(fā)展滯后問題已經(jīng)成為制約隧道豎井設(shè)計和施工的重要因素。

米倉山特長隧道豎井工點(diǎn)全貌

隧道復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境

米倉山特長隧道洞身圍巖主要為砂巖、泥巖、灰?guī)r、花崗巖和石英閃長巖，最大埋深1080米?；◢弾r、石英閃長巖段落接近10公里，以Ⅱ、Ⅲ級圍巖為主，該段圍巖巖質(zhì)堅硬、洞身干燥，錘擊聲清脆，有回彈，巖體成塊狀結(jié)構(gòu)較完整，高地應(yīng)力特點(diǎn)突出，巖石強(qiáng)度高達(dá)170兆帕，施工掘進(jìn)中多次發(fā)生弱至中等級巖爆，造成作業(yè)人員受傷及設(shè)備受損，是制約掘進(jìn)進(jìn)度的一大“攔路虎”。此外，在主洞、斜井等多處還先后發(fā)生涌突水災(zāi)害，最大涌水量達(dá)每小時2496立方米。

隧道洞口地質(zhì)災(zāi)害

項目建設(shè)期間曾多次發(fā)生大型洪水和泥石流災(zāi)害。例如：2015年“6·28”特大洪水泥石流災(zāi)害導(dǎo)致項目各標(biāo)段受損嚴(yán)重，停工數(shù)月，尤其是造成LJ2標(biāo)米倉山隧道標(biāo)段洞口淹埋、項目經(jīng)理部摧毀，全線累計損失達(dá)1.6億元至1.8億元。

大膽探索 首創(chuàng)豎井施工成套技術(shù)

在項目建設(shè)過程中，川高公司與所屬秦巴公司聯(lián)合設(shè)計單位四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院有限公司、施工單位四川川交路橋有限責(zé)任公司和中鐵一局集團(tuán)第四工程有限公司、技術(shù)支撐單位成都理工大學(xué)和西南交通大學(xué)聯(lián)合開展技術(shù)攻關(guān)，在豎井建造過程中不斷總結(jié)提煉，最終形成了隧道深大通風(fēng)豎井模筑襯砌及短段掘砌逆筑法成套建造技術(shù)體系。該工法不僅突破了《公路隧道通風(fēng)設(shè)計細(xì)則》中對豎井深度不宜超過300米、直徑不宜大于7米的限制，還進(jìn)一步提出與豎井規(guī)模相適應(yīng)的機(jī)械化施工配套體系，相較于傳統(tǒng)的復(fù)合式襯砌及長段掘砌單行作業(yè)建造法，豎井月進(jìn)尺由不足30米提高到72米，施工效率翻倍，襯砌安全性提高，完美解決了豎井建造難題，實(shí)現(xiàn)了深大通風(fēng)豎井的安全快速建造工作。

此外，在施工過程中，技術(shù)團(tuán)隊還提出了深大通風(fēng)豎井單層模筑襯砌及短段掘砌施工方法，在減少豎井施工工序的同時，提高了施工過程安全性；提出了以單層模筑襯砌為主要支護(hù)結(jié)構(gòu)的深大硬巖豎井支護(hù)體系，以及由“提升與懸吊系統(tǒng)”“鑿巖與出渣系統(tǒng)”“混凝土及運(yùn)輸系統(tǒng)”和“保障系統(tǒng)”為主要構(gòu)成的機(jī)械化配套方法；形成了“隨掘隨砌，襯砌緊跟”的掘砌混合作業(yè)方法，與豎井直徑和深度相適應(yīng)的短段掘砌混合作業(yè)機(jī)械化配套體系，“深度800米以內(nèi)、開挖直徑12米以內(nèi)”的硬巖豎井施工機(jī)械配套參考依據(jù)，大大提高了豎井施工月進(jìn)尺，使施工效率翻倍。

注重創(chuàng)新 不斷突破傳統(tǒng)技術(shù)瓶頸

在米倉山特長隧道建設(shè)過程中，該項目實(shí)現(xiàn)了“四大創(chuàng)新突破”：首次提出深大豎井的建井新法，解決了公路隧道深大豎井成套施工技術(shù)難題；創(chuàng)立硫化氫有毒氣體的分級防護(hù)體系，填補(bǔ)了相關(guān)設(shè)計規(guī)范部分空白；首次設(shè)置洞內(nèi)交通轉(zhuǎn)換帶，將長隧變短便于后期運(yùn)營管理；針對隧道巖爆問題研發(fā)了柔性防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)，使柔性網(wǎng)全面覆蓋巖爆段洞壁圍巖，有效降低了巖爆造成人員傷亡的風(fēng)險。

斬獲大獎 促進(jìn)技術(shù)成果廣泛推廣

針對建設(shè)難題，川高公司以工程需求為指引并結(jié)合米倉山特長隧道工程實(shí)際，歷時11年，經(jīng)多單位聯(lián)合攻關(guān)，開展了深入、系統(tǒng)的理論研究與技術(shù)創(chuàng)新，目前已形成部級標(biāo)準(zhǔn)、地方規(guī)范、施工指南及專著、專利、論文、工法等為一體的創(chuàng)新成果體系，并在攀大高速寶鼎2#隧道豎井、九綿高速白馬隧道豎井、寧攀高速寧會隧道豎井等公路工程及大瑞鐵路高黎貢山隧道豎井等鐵路工程等20余座隧道工程中得到了應(yīng)用。實(shí)踐表明，該豎井建造技術(shù)系列成果適應(yīng)性強(qiáng)，在保障豎井安全快速施工、降低施工復(fù)雜程度、縮短建設(shè)周期等方面具有顯著優(yōu)勢，應(yīng)用前景廣闊，并得到了中國工程院院士和國際隧道協(xié)會主席等業(yè)內(nèi)專家的一致認(rèn)可，經(jīng)權(quán)威鑒定達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

截至目前，巴陜高速已先后獲得國家優(yōu)質(zhì)工程獎、天府杯金獎和中國交通運(yùn)輸協(xié)會科技進(jìn)步獎一等獎等一系列重要獎項，并于2020年獲得有國際隧道界“奧斯卡”之稱的國際隧道與地下空間協(xié)會(ITA)隧道工程大獎年度入圍獎。