科技利剑洞穿地下泥潭

    冯学亮  张亮术

    因为媒体记者的到来，十二局集团三公司承建的干庆隧道的掌子面显得有些拥堵，现场安全员在人群中来回穿梭，不停地提醒他们“戴好安全帽”，“留神脚下”，“防尘口罩要正确佩戴”。

    干庆隧道贯通仪式结束后，记者们意外地没有看到“慷慨激昂的陈词，整齐划一的掌声，绚丽的礼花，娇媚的鲜花”，他们坦言，“跟作为全线控制性重点工程的地位相比，贯通仪式有些寒碜”。

    相比于简朴的贯通仪式，在近40个月的鏖战中，依托该隧道形成的科技创新成果可谓“星光璀璨”。建设者总结形成的“富水砂土复合地层大断面隧道稳定性及变形控制关键技术”成果，总体达到国际先进水平。其中深层超前预加固技术研究、富水砂土复合地层超大断面隧道施工技术研究、地表大口井深井/群井降水技术研究达到国际领先施工水平，并累计获得2项省部级工法，获得国家授权的发明专利1项、实用新型专利17项。

隧道在泥潭中穿行

    作为国家中长期铁路规划网重要组成部分的大西铁路客运专线，全线桥隧比例约占线路全长的78%，高风险、高难度工程比比皆是，干庆隧道何以名列全线控制性重点工程榜单？

    干庆隧道之难，在于贯穿全隧的富水流砂和粉质黏土软弱地层等不良地质。在同一开挖断面内，经常同时出现多种工程特性差异较大的地层，稳定性很差的富水流砂和粉质黏土软弱地层，干硬性的粉质黏土、老黄土和具有一定成岩作用的泥质半胶结砂岩等，随机组合形成稳定性差的复合地层。一旦开挖过程中发生流砂、涌砂，又会促使断面外部砂层呈现漏斗形扩散，在后方初期支护背后形成较大空腔，质量无法保证的同时又留下安全隐患。

    “在如此复杂多变的复合地层中修建大断面隧道本身就属罕见，然而施工中，昼夜最大涌水量达3777方的干庆隧道，无论是由进出口相向掘进，还是从3个斜井斜切进入，挖多少淹多少。再加上在隧道开挖过程中，由于粉质黏土地层中夹有的富水砂层或透镜体受开挖扰动，使地下水运移路径发生变化，开挖前超前地质探测勘查出的地质情况，在开挖时已经悄然发生了变化，开挖难度和安全风险直线上升。”大西铁路客运专线八标段第十项目部项目经理张志军介绍说。

    不仅如此，砂层中的地下水会向膨胀粉质黏土层渗流并浸泡，使其成为流塑状，导致隧道产生挤压大变形，造成变形侵限，一旦出现“突破口”，沉降与收敛大变形甚至是坍塌事故难以避免。

    通用的注浆方法，就是将水泥浆液注入隧道周边松散的砂土中，促其硬化、固化，但是富水砂层密实、颗粒粒径小，浆液扩散半径极小且扩散不均匀，难以对断面内及开挖轮廓线周边所有砂层形成有效胶结加固，只要开挖部位存在局部不胶结的情况，就极易造成流砂、涌砂。

    一般在如此不良地层大断面隧道中普遍采用的CRD或双侧壁导坑施工法，除了存在大型机械难以操作且工序繁多导致的进度缓慢的缺点外，在面对富水流砂和软弱粉质黏土这种特殊地层时，同样不能起到控制流砂及涌砂的作用。

铁军在磨砺中挺进

    困难和压力只能阻断懦夫的幻想，却阻挡不住铁军进击的步伐。

    近5年来，三公司累计完成隧道施工260多公里，多次成功应对硬岩、软岩、膨胀土等各类地质隧道，取得国际领先成果1项、国际先进成果4项、国内领先水平成果2项。特别是先后贯通的以交通运输部科技示范工程忻阜凤凰岭和雅泸泥巴山、国内最长重载铁路黄土隧道临县隧道等为代表的5000米以上的10座隧道，为我国隧道群体增添了一批科技含量高、施工工艺新、环境友好的精品工程。

    长大隧道施工能力日臻成熟，在全行业声名鹊起，使得三公司成为市场竞争中的强者。与其说是三公司选择了干庆隧道，不如说是竞争激烈的建筑市场，是大西铁路客运专线建设的客观需要选择了十二局集团三公司。

    接下“烫手山芋”的三公司不但完全处于“泥潭”中掘进，连续施工330米Ⅵ级富水围岩段落，而且掘进过程中还先后遭遇大大小小几十次涌水突泥，只有548米的1号斜井，前前后后却用了13个月的时间，最大拱顶下沉达622.5毫米，最大水平收敛达346.2毫米，掌子面最大挤出变形值达1153.2毫米……

    在这里，一年经历的高风险，远超普通项目很多年，困难重重，风险连连，高强度，高压力，闭塞环境下，尽管有人因工作需要或身体原因离开，但是没有一个逃兵！

    施工过程中，建设者把科技创新作为解码富水砂土复合地层难题的有力武器，积极与建设、设计、监理、咨询单位沟通，先后12次组织召开专题会议进行现场研究和会商，制订方案；成功组织3次专家方案论证会，邀请史玉新、朱永全、王法岭、张金柱等国内知名隧道及地质专家现场踏勘，指导方案研究，紧紧抓住了干庆隧道施工的“牛鼻子”。

    经过近40个月的奋战，“终于在泥潭中打通了干庆隧道”。担负干庆隧道出口和1号、2号斜井管理的大西铁路客运专线第十一项目部项目经理侯刚、总工程师包烨明等管理干部，不但管理着干庆隧道的施工，还攻克了同是大断面隧道，被原铁道部列为极高风险隧道的上白隧道，成功穿越超千米的干燥粉细砂地层，将自己变成了享誉全线甚至全行业的优秀人才，更是带出了一支善于科技攻关的硬队伍。

    一项项荣誉更是建设者3年多拼搏的最佳注脚：在业主大西公司组织的全线128个单位参加的7次信用评价中，三公司囊括6次第一名，先后获得“综合治理先进单位”、“企检联防共建示范点”、“先进基层党组织”、“五四红旗团支部”、“山西省工人先锋号”等荣誉称号，两人获得山西省“五一劳动奖章”，两人获得“山西省一等功”。

难关在创新中攻克

    “富水砂土复合地层大断面隧道的贯通，是建设者始终坚持不折不扣执行专家论证的施工方案，坚持把超前地质预报、围岩量测和工后注浆作为独立工序进行控制，坚持均衡施工、稳扎稳打、稳中求进的结果，更是他们借鉴多年来积累的隧道施工管理经验和自主科技创新取得的优异战果。项目部上至项目经理，下至一线施工劳务人员，敢打硬仗、敢打胜仗，有力地捍卫了铁军的荣誉。”三公司副总经理李建军在贯通仪式上说。

    科技攻关，勇攀高峰，自主科技创新取得优异战果的关键在于遵循客观规律。

    “固”，就是给干庆隧道打造一副“钢筋铁骨”。建设者根据富水砂层在隧道断面内的分布部位，采用不同的预支护措施，即在拱部采用深层超前预加固咬合桩进行砂层预加固支护，桩内加设钢管，提高桩体刚度；开挖面施工超前深层预加固桩，提高开挖面土体强度，防止正面涌砂；下半断面采用斜向超前预加固咬合桩进行超前支护，纵向形成帷幕防止开挖涌砂，同时作为拱架的加固基础，控制沉降。

    “精”，铸造锋利的“手术刀”。以程控液压拱形导向架作为深层超前预加固桩施工平台，让建设者实现快速、准确定位，满足多台钻机同时施工；对钻机给程进行改进，改为单元拼接，施工无需接长和拆卸钻杆，加快了施工进度，提高了成桩质量，减少了浆液损耗。同时他们在钻头内安装传感器，监测在钻进过程中的位置和方向同设计轨迹的差异，利用能进行调节方向的钻头（一般为楔形钻头）改变钻头的钻进方向，保证钻孔成桩的精度。这种在自主研发基础上集成的新型超前预加固旋喷桩设备让建设者在施工中能够“撕开病灶所在”，直接对“病变部位下猛药”。

    “稳”，给干庆隧道“穿上固型装”。超大断面富水砂土复合地层隧道采用改进的多台阶法施工，大量减少临时支撑，控制了超欠挖，在节约成本的同时，施工质量得到有效保证，并加快了施工进度，辅以超前深层预加固咬合桩作为初期支护拱架的支撑平台与锁脚，控制了沉降与收敛变形，一举将干庆隧道的“七十二般变化打回原形”。

    “降”，踢开“狐狸背后的老虎”。针对干庆隧道隧址区赋有丰富的地下水，建设者实施了地表大口径深井/群井降水技术，在1号斜井与2号斜井剩余的330米富水段落以24米为间隔，累计打下20孔隧道降水施工中罕见的直径达500毫米、深度达210米的降水井，抽出砂土复合地层“狐狸”背后20余万方的“祸水老虎”。

    在采取这些手段之前，都要经过一道关键的工序：采用TGP隧道地质超前预报系统给饱含“祸水”的干庆隧道做“透视”，根据“体检”掌握的症状，进行专家会诊，因病施治，对症下药。

    三年奋战，一朝梦圆。干庆隧道的贯通，成功解除了大西铁路客运专线一个重难点、高风险隧道的安全警报，为确保隧道如期开通奠定了坚实基础。十二局集团三公司建设者以超凡的力量，攻克了难题，化解了风险，收获了一系列重要技术成果，填补了客运专线超大断面特长段落富水砂土复合地层铁路隧道修建空白，特别是富水砂土复合地层大断面隧道稳定性及变形控制关键技术的形成，对同类隧道工程施工起到了引领作用。