白鹿原上闖險關
——我國在建開挖斷面最大軟土隧道建設紀實
  作者:丁明明 陳海衛  時間:2019-12-18  點擊量:   
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深冬的白鹿原上北風呼嘯,還不到5點,夜幕就已經降臨。在一片肅殺冷寂的原野上,唯見幾束燈火依然斑斕閃爍,不時冒出的熱氣從地面升騰漸遠……

循著燈光走進,只見多輛混凝土罐車和運渣車往來穿梭,施工人員指揮車輛有條不紊??此破降瓱o奇的工地卻建設著我國開挖斷面最大的軟土隧道——西安外環高速公路白鹿原隧道。

作為西安大環線的重要組成部分,西安外環高速公路橫穿白鹿原,這里富水細軟的地質結構、復雜多變的地形地貌和200平方米的開挖斷面,讓雙向六車道的白鹿原隧道成為百里環線最后的“通關之隘”。為了打通這道險關,建設者開進白鹿原,決心“過關斬將”,打破這個咽喉瓶頸,打通大西安的交通要道。

軟泥地里挖“窯洞”

走進白鹿原隧道施工現場,還沒到洞口,腳下的田間小徑已然踩出凹坑,一不小心還會陷入土中。就是在這樣松軟地如同“吐司面包”一樣的土地上,要挖出19.7米寬、斷面面積達200平方米的白鹿原雙線隧道,怎么辦?

“白鹿原地區不同于黃土隧道,當地土壤是類似紅泥的軟土地質,這種土層既松軟又透水,地質定義為Ⅴ級加強圍巖?!表椖拷浝項钍嘏嘧テ鹨话淹寥澜榻B說,當地土壤含水率達30%,攥在手中都能擠出液體?!案鼮閲谰氖前茁乖淼廊刻幱跍\埋段,隧道距地面最小距離還不到20米?!?/span>

在航拍照片中,只見白鹿原隧道穿越溝壑縱橫的原野,村莊、公路、學校在隧道沿線星羅棋布,在一些低洼地區還有水庫、樹林?!澳憧催@里就是鯨魚溝李家河水庫和風景區?!表樦鴹钍嘏嘀赶蛭恢?,一座藍色的湖區標記橫亙在隧道上方。據介紹,白鹿原隧道先后穿越3個居民區、1條省道、1座學校、2座水庫和不計其數的低洼富水區。

在這樣松軟富水的地層中挖隧道就像手工剝生雞蛋殼,既要切開“創口”,還要實現“殼和膜”的完好分離。在掘進中,技術人員還要面臨隧道內部富水段水流對泥土造成的軟化問題?!岸蠢镆粔K石頭都沒有,也沒有沙子,泥土順著掌子面周邊流淌的水柱傾瀉而下,活像‘水簾洞’?!表椖靠偣こ處熇畛蛉さ卣f,即便大晴天膠鞋和雨衣也是進洞必備。在這樣惡劣的環境中,2019年白鹿原隧道在連綿的降雨時節僅左線隧道日均抽水達1000立方米,甚至出現2處冒頂。

“雨水夾雜著泥土從拱頂傾落而下,剛挖好的隧道就被泥土堵住了……”談及當時的險情,楊守培至今記憶猶新。在水流的影響下,地下深處土壤可謂遇水化漿、遇水膨脹,掌子面在施工中常常會成為“泥漿池”。

重重困難使得白鹿原隧道成為全線當之無愧的一級高風險隧道,亦成為西安大環線最后的攻堅堡壘。

千米泥巖撐“鋼罩”

淺埋、透水、大跨和穿越湖泊民房成為白鹿原隧道建設的四大險關。既然是軟泥地里打洞,必然是先加固再掘進!循著這個思路,建設者采取支撐型施工工法、填充加固掌子面的策略,將大斷面再次劃分為小斷面、小作業面,在隧道中搭建起了一座“鋼筋鐵骨”金鐘罩。

“現場開始應用了雙側壁導坑法,這種施工策略就是在洞內加入雙側拱形支撐,保證隧道穩固?!崩畛榻B說,這種策略讓隧道穩定推進了60米,但是效率太低,施工完畢后需要拆除雙側支撐,不僅費時費力還造成較大的材料浪費。

經過多次試驗論證,技術人員決定拆除一側支撐,實施單側壁支撐施工。據介紹,單側壁導坑法就是在隧道中間支撐鋼拱架和鋼筋混凝土加固層,將隧道掌子面劃分為2個小作業面,待隧道穩固后再拆除支撐,實現全面穩步推進施工。按照單側壁施工模式,白鹿原兩座隧道被中間支撐分別分隔成為四座小隧道,較好地解決了跨度過大的問題。然而解決了大跨問題,建設者又面臨遇水膨脹的難題。

在孔隙水流的作用下,白鹿原隧道周邊泥土大面積膨脹擠壓,隧道開挖成果隨時都有可能被漲出的泥土淹沒。為了確保橫向穩固,技術人員在掌子面安裝臨時橫向鋼架支撐,硬是頂住了兩側洞壁的千鈞壓力?!皺M向鋼支撐和縱向鋼拱架支撐,連同隧道周邊鋼拱架和混凝土共同在掌子面構成‘十字’形鋼筋混凝土支撐體系?!睏钍嘏嘟榻B說。

然而,白鹿原隧道根本沒有按照人們設定的方向發展,它就像個頑皮的孩童,總是不按套路出牌。在夏季多雨時節,掌子面含水量極大,特別是兩次冒頂讓掌子面完全成為泥漿澤國。原有的支撐體系也守不住泥水的無形的“軀體”?!凹庸陶谱用娉蔀楫敃r唯一的選擇!”楊守培說,在加大抽排水的基礎上,他們用渣土、碎石甚至鋼筋碎渣夯實隧道掌子面,累計加入12000立方米砂石料和鋼渣才穩住了掌子面。這就出現了一邊挖隧道送出泥水渣土,另一邊向洞內填土夯筑的隧道施工奇特場面。

軟泥隧道施工難題同樣困擾著大型機械設備,滿是泥漿的掌子面別說車輛進去施工,就是人進去也得陷入軟泥不能自拔。建設者就鋪設鋼板,在掌子面形成鋼鐵施工作業面,有效保證大型機械設備和重型車輛進入施工。

鋼筋、鋼構架、混凝土和砂石料共同鑄成了白鹿原隧道的鋼筋鐵骨,建設者用以剛克柔的策略,牢牢鎖住了泥漿猛獸沖擊的洶涌力量,在白鹿原隧道深處搭建起了一座保安全、促施工的鋼鐵防護棚。

匠心技藝鑄“名牌”

如果說在硬巖地質中開路掘隧是對機械設備性能的考驗,那么在軟泥地質中挖隧道更是對人員心理素質和技術功底的考驗。富水軟弱圍巖意味著隨時可能出現沉降、意味著隨時可能出現透水,這些隨時可能出現的風險倒逼建設者拿出了自己的看家本領。

“且不說別的,僅地面沉降問題就足以‘一劍封喉’!”每每想到施工風險,項目黨支部書記陳海衛總是眉頭緊鎖。白鹿原隧道建設之初,建設者原本計劃將隧道上方146戶居民全部拆遷安置,實行“清空隔離”,但是全部拆遷不僅工作量大,費用高昂,而且對于學校和下穿公路段還不能疏散人員和車輛……面對困境,建設者在大膽論證和小范圍嘗試施工的基礎上,進一步創新單側壁導坑施工工法。

他們按照大穩固、小切口、快推進的原則,在隧道掌子面構筑起鋼筋鐵骨的基礎上,快速跟進仰拱和襯砌,將掌子面和襯砌之間的距離從以往的20米壓縮到12米,僅僅在掌子面附近留出手術“創口”,讓襯砌在掌子面附近快速成環,實現了大穩固、小切口?!巴ㄟ^襯砌施工鞏固隧道結構,襯砌和仰拱連接成環就構成了成型隧道的支撐結構?!崩畛e例說,就好比完整的圓環能頂住重壓,殘缺的則一壓就扁。

快速封閉的仰拱襯砌在掌子面后面跟隨不舍,掌子面則打入超前排水管快速排水,周邊洞壁則快速打入鋼管鞏固隧道……正如楊守培所說,軟弱圍巖爭的就是時間、爭的就是效率,稍有遲疑泥水都有可能傾瀉而下。通過縮小施工作業面,壓縮施工時間,建設者探索出了不同時間、不同富水段的施工技術參數,為單側壁導坑施工工法提供了新思路。

運用新工法,現場實現了微沉降、快推進。按照單側壁導坑標準施工方法,白鹿原隧道理論月進度僅40米,采用新工法后月進度達到78米,地面沉降始終控制在3毫米以內,原計劃拆遷的146戶村民沒有一家房屋開裂,絲毫沒有干擾人民群眾的正常生產生活。

在開展工法研究的同時,技術人員結合白鹿原隧道地質特點,開展軟弱圍巖地質工裝配套研究,運用了大量新型工裝設備。針對成型隧道防排水問題,技術人員研究應用了隔水漕施工工藝?!八淼劳诔龅膬艨彰娲驍嗔说叵峦馏w的水脈網絡,在應用傳統防水板和止水帶的同時,通過打設隔水漕,進一步引排滲出水?!?陳海衛介紹說,通過預埋橡膠條,在施工后期取出后即可形成美觀的工程。走進白鹿原隧道只見成型隧道的洞壁上每隔50米就有一道隔水溝槽,活像螺紋管。據介紹,應用滴水槽技術,成型隧道從未出現潮濕滲水問題,這在高富水地質環境中極為罕見,充分展現了建設者的高超技藝,成為白鹿原隧道獨有的防排水技術。

通過技術研究,現場還創新應用了無門架襯砌臺車、防水板臺車、三縫爬焊機、電纜槽臺車等成套工裝設備,確保各個作業工序完全符合施工規范,工程質量完全達到國家和行業標準,取得了工裝保工藝、工藝保質量的目的,用品質工程在西安外環高速公路全線擦亮了中鐵十二局的品牌。

錘煉隊伍育“學霸”

戰泥漿、斗沉降、亮功底、拼速度已經成為白鹿原隧道建設的工地常態,歷經無數個日夜奮戰,隧道穩住了、質量保證了,近千人的隧道沿線群眾安全了。誰能想到馴服這條高風險隧道的是一群平均年齡僅有26歲的年輕人呢?

“現在根本想象不到,當初所有的技術人員都還沒參與過隧道施工?!弊窇涢_工前的情景,楊守培感慨不已。白鹿原隧道開工前夕,現場僅有6名剛畢業的年輕技術員,有的還不到25歲,這樣一群娃娃兵怎么干這么高風險的隧道?這讓項目部上下憂心不已。

抱著試試看和現學現用的態度,項目部開始了漫漫育人路。他們首先想到了去黃土隧道實地觀摩學習,技術人員就蹲守在銀西鐵路早勝隧道施工現場,跟著老技術員學習黃土隧道施工技巧。本以為學有所成的小伙子們剛進白鹿原隧道就傻眼了,白鹿原隧道較黃土隧道而言,更加軟弱、松散,四處涌動的水流讓隧道隨時都有土體塌陷掉落的可能。

“當時看著如同雨點般砸下的水流,有的人甚至都不敢進去?!?018年畢業的技術員郭慶到現在還心有余悸。為了保證施工安全,讓大家放心進洞,項目部班子成員帶領技術員就在工地安營扎寨,他們日夜守在洞內,緊盯現場施工。通過新老傳幫帶的方式,不僅消除了大家的恐懼心理,也增強了團隊的凝聚力和戰斗力。

在復雜多變的地質環境下,現場容不得他們有半點遲疑,往往須臾的疏忽都會導致隧道擠壓變形、土體掉落和泥漿涌出。通過長期反復的鏖戰,青年技術員們逐漸摸清了白鹿原隧道的脾氣和秉性,了解了不同環境下的施工參數。

“大學時候學的新奧法打隧道方法,在白鹿原隧道完全不同了,這邊先后用過三臺階法、雙側壁導坑、單側壁導坑,各種工法輪番上陣,更像是多種方式相融的復合型工法?!奔夹g員劉凌平深有感悟,僅一座白鹿原隧道就讓他們接觸了多種施工技術,復雜多變的地質環境更是讓他們牢牢掌握施工技巧。

從進入隧道開始,現場技術員們可以說是邊掘進邊學習,他們既要研究圖紙,更要分析地質,還要綜合考慮防控地面沉降,研究不同位置、不同角度鋼筋布設參數,混凝土注漿時間、注漿量及混凝土強度,鋼拱架安裝規范、拆卸要求……每當談及白鹿原隧道建設成果,楊守培總是自豪地說,帶出了一支軟弱泥土隧道專業化技術和施工隊伍。

參與白鹿原隧道施工的年輕技術員在隧道施工的錘煉中,個個成為軟泥隧道施工的技術行家,只要說起隧道,他們總能脫口而出、如數家珍。翻開現場確定的工法核技術課題研究參與名單,全是清一色的90后。從模仿型團隊成長為學習型團隊,再成長為研究型團隊,白鹿原隧道的建設者走過了不平凡的3載春秋。

在團隊的拼搏努力氛圍影響下,白鹿原隧道的“小將”們各個奮勇爭先,他們把隧道作為自己學習的平臺,通過鉆研軟泥地質大跨度隧道施工掘進方案,開展隧道防排水、掌子面臨時仰拱技術、隧道開挖超前鉆探等課題研究,全面開展技術攻關。他們先后攻克了富水軟泥支撐難題、泥土隧道排水難題,進一步優化了單側壁導坑法施工工法,參與了防水板焊接、二襯臺車和水溝電纜槽臺車的工藝創新和技術研發,迅速成長為工地技術骨干。

目前,白鹿原隧道建設已完成三分之二,在后續施工中,建設者錨定目標,鼓足干勁。在前期安全平穩推進的基礎上,他們鞏固住了來之不易的勝利果實,搶時間、保安全、提質量,在白鹿原隧道建設的大路上越干越有信心、越干越有激情、越干越有拼勁,在他們的不懈努力下,貫通我國開挖斷面最大軟土隧道的曙光已然顯現,不遠的將來,這條牽動西安人民心弦的大環線將完美呈現在人們面前。

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