攻克土木工程禁區(qū) 完勝世界難題工程——利萬高速齊岳山隧道右線貫通側(cè)記
2015-05-15
編者：齊岳山地質(zhì)結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜，是土木工程禁區(qū)，齊岳山隧道施工更被稱為世界級難題工程。本文較為詳細(xì)地記述了利萬高速齊岳山隧道貫通的過程，以饗讀者。
2015年5月9日，穿越土木工程禁區(qū)的高風(fēng)險巖溶隧道——利萬高速公路齊岳山隧道右洞勝利貫通。施工過程中，處治各種地質(zhì)病害數(shù)百起，未發(fā)生任何安全責(zé)任事故。
中鐵十四局利萬項目部在鄂西高速公路建設(shè)指揮部和上級公司正確領(lǐng)導(dǎo)下，僅用2年時間，攻克土木工程禁區(qū)，完勝世界級難題工程，而且比打通處于同一地質(zhì)段落的宜萬鐵路齊岳山隧道縮短工期近4年，比滬蓉西高速公路齊岳山隧道縮短工期近2年。完成了一個看似不可能完成的任務(wù)，創(chuàng)造了一個土木工程建設(shè)的奇跡。
一
齊岳山，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖溶形態(tài)多變，地下暗河發(fā)育，突水、突泥等巖溶災(zāi)害風(fēng)險極大，還存在煤層瓦斯爆炸、高地應(yīng)力巖爆等災(zāi)變的可能，一直被視為土木工程的禁區(qū)，齊岳山隧道施工更被業(yè)界專家稱為世界級難題。
利萬高速公路齊岳山隧道為雙線四車道分離式特長隧道，左幅全長3375m，最大埋深約567m；右幅全長3386m，最大埋深約543m。隧址區(qū)巖溶洼地、漏斗、落水洞發(fā)育，與地表水聯(lián)系密切且水量較大。同時，存在兩條斷層，與路線基本垂直，斷層帶內(nèi)有大型溶洞存在可能，還有三個巖溶地下水系統(tǒng)，發(fā)生突水突泥災(zāi)害的風(fēng)險極高。
已經(jīng)建成的宜萬鐵路、滬蓉西高速公路齊岳山隧道都曾經(jīng)給人們留下刻骨的記憶……
宜萬鐵路前身是川漢鐵路，1909年由詹天佑主持開建，從宜昌往秭歸方向修了20多公里就被迫停工。新中國成立后，又經(jīng)過反復(fù)勘測研究，毛澤東主席曾多次聽取關(guān)于川漢鐵路的匯報。由于個別路段建設(shè)難度太大，尤其是齊岳山隧道為當(dāng)時的工程技術(shù)所不能及，修建計劃被迫擱淺。
開工于2004年的宜萬鐵路齊岳山隧道，單洞全長10528米，坐動車經(jīng)過，只需兩三分鐘，貫通卻花了6年。隧道經(jīng)過地段簡直就是一座巨型充水蜂窩。熔巖、高壓巖溶水、斷層、高地應(yīng)力、煤層瓦斯、天然氣……"五毒俱全"，是地質(zhì)條件最復(fù)雜、施工風(fēng)險最高的隧道之一。隧道施工過程中，曾創(chuàng)下了一個月掘進(jìn)4米的中國鐵路建設(shè)史上最慢紀(jì)錄。
同時開工建設(shè)的滬蓉西高速公路齊岳山隧道單洞全長8155米，沿線經(jīng)過14個溶洞，穿越3條暗河，還遭遇斷層、軟質(zhì)巖、軟弱夾層等不良地質(zhì)，被外界稱為"蜂窩"里掘出的隧道。斷層、軟弱夾層、有害氣體和高地應(yīng)力圍巖段、豐富的地下水，猶如一個個變幻莫測的幽靈，時刻威脅著隧道施工安全。被湖北省交通廳、滬蓉西指揮部定為一級高風(fēng)險特長隧道。
宜萬鐵路和滬蓉西項目齊岳山隧道百余次重大巖溶突水突泥事故，彰顯了齊岳山隧道施工的艱險和困難程度。利萬項目齊岳山隧道與上述兩個隧道同處一個巖溶水文地質(zhì)單元，存在突水、突泥等高風(fēng)險問題，是利萬項目地質(zhì)條件最復(fù)雜、施工風(fēng)險最高的隧道。
齊岳山，已經(jīng)成為標(biāo)志中國工程界巖溶隧道極高風(fēng)險的赫赫品牌。遭遇過齊岳山巖溶隧道施工災(zāi)變的人，看到"齊岳山"三個字，都難免怵然驚惕。
二
湖北高路鄂西高速公路建設(shè)指揮部高度重視齊岳山隧道建設(shè)。開工前，指揮長黃橋連針對項目群特點，對參建單位和參建人員響亮喊出"下定決心，不怕犧牲，排除萬難，爭取勝利"的進(jìn)軍口號。
同時，要求各參建單位，加強(qiáng)預(yù)研、預(yù)判、預(yù)謀。在"謀"字上下工夫，拼智慧、拼謀略，搞好項目總體策劃和標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)策劃，開好策劃方案評審會，及時解決項目策劃、施工組織設(shè)計等問題，使總體方案臻于縝密、精密、細(xì)密、嚴(yán)密。
嚴(yán)格制定和堅決執(zhí)行施工安全技術(shù)方案評審制度，是指揮部工程管理一大特點。凡涉及到齊岳山隧道安全技術(shù)問題，更是有施工必有方案，有方案必有評審。一以貫之，雷打不動。
齊岳山隧道開工以來，指揮部先后組織召開了齊岳山高風(fēng)險巖溶隧道施工專項方案、齊岳山隧道巖溶水治理專家評審會、齊岳山隧道瓦斯地段施工及安全專項方案等專家評審會。湖北省交通運輸廳、湖北省交通投資公司、湖北省公路學(xué)會、中鐵十四局集團(tuán)和山東大學(xué)等單位專家學(xué)者都提出了寶貴意見和建議，為齊岳山隧道施工提供智力支持。
在齊岳山高風(fēng)險巖溶隧道施工專項方案評審會上，黃橋連指揮長要求參建各方上足手段，加強(qiáng)隧道動態(tài)風(fēng)險評估，實行業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理、施工單位聯(lián)席會議制度，詳細(xì)編制風(fēng)險防控預(yù)案，嚴(yán)格控制工藝、工法，加快安全專項方案、風(fēng)險評估報告的編制和評審。
與此同時，2013年3月19日，中鐵十四局集團(tuán)公司成立了"齊岳山高風(fēng)險巖溶隧道"專家組。由集團(tuán)總工王煥任專家組組長，集團(tuán)原副總工、現(xiàn)任兩位副總工為副組長。這是十四局成立以來，第一次由局總工擔(dān)任一個獨立項目的專家組組長。
緊接著，富有隧道施工管理經(jīng)驗的中鐵十四局二公司副總經(jīng)理梁金寶被任命為利萬高速項目經(jīng)理。項目總工周大勇，也是經(jīng)過集團(tuán)認(rèn)真研究、慎重決定，從向莆鐵路項目部抽調(diào)過來的工程管理精英。他在向莆鐵路項目擔(dān)任副總工、總工期間，參與和主持完成了鐵道部掛牌的一級風(fēng)險隧道——棋盤石隧道以及尤溪隧道、戴云山隧道主體工程技術(shù)管理工作。具有攻克高風(fēng)險特長隧道技術(shù)、安全難題的成功經(jīng)驗。
即便是項目部下面的工區(qū)副經(jīng)理以上領(lǐng)導(dǎo)，均是在其他項目擔(dān)任過項目經(jīng)理、書記、總工職務(wù)，具有豐富現(xiàn)場管理經(jīng)驗的精英人才。
項目部還積極延攬具有高風(fēng)險巖溶隧道施工管理經(jīng)驗的專門人才，尤其注重引入?yún)⒓舆^宜萬鐵路、滬蓉西高速公路項目齊岳山隧道施工管理的寶貴人才。
不久，中鐵十二局原宜萬鐵路齊岳山隧道項目總工駱文學(xué)應(yīng)邀來到項目部，專門就宜萬鐵路巖溶隧道施工技術(shù)和安全管控問題，對項目部工程管理人員進(jìn)行了專題培訓(xùn)。
項目部還調(diào)來了上級公司參加過滬蓉西高速公路最長最難隧道——龍?zhí)端淼拦芾淼馁Y深安全管理人才，分別負(fù)責(zé)齊岳山隧道進(jìn)出口端現(xiàn)場安全管理工作。同時，監(jiān)理單位也請來了參加過滬蓉西高速公路齊岳山隧道監(jiān)理工作的安全專監(jiān)，專門負(fù)責(zé)齊岳山隧道安全監(jiān)管。
有了優(yōu)秀管理人才，還要有一流施工隊伍。齊岳山隧道進(jìn)口端施工隊是十四局老班底，是集團(tuán)最優(yōu)秀的施工隊伍之一；出口端施工隊則是公司原滬蓉西項目龍?zhí)端淼朗┕り犜嗳笋R。在會戰(zhàn)齊岳山的各路人馬中，湖北省交通規(guī)劃設(shè)計院也曾是參加滬蓉西項目設(shè)計的主力團(tuán)隊之一，并且，熟練掌握鄂西南巖溶隧道設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)。
設(shè)計、監(jiān)理、施工管理層，精英薈萃，群賢畢至；一線施工隊伍，兵強(qiáng)馬壯，堪稱一流。
三
針對齊岳山隧道高風(fēng)險特性，中鐵十四局項目部以如履薄冰的謹(jǐn)慎，集思廣益，嚴(yán)謹(jǐn)制定了《齊岳山高風(fēng)險巖溶隧道施工技術(shù)專項方案》、《齊岳山隧道安全專項施工方案》，包含了開挖方案、超前支護(hù)及初期支護(hù)施工方法，防排水施工、襯砌施工、通風(fēng)設(shè)計、反坡排水、高地應(yīng)力、突泥突水、煤層瓦斯等安全方案和應(yīng)急預(yù)案，建立了隧道電子管理和應(yīng)急逃生系統(tǒng)、人員電子管理系統(tǒng)、聲光報警系統(tǒng)，設(shè)置了安全標(biāo)識、視頻監(jiān)控、應(yīng)急照明、逃生通道并配置了逃生裝備，制定了安全、質(zhì)量保證措施和標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)方案。同時，配強(qiáng)配足安全管理人員，項目部設(shè)安全總監(jiān)，工區(qū)設(shè)安全主管，工點設(shè)專職安全員，作業(yè)班組設(shè)兼職安全員。項目部和施工單位在齊岳山隧道進(jìn)出口各配齊了2名專職安全員，十多名兼職安全員。嚴(yán)格按規(guī)定做好安全培訓(xùn)和安全技術(shù)交底。
為規(guī)避巖溶地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，項目部在施工過程中采用了TSP、地質(zhì)雷達(dá)、超前水平鉆和超前炮孔等多種手段來進(jìn)行富水巖溶的探測，部分地段增加了高密度電法、復(fù)合式激發(fā)極化法、瞬變電磁和多孔超前鉆孔及周邊鉆探來鎖定巖溶邊界。施工中牢牢堅持"物探先行、鉆探驗證、有疑必探、先探后掘、不探不掘"的方針，把探測做為第一道強(qiáng)制性工序來抓，做到心中有數(shù)才掘進(jìn)。近兩年時間里，僅超前水平鉆和超前炮孔就投入750萬元。
在齊岳山隧道施工現(xiàn)場，曾活躍著這樣一個科研團(tuán)隊——山東大學(xué)李術(shù)才團(tuán)隊。他們?nèi)坛袚?dān)過滬蓉西高速公路龍?zhí)端淼馈R岳山隧道的監(jiān)控量測和超前地質(zhì)預(yù)報工作，積累了豐富的隧道施工監(jiān)控經(jīng)驗。
在施工過程中，山東大學(xué)10余名副教授、博士、碩士研究生分別駐扎在隧道進(jìn)、出口工地，同項目部一起開展地質(zhì)調(diào)查、風(fēng)險評估、監(jiān)控量測和超前地質(zhì)預(yù)報工作，為齊岳山隧道安全施工保駕護(hù)航。
四
齊岳山隧道是業(yè)界公認(rèn)的"地質(zhì)病害百科全書"，容不得安全問題的任何一丁點疏漏。為此，指揮部和項目部將施工過程中的每一道工序、每一個環(huán)節(jié)，置于"金魚缸"中，實行全維監(jiān)管。同時，做到心中有安全，眼里有安全，時時講安全，事事保安全。
納入"金魚缸"，不等于進(jìn)了保險箱。安全管理還需要主動作為，思患預(yù)防。為此，施工單位在齊岳山隧道施工現(xiàn)場，堅持"以人為本 生命為重"的理念，嚴(yán)格落實安全生產(chǎn)措施保障，多次開展突泥突水、山洪爆發(fā)、消防、瓦斯等應(yīng)急救援演練。演練組織嚴(yán)謹(jǐn)，思路清晰，進(jìn)如鐵流，退如山移。進(jìn)退有據(jù)，訓(xùn)練有素。
項目部還將最先進(jìn)的科技手段與最原始的監(jiān)管辦法結(jié)合起來，確保施工安全。一方面與山東大學(xué)合作，運用新技術(shù)、新方法，通過多種探測監(jiān)測等防控手段，為安全施工保駕護(hù)航；一方面緊緊依靠豐富的隧道施工安全管理經(jīng)驗、嚴(yán)格的現(xiàn)場安全監(jiān)管措施，堅持用耳朵聽、眼睛看等常規(guī)手段，開展日常安全監(jiān)管，"土洋結(jié)合"保安全。
2013年11月8日下午，項目部齊岳山隧道進(jìn)口現(xiàn)場安全主管孫景來，發(fā)現(xiàn)右洞YK19+430掌子面有零星落塊，要求施工隊密切觀察，加強(qiáng)防范。施工隊長陳茂村當(dāng)即要求所有施工人員迅速撤離現(xiàn)場，同時安排領(lǐng)工員深入掌子面挖掘臺車后面密切觀察。六七個小時后，洞頂右上方溶腔內(nèi)斷裂一塊約3噸重的石塊，將鋼拱架砸壞變形。不久，洞頂又掉下一礅約20噸重的巨石，砸向開挖臺車，致臺車整體報廢。所幸，一場特大安全事故因為有嚴(yán)格的現(xiàn)場安全監(jiān)管措施和應(yīng)急預(yù)案而得以避免。
利萬高速齊岳山隧道建設(shè)者，勇闖土木工程禁區(qū)，直面世界工程難題。他們一手抓安全，一手抓進(jìn)度，多次擊退巖溶、涌水糾纏。置于"金魚缸"中的齊岳山隧道，沒有發(fā)生一次安全責(zé)任事故。
五
齊岳山隧道施工有"兩難"。一是反坡排水難，二是溶洞處治難。
齊岳山隧道進(jìn)口端縱斷面為1.55%下坡，地下水較為發(fā)育。因此，巖溶涌水成為齊岳山隧道進(jìn)口段最主要的災(zāi)變因素和施工障礙。與此相應(yīng)，反坡排水也成為隧道施工重要內(nèi)容之一。
施工過程中，齊岳山隧道出現(xiàn)突泥突水14次。最大一次突水近10萬立方米，每小時達(dá)8700立方米，回淹隧道1000多米。
針對齊岳山隧道巖溶管道發(fā)育且與地表水系聯(lián)系密切的實際，施工單位制定了"排堵結(jié)合"處治原則，處治巖溶涌水問題。
首先，項目部投入500多萬元，在進(jìn)口建立三級泵站，安裝13臺大功率水泵，鋪設(shè)15000米大口徑水管，建立了機(jī)械接力式抽排水系統(tǒng)，同時，項目部多次組織召開專題研討會，通過不斷優(yōu)化排水方案，加大投入力度，保證正常的施工生產(chǎn)。迄今為止，抽排水近1000萬立方米。
緊接著，項目部與山東大學(xué)開展技術(shù)合作，對涌水巖隙進(jìn)行局部注漿封堵，以確保隧道后期運營安全，保護(hù)隧道生態(tài)環(huán)境。目前，已成功封堵各類出水點20幾個，出水段落3段，并不斷收集和整理資料，適時優(yōu)化調(diào)整各種指標(biāo)參數(shù)，為隧道巖溶水治理奠定基礎(chǔ)。
同時，開工以來，齊岳山隧道遇到大小溶洞61個，體積上萬方的溶洞5處。項目部一直堅持"超前地質(zhì)預(yù)報在前、超前水平鉆和超前炮孔緊跟"的原則進(jìn)行施作，每一次超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)果得出后，都由技術(shù)主管組織主要管理人員召開隧道分析會，有針對性的編制專項施工方案，做到有的放矢，確保安全通過。
溶洞處理需要大量時間，在一定程度上，影響了工程的快速推進(jìn)。比如YK19+110-116處溶洞就處理了28天。施工隊采用"加強(qiáng)初支、襯砌強(qiáng)度"+"初支背后泵送混凝土回填"+"預(yù)留、預(yù)埋排管管道（管涵）"的綜合處治措施，確保了溶洞的施工安全、原有巖溶排水系統(tǒng)通暢和隧道后期運營安全。
小的溶洞變更處理需要四五天，大的一個月左右。僅進(jìn)口段的大小溶洞，處理時間就累計達(dá)到兩三個月。直接影響掘進(jìn)的兩個溶洞，處理時間近50天。
為提高工效，趕回涌水和溶洞處治耽誤的工期，同時，防范煤層瓦斯引發(fā)事故，施工隊采取"光爆"與"水爆"相結(jié)合的辦法，安全高效推進(jìn)隧道施工。
"水爆"的最大優(yōu)勢在于消煙止塵，大大縮短爆破后到除渣之間的時間間隔。進(jìn)尺越深，越能彰顯這種優(yōu)勢。正常情況下，爆破后排煙需要30～50分鐘，而用"水爆"則只需要幾分鐘，甚至沒有時間間隔，工效提高10%～20%，而且可有效降低和防范煤層瓦斯帶來的施工風(fēng)險。
同時，施工單位全面落實安全生產(chǎn)管理措施，堅持長短結(jié)合的超前地質(zhì)預(yù)報，堅持按圍巖級別選擇開挖方式，堅決執(zhí)行隧道施工有關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)化要求，堅定不移的秉承隧道施工質(zhì)量、安全并舉理念，加強(qiáng)安全巡查，防微杜漸，避免了安全事故發(fā)生。
2014年11月4日，交通運輸部公布了第四批部級"平安工地"示范創(chuàng)建項目，巍巍齊岳山下的利萬高速公路項目赫然在目。2013年和2014年，在湖北省在建高速公路質(zhì)量、安全考核評價中，中鐵十四局利萬一標(biāo)安全工作兩獲第一，工程質(zhì)量數(shù)一數(shù)二。
