技精于道通达巴陕——四川米仓山隧道品质工程建设纪实
2017-03-01
朱静技精于道通达巴陕
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本网讯“天开灵奇，路开一线。”“方人血拓巴山路，石栈天梯信使通。”关于古道之险，文人墨客向来不吝笔墨。诗中所述，正是上通秦陇，下达蜀川的“米仓古道”。驱车沿101省道巴中段向东攀行约40公里，山林间云雾缭绕，寒意渐浓，行至海拔2000多米的米仓山深处，才依稀可见米仓山隧道中部竖井工程施工点。
早春二月，米仓山上的冬雪还未消融，隧道里，却已是热火朝天的建设场面。
建设中的四川米仓山超特长隧道（简称“米仓山隧道”），是陕西汉中至四川巴中段高速公路的重点控制性工程，13.8千米的长度位列国内在建高速公路隧道第一；直径9米，深430米的竖井，深度位列国内在建高速公路隧道第一，相当于从隧道中部山顶向地下挖建一栋约130层的高楼，同时与主洞连通，以保证隧道通风和运行。由于隧道过长且要穿越砂泥石岩、岩溶等复杂地质，施工难度全国罕见。
“重重困难并没有影响米仓山隧道建设者打造品质示范工程的信心。”四川巴陕高速公路有限责任公司（简称“巴陕公司”）董事长陈绪文说，项目建设伊始，四川省交通运输厅、四川省交通投资集团有限公司、四川省高速公路建设开发总公司曾多次至施工一线，鼓励员工践行“工匠精神”，在技术上求精，在思维上求新。
施工过程中，巴陕公司针对米仓山隧道的特点与难点，提出了“兼顾耐久、创新发展、安全节能、智能人性”的建设理念，安全管理上凸显人性，标准化施工上严于规范，智能化管理上倡导绿色节能、科技创新上勇于突破。
目前，在全体建设者的辛勤耕耘下，隧道完成掘进约9公里，竖井掘进150余米，4座斜井全部完成，在安全管理、新工艺和新工法应用、节能减排、智能化建设等方面均取得阶段性进展和成果，并启动超特长公路隧道行车运营三维模拟仿真系统等重大课题研究。
柔性防护网解决“米仓山式”岩爆
2014年1月开工以来，较为频发的地质灾害成为影响米仓山隧道施工的拦路虎。
米仓山隧道施工区域地处高山峡谷区，同时也是大型滑坡和地质灾害频发的红层地貌区域。2015年6月28日发生的特大洪水泥石流灾害，将位于半山腰的隧道洞口、项目经理部、拌和站全部摧毁，进出便道、沿线省道中断达一周，项目直接经济损失达7000余万元。
“项目部管理人员、施工作业人员约500余人，深夜冒雨在丛林中辗转了一天，才脱离危险。所幸泥石流爆发时值白天，不然后果不堪设想。”谈起地质灾害，建设者们仍心有余悸。
除了特殊地形地质引发的地质灾害，米仓山隧道施工过程中，瓦斯、有毒有害气体、涌水突泥、岩爆等问题极为突出，常常被项目人员称之为“米仓山式问题”。
面对“米仓山式问题”，米仓山隧道建设者及时组织技术骨干研讨，集思广益寻求施工解决方案，制定措施，定期开展安全防护知识培训，给全体建设者吃上一颗“定心丸”。
在瓦斯施工段，为最大限度减小半生硫化氢气体对作业人员的身体危害，米仓山隧道项目采取全方位、全过程、全要素的监控保障、防护措施，在全洞身范围内安设自动报警装置，辅助开挖爆破后的人工监测，实现有险必报、有灾必避、有难必除。
隧道开挖形成洞室后，由于能量急剧释放，大小岩块弹射、喷射形成岩爆，米仓山隧道深处高达170兆帕的岩石强度无疑是个高能“炸弹”，且多次造成施工设备损坏，现场施工人员只能靠穿防弹背心等方式被动避灾。
面对难度系数更大的“米仓山式问题”，项目部邀请了多名国内专家联合“会诊”，结合现场试验、技术论证等手段，开创性提出了岩爆柔性防护网手段，大幅提高了工人现场作业的安全系数和工作效率。
作为四川省隧道作业示范工点，在员工职业健康防治领域，米仓山隧道项目也走在了行业前列。
2015年10月，米仓山隧道项目联合四川省安监局引入职工健康评价，规范矽肺病体检、评估、公示、验收等程序，为每一位职工建立个人体检信息档案，并定期体检，实现多发性职业疾病的提前预防。
米仓山隧道项目坚持以人为本，不断为安全管理融入温暖的人文关怀。淘汰传统钢制管道逃生通道，推行使用新型可移动式逃生通道，将拼接起45米长的逃生通道随掌子面掘进布置。据米仓山隧道项目经理张睿介绍，逃生通道拼接方便、强度可靠，在工人作业区段搭建了一条有保障的生命通道，一旦发生塌方，工人可顺利逃生。同时，按照《隧道施工安全九条规定》要求，秉承“机械化换人、自动化减人”原则，项目更换了一批新型设备，沿洞每50米设置一道喷淋系统、掌子面附近设置自感应降尘喷雾炮车，大力改善了洞内施工环境。
全数字化系统一屏掌控人材机
走进米仓山隧道项目施工监控中心，只见技术人员手持对讲机，来回穿梭于一张硕大的数字化控制大屏前。电子屏幕上跳动的工序、进度、能耗、材料等量化信息分类清晰、一目了然，技术管理人员可随时监测施工现场当前的工序、作业人数、工人位置以及作业时间，进行实时指挥。
“关键节点性施工，智能化设备准确及时的调控，实现人工、材料、机械三要素的最优配合，融合了高效率、高质量、低成本的利好，诠释了品质工程的内在需求。”米仓山隧道项目总工程师江俊杰告诉记者，依托互联网+、物联网、大数据、BIM等先进技术，打造全数字化隧道施工平台，视频系统与信息化管理上要求全覆盖、全天候、分类别、有重点，可随时动态掌握掌子面作业人数、风量、作业时间、含氧量及有害气体分布等关键信息。在工序衔接、洞内设备远程启动、人员设备调配上抠细节，深入挖掘班组协调配合效率、设备节能运转空间，各班组手持终端提前知晓进洞时间、进洞事项，管理者可及时调配资源，远程控制设备，将洞外传统电话沟通方式变为洞内现场网络随时联络方式，最大限度提升效率、进度、节约施工成本。
与此同时，智能化用在洞口管理方面效果也很突出。在隧道洞口，进出人车需分别在分流门禁设备两侧刷卡后，才可通行。同时，系统可自动留存人车信息，识别洞内作业人员、车辆的类别、位置、数量，并及时反馈到监控控制中心，对于违规操作的工作人员，进行通报批评。“刷卡进出，刚开始有些嫌麻烦，时间长了，工人也发现了好处，人车各行其道，既减少了安全隐患，也方便了监管。”江俊杰说。
走出监控室，途经基坑作业现场，记者看到，几台挖掘机前后排列，向一辆卡车里倾倒弃渣。“这些弃渣是要运往哪里”江俊杰告诉记者，弃渣将被运往填平关坝场镇附近用于当地建设。
据测算，米仓山隧道弃渣总计有300多万方，放在一个标准操场可以堆200多米高，如何在光雾山核心风景区和生态环境极为脆弱的高山峡谷区消化弃渣，不破坏生态环境，确保运营期不发生渣体失稳重大灾害事故，曾一度成为项目面临的重大难题。
项目部结合自身实际和地方景区开发、旅游集镇建设需求，积极谋划、提前部署，最大限度开展部分渣体回填，自给自足项目建设，节约资金成本；主动寻找地方单位协助，将废弃渣土转化为开发区、集镇等区域争相使用的“宝贝”。
弃渣再利用，不但解决了项目的环保烦恼，还节约了项目、景区、集镇三方的费用支出。三方共赢，实现了最小程度破坏、最大限度恢复、最大可能利用，推动了米仓山隧道工程建设及地方可持续发展。
超深竖井作业新工法提高工率近5倍
“如果说过硬的技术是工程质量的保障，技术创新则是提升品质工程的核心力量。”巴陕公司副总经理韩瑀萱说。
全长13.8公里的超特长隧道，如何跟上时代步伐、技术发展趋势、体现大国水平建设者们通过开拓思维、创新“四新技术”应用给出了答案。
建设伊始，项目集中对全国10公里以上在建、建成的公路隧道以及其他行业地下工程组织科研院所、专家开展调研，历经8省9个项目，并多次参加国内的各专业学会、研讨会和技术交流会，通过组织专题论证和全面总结，一个一个技术难题迎刃而解。
“项目首先在竖井施工工艺上实现了突破，并开展了公路隧道超深竖井施工工法与安全控制体系专项研究。”记者了解到，米仓山隧道竖井深达430余米，地下风机房联络风道就达1公里多，受地形限制，整个竖井施工仅限于从上至下的全断面法施工，安全压力一直徘徊在国内在建隧道项目的前列。
按照传统“开挖—初支—二衬”流水作业方式，弊端在于，作业周期长、涉及人力多，越往深处，掘进速度越慢且无法保证施工安全。竖井挖掘保守估计需一年半时间，甚至落后于主洞的打通时间，严重影响施工进展。
为了保证高效推进施工，米仓山隧道竖井工程充分借鉴煤炭行业的经验，在工法、设备上进行优化。首次采用单层模筑砼衬砌和短段掘砌混合作业，取代传统工法的复合式衬砌与长段单行作业掘砌方式，利用洞壁本身的纵向摩阻力及时施作砼衬砌，保障了施工安全与进度。目前，米仓山隧道竖井每日挖掘效率提高了近5倍，掘进至150米深，预计半年内可全部完成。
技术攻关不止于此。项目首次采用柔性防护网防硬岩岩爆，有效提高了时效性、安全性与经济性。经现场试验、专家论证，此新型工法已得到设计单位认可采纳，并取得国家专利，填补了国内隧道施工岩爆防护技术空白。
该工法突破现有设计规范，变被动防护为主动防护，在开挖过后高度储能的“炸弹”表面快速敷设一层特殊钢绞线制成的柔性防护网系统，利用锚杆、网体、岩体三者的力学转移，将能量在岩体内约束缓慢释放，“以柔克刚”拔除“炸弹”引信，取消“以刚制强”的格栅钢架、工字钢等传统防治方式，在掌子面附近30—50米范围内变传统流水作业方式为平行作业方式，掘进效率提升约30%。
新型设备使用方面，项目从细部、小处着眼，严格要求、鼓励创新，开发了自行走作业台车、分体式液压二衬台车、中心水沟预制台车设备，并获取相关专利。
其中，自行走作业台车通过自制车轮规避了传统作业台车移动不便的弊端，取消以往台车两端的斜撑，有效增大台车下方空间，降低通行施工车辆刮擦台车导致高空坠落事故发生率；分离式二衬台车将普通段与加宽带台车二合一，解决了以往施工台车转场拼装的技术难题，将台车主桁架分成两块，设置可转向移动装置，纵向、横向移动更加便捷；中心水沟预制台车随隧道掘进预制盖板，避免以往洞内随地预制二次搬运环节，自带附着式振捣可充分保障质量，减少缺边掉角质量问题。
新材料使用方面，米仓山隧道施工方从隧道施工模板入手，高标准、高起点全部采用高强轻质塑料模板，根据不同施工部位定制，较传统钢模板具有组装快捷、搬运方便、减少变形的优点，洞内水沟、检查井等部位一次成型，误差孝外形美观。
三维模拟仿真系统探索前瞻性技术
技术创新研究是工程建设的源动力，离开创新，品质工程建设就是无源之水，企业也就少了发展的后劲。
依托米仓山隧道施工平台，近年来，巴陕公司在业主单位的组织下，联合设计、科研院所在全国范围内开展了超特长公路隧道运营管理及关键技术的调研工作。
经调研，目前超特长公路隧道运营中的应急管理、灾害救援在国内没有形成统一标准，管理方均是凭经验判断操作，管护人员水平较低。
结合全国调研情况，巴陕公司有针对性和前瞻性的提出了应用于高速公路隧道运营管理的三维模拟仿真系统研发。通过高度集成隧道模型、通风系统、照明系统、通车环境、信号系统，通过三维视频高度仿真展现隧道内各要素运行情况，并植入符合实际的功能性指标，将运营管理程序标准化、应急救援方案三维可视化，用于隧道运营管理人员的教育培训，加强防灾救灾能力，全面提高应急处置能力。
据了解，巴陕公司已于2016年启动该技术研发。按照公司设想，系统投入使用后将利用系统对隧道驾驶遇险急救知识进行普及，成熟后如可纳入全国驾驶员水平考试，将产生重要的社会价值。
与此同时，节能灯具、智能控制技术研发也被列入了巴陕公司的研发计划。该技术意在通过单灯布设、组合分段无极调节与洞内外环境、时段、车流量高度匹配，实现自动控制，取代传统机械分段调光、人为调光模式，最大限度节约能源，减少碳排放。初步估计系统投用后可节省用电30%。
考虑到国内司乘人员对隧道内行车安全性与舒适性的关注，建设者通过大量的调研，充分吸取国内超特长隧道的建设经验，提出长洞变短洞施工设想，将米仓山超特长隧道分为4段，分别布置洞身装饰方案，减少司乘人员行车时的疲劳感、压迫感。
“技术探索、永无止境，将米仓山隧道建设成为品质工程也包涵着一份社会责任。下一步，米仓山隧道项目会紧跟国内先进、把准国际趋势，以打造安全舒适超特长公路隧道为基础目标，在智能化运营、人性化管理上进一步突破，在2018年年底实现米仓山超特长隧道通车，为四川省交通发展贡献一份力量。”陈绪文表示。
