2018年8月2日,历时6年艰苦奋战,四川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。
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-33℃,每年11月至次年4月均为积雪冰冻期,无法开展作业,而每年6~8个月的有效工期中,昼夜温差大,低温和雨季持续时间长,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。
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着他们的身体极限。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”,成为前所未有的难题。
创新设计技术,破解“豆腐打洞”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
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,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。目前,海子山隧道实现了开挖贯通,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。
项目链接:海子山隧道位于四川省甘孜州德格县境内,隧道全长2522米,洞口平均海拔高度4371米,是省道456线(原省道217线)石渠至马尼干戈段公路改建工程的控制性工程。石马路全长217公里,总投资18.28亿元,全线于2012年9月开工,主体工程除海子山隧道外已于2014年9月底完工。
(四川省交通宣传中心 来源:四川公路设计院)Z
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