设计创新攻克海子山隧道“豆腐打洞”
2018-11-13 来源：中国交通新闻网
2018年8月2日，历时6年艰苦奋战，甘孜州石渠至马尼干戈段公路改建工程的控制性工程——海子山隧道正式贯通。该项目建设工期如此之长，勘察设计遇到了什么困难，攻克了哪些建设难题，该项目设计单位厅公路规划勘察设计研究院为你揭秘。
测设条件极其恶劣
海子山隧道地处青藏高原东缘的川、青、藏三省交汇处，属于4500米以上的极高海拔区域，自然条件恶劣，具有显著的“高海拔、严寒、低气压、低含氧量”的特点。隧址区常年平均气温低于0℃、洞口最低温达零下33℃，每年11月至次年4月均为积雪冰冻期，无法开展作业，每年6至8个月的有效工期中，昼夜温差大，低温和雨季持续时间长，加之氧气含量不到成都平原的60%，测设人员高原反应严重，这给本项目的勘察设计带来了极大的挑战。
厅公路设计院的勘察设计人员多次徒步翻越海子山隧道，隧道洞顶海拔高达4600米以上，恶劣的自然环境和气象条件一次次挑战身体的极限。受强烈地质构造影响，整个隧址区几乎全被松散覆盖层覆盖，基岩出露极少，无法通过地表的基岩推测洞身的岩性及岩层分布规律，只能通过钻孔、物探等勘察手段查明洞身地质情况。为此，勘察人员历时100多天，肩挑背扛上百公斤的物探仪器，沿轴线方向给整座隧道作了一次“全身CT切片”检查，为顺利完成该项目的勘察设计工作奠定了坚实的基础。
同时，勘察设计还面临极其复杂的地质条件和恶劣的气象条件。隧道洞身围岩经过多次褶皱扭曲，节理裂隙发育，岩体柔软、破碎，稳定性极差，属于极软质岩，尤其在地下水的浸泡下，就如同一块泡水的豆腐，一碰就碎，一挖就塌。要“在一块豆腐上打洞”，而且这块“豆腐”还是长时间泡在水里形成的“水豆腐”，如何处理这块“水豆腐”，成为勘察设计面临前所未有的难题。
创新设计技术 破解“豆腐打洞”难题
厅公路设计院依托雄厚的技术力量，组织技术骨干开展创新攻坚，依托该院主持完成的交通部西部科技项目“高海拔地区复杂地质条件下公路隧道设计与施工技术研究”“恶劣地质条件长大山区隧道施工安全风险防控与示范”等课题研究成果，经过深入的实地调研论证，创新设计理念、技术，成功破解了“豆腐打洞”的设计难题。
巧变“水豆腐”为“冻豆腐”。隧道洞口岩体极其松散、富水性强，极易发生溜塌，洞口段施工极其困难。设计上打破了高海拔严寒隧道冬休的传统，利用富水松散体冻结后强度提高的特性，有意识将冷空气引入隧道冻结掌子面和周边围岩，在冬季实现顺利挂口进洞，预留注浆管解冻后注浆固结围岩，确保了隧道洞口段安全快速施工。
妙用“卤水点豆腐”。隧道构造发育、岩体破碎、地下水发育，自稳能力差，极易造成变形坍塌，设计针对性采用化学材料注浆，实现堵水和固结松散岩体双重作用，在隧道一定范围内将自稳性极差的“豆腐”快速凝结形成封闭固结体，从而增强围岩自稳能力和承载能力，并在固结体外采取钻孔引排地下水，释放水压力，有效避免了隧道塌方、变形的发生。
创新采用“多块开挖分层支护”工法。针对软弱围岩“变形大、围岩不稳、安全隐患大”的特点，结合高海拔现场机械及人工效率低的现状，设计上提出“刚柔并济”的原则，以“控变形、强支护”为主要解决方案，坚持“三台阶七步开挖法”，将“大块豆腐”从空间上调整为“多层状、小块豆腐”，实现短进尺、多工作面“多块”开挖，“分块”及时支护，一方面可有效约束围岩变形，提高围岩的稳定性，另一方面可大大降低施工人员劳动强度，进而破解了软岩隧道的建设难题。
创新设计理念 确保全方位、全过程安全
厅公路设计院针对本隧道高寒高海拔、低含氧量低作业效率、绝大多数施工人员产生中度以上高原反应的恶劣施工条件，本着“以人为本”的设计理念，着重针对供氧、保温、抗防冻等措施进行了专项设计，保障了施工人员的人身安全，显著改善了施工条件，大大降低施工风险，确保了海子山隧道从开工至贯通未发生一起安全责任事故。
设计措施确保施工安全。针对高山缺氧，设计采用隧道吸氧车为施工人员提供充足氧气，生活区采用吸氧室和高压氧舱对高原反应者进行理疗。设计采用多班倒、轮休工作制降低施工人员劳动强度，规定工人每天的劳动时间不超过6小时，重体力劳动不超过4小时，并进行统一劳动保护和卫士防疫，统一居住条件及饮食标准，配备医疗车及必要的医疗设施、药品、医务人员。
创新解决综合抗防冻问题。为避免隧道受冻害，设计采用“保暖内衣+长衣袖”式保温措施，全隧道均采取了内贴式保温板进行保温，同时还采取接长透光明洞、利用日照对隧道洞口进行加热，既可以解决洞口风吹雪病害，同时也解决了隧道衬砌冻害。
超前研究运营安全。海子山隧道实现了开挖贯通后，厅公路设计院正在抓紧研究制定交通安全措施，拟结合隧道土建情况，配合建设、运营单位完善交通安全措施，为实现海子隧道早日通车做好运营安全技术保障。
厅公路设计院通过对海子山隧道设计总结，进一步积累了川西高原地区公路隧道的勘察设计与工程建设经验，为更好地服务目前在建的折多山、邛崃山、梦笔山、无名山等重点隧道工程打下坚实的技术基础，为四川省交通运输厅正在组织编制的《川西高原公路隧道设计与施工技术指南》与《寒区公路隧道设计标准》提供了有力支撑。
■ 采写供图/匡成刚 张 博 蔚艳庆
