中国中铁隧道股份有限公司

历尽磨砺 始见曙光 (一等奖)

 

中铁隧道股份有限公司隧道二公司承建的圆梁山隧道全长11070m,是新建铁路重庆至怀化线最长的隧道,也是全线十一大控制工程之首。因其地质情况复杂,施工难度巨大,而被国内外专家称为地质博物馆、地质万花筒,隧道修建的“禁区”,是具有挑战性的世界难题。地质构造有岩溶高压突水、煤层瓦斯、高地应力软岩大变形和硬岩岩爆、石油天然气、断层破碎带等。施工过程中需要通过大量的大孔径、深孔、高压注浆来防止岩溶涌突水。确切地说,圆梁山隧道几乎集中了山岭隧道所有的地质难题和施工难度。针对世界性难题,圆梁山召开专家论证会15次以上,规模最大的一次有6名中国工程院院士参加。


 

一、遭遇地质灾害,显尽施工艰苦和复杂

蜀道难,难于上青天;渝怀险,险在圆梁山。圆梁山隧道进口自2001年1月开工至正洞2#溶洞贯通的4年时间里,险情不断,灾害频发。经常性的突泥、涌水、涌沙、煤气瓦斯等自然灾害,给正常的施工生产带来严重的影响,造成设备、轨道的淹埋,长时间的清淤清沙作业,致使工程进度缓慢。参战员工为保持运输道路的畅通,经常是把手伸进冰冷的含有水玻璃的水中搬道岔,扣掉岔缝中的泥沙;为多挖一寸,常常是头顶着像水帘、似瀑布的渗漏水,脚踏着漫过膝盖的泥水在施工,虽然穿着雨衣和雨鞋,但泥和水还是顺着衣领和衣袖、漫过水鞋浸透了衣服。2001年9月18日,平导在PDK353+505.5进行超前探孔时,从探孔喷出天然气并燃烧。2002年4月,在正洞2#溶洞中导坑开挖前进行的超前地质钻孔过程中,出现了高达3.6Mpa以上的动力水,3.6Mpa相当于360m高的水库悬在隧道上方,最大涌水量为15000 m3/天,造成MKD-5S地质钻机的钻杆被水、砂推出,钻机被泥砂淹没。2002年9月10日,正洞中导坑开挖至3#溶洞DK354+879时,发生大规模爆喷突泥灾害事故,造成巨大的人员和财产损失。溶洞充填物为硬塑-软塑状粘土,突泥量瞬间达到4200 m3 ,并有4--5块巨石镶嵌于突泥中,其中最大的体积为3 m3(2.5m×1.5m× 0.8m)。涌至DK354+550段计329 m后基本稳定。扒碴机、电瓶车、矿车等施工设备被淹埋毁坏,投入30天时间进行抢险救灾。2002年11月10日,正洞2#溶洞DK354+475中导坑底部发生大规模涌水、涌砂,最大涌水量达30000 m3/h,洞内 2公里范围内涌沙达1~3m厚,扒碴机、梭矿、开挖台架、衬砌台车等设备被涌沙掩埋,造成整个正洞施工停工,投入大量的人力、物力进行清理。

         二、反复防沙治水,考验队伍耐力和毅力

2003年2月至4月,2#溶洞平导PDK354+430-465段施工过程中,多次出现涌沙突水,采取全断面帷幕注浆和顶水注浆的施工方法,但由于水量及压力大,含砂量重,3个月内注浆体多次被高压水击穿,又多次反复全断面围幕注浆,多次施做止浆墙封堵掌子面。3个月,对隧道施工的专业队伍来说,可以开挖1000m,但在2#溶洞平导PDK354+430-465段的施工过程中,从DK354+430开挖到DK354+460段仅仅30 m的开挖量,却用了70多名直接生产人员3个多月的时间,却不进反退,被迫退至原来的开挖里程DK354+430施做止浆墙进行封堵。短短的30 m在3个月时间里,反复多次施做止浆墙,进行全断面超前帷幕注浆和顶水注浆。这对隧道作业人员来说,是难以理解和不可想象的。但就是这样的难以理解和不可想象,让所有参加圆梁山隧道建设的员工经历了太多的冲击和洗礼。一次次的涌泥突水,是对参战员工心理承受能力的冲击,是对参战员工心理恐惧感的累加;一次次的停工、复工和封堵、开挖,是对参战员工忍耐力的考验,是对参战员工信心和志气的煎熬。


 

圆梁山隧道要如期贯通,渝怀铁路要按期建成,这是唯一的目标,也是不变的命令。面对困难和挑战,参战员工没有气馁,没有退却,把目标当作命令,把命令当作使命,以“再难也要迎难而上,再险也会遇险不惊”的精神和勇气,战天斗地,勇创难关,进行了不屈不挠地探索和努力。

一、施做迂回导坑,发现探索之旅

2003年5月,按照集团公司现场办公会步署及集团公司渝怀指挥部制订的“地质超前预报,迂回贯通全隧。溶洞分段夹击处理,安全优质建成”的总体施工方案,绕开正洞和平导2#溶洞,进行迂回导坑施工。

1#迂回导坑的部分地段地质节理发育、滑层、泥夹石、裂隙、涌泥、涌沙等经常出现,施工相当困难,每前进一步都要付出许多艰辛。2003年6月3日,当迂回导坑开挖至YHO+140.5地段时,突遇溶洞,掌子面上部涌出大量泥沙,顷刻之间顶部约4米长1米宽的围岩被洗空。情况十分危险,负责迂回导坑施工的平导分队的员工,顶着流沙、涌水,冒着随时被碎石砸伤的危险,挂网片、打管棚、喷浆,对掌子面上部进行封闭,防止坍塌。经过十几个小时的艰苦奋战,泥沙终于被堵住了。许多员工的双手磨出了血泡,浑身粘满了泥沙,衣服里里外外打了个透湿。

在清理正洞中导坑DK354+580〜+700段淤泥过程中,平导分队更是付出超常的体力,靠着顽强的意志,克服了断面小,涌水量大,淤泥深达1米多,淤泥和水搅在一起的泥汤等困难,人工一桶一桶的把重达50多斤的泥浆装上高一米六七的矿车。想办法、分任务、定指标,实干加巧干,责任到小组,将一个班分成三小组,每小组任务量为一矿车,轮流循环作业;并采取“接连传递法”进行清淤,一桶装好后一个接一个传递到矿车上,大大缩短了清淤时间,加快了清淤速度。

2#迂回导坑全长350m,对应正洞里程DK354+690--DK355+006,穿越DK354+879段3#溶洞,施工中坚持按技术交底,边探测边开挖,做到早探测、勤量测、快开挖、快封闭,确保施工安全。并在班组中开展了以比时间、比进度、比成型为目标的劳动竞赛。并针对2#迂回导坑内围岩变化频繁的特点,采取“石变我变”的施工方案。在开挖至DK354+730时石质突然变硬,改“V型掏槽”为“三方掏槽”,拉槽布眼量由原有16个增加到25个,收到很好的效果,大大提高了工效,每循环进尺达到2m左右,确保了2#迂回导坑的按期完成。

迂回导坑的贯通,是探索3#溶洞迈出的关键一步,不仅实现了圆梁山隧道进出口的对接,也为下步突破3#溶洞争取了时间,提供了安全通道和运输通道。

二、突破3#及平导2#溶洞,打开探索之迷

正洞3#溶洞地层性为二叠系下统茅口组灰、浅灰色灰岩,节理裂隙、溶蚀裂隙、溶洞发育,多为方解石脉及黄色粘土填充。9·10自然灾害抢险结束后,为确保后方作业人员的安全,在正洞中导坑DK354+455处施做了止浆墙,对正洞进行了封堵。经1#和2#迂回导坑,正反两面逼近3#溶洞,探索溶洞、认识自然。施工过程中严格按照集团公司指挥部制定的“先探后挖、边探边挖、弱爆破、短进尺、强支护、早封闭”及“平导3#溶洞突破、七通排水、中导坑扩挖、两侧夹击”的施工方案,加强超前探孔,及时收集、分析围岩、水质、水量的变化情况,稳扎稳打、步步为营。尤其是在通过溶洞核心段时,加强超前探孔的密度,共进行超前探孔7次52孔,单孔最深达104m。开挖时用风钻施做5m的超前探孔7—8个,双层φ108的钢管超前大管棚,每1.5m设置超前小导管51根/环加强超前支护,采用H20型钢拱架和喷钢钎维砼封闭。在组织动员、工序衔接和资源配置上进行发动、整合、优化。一是结合旱季攻势的展开,做好组织动员工作,印发宣传提纲,给员工讲清形势、确定目标,确保在明年雨季来临之前攻克2#、3#溶洞。并开展了“战溶洞保贯通  争先进 勇登攀”活动。二是实行两面夹击,正反向开挖,逼近溶洞;三是调整施工人员结构,抽调精兵强将组成突击队。全体参战员工发扬了顽强拼搏、不惧险阻的大无畏精神,放弃了探亲休假,坚持战斗在生产一线。经受住了2002年9·10自然灾害的考验和洗礼,克服了灾害所带来的心理压力和恐惧。虽然向着溶洞一步步逼进,但参战员工已经走出了阴影,勇往直前,干在前,抢在先,不等不靠。一班下来,常常是汗水和洞内渗水浸透的工作服及一张张沾满黄泥的脸,只有那一双双黑白分明的眼睛刻录着广大参战员工攻坚克险的信心和决心。

2#溶洞横穿正洞和平导,填充介质为粉细沙。施工过程中多次出现涌水、涌沙等工程灾害。自2002年5月进入溶洞施工以来,由于大量的涌水、涌沙,造成施工屡屡受阻,施工举步维艰。为寻求平导2#溶洞的突破,按照集团渝怀指挥部的步署,经1号迂回导坑和6-1号横通道,反向开挖,形成对平导2#溶洞的两面夹击。采用型钢拱架及管棚进行支护,确保了施工安全。广大员工充分发扬一不怕难、二不怕苦的拼搏进取精神,冒着随时可能出现的涌水、涌沙等险情,迎难而上,战天斗地。在段面小、泥沙俱下的施工环境下,矿车、挖掘机、风钻等机械设备不能用,作业人员是用镐挖出泥沙,再用铁锹和水桶一锹一桶地装运到离掌子面100米外的矿车上。常常是踩着泥沙、顶着涌水,把拆成一件一件的喷浆机和喷浆料,行走100—200 m,人工背送到掌子面。这种毅力和意志,集中体现了广大参战员工战天斗地,知难而进、遇险不惧的拼搏精神和大无畏精神。

3#溶洞和平导2#溶洞的突破,是一次鼓士气、树信心的胜利,是经过一年多的探索和拼搏后取得了重大胜利,极大地增强了参战员工的信心,也为集中资源和设备,最终在明年雨季来临之前彻底攻克2#溶洞赢得了时间,提供了宝贵的经验。

 

正洞2#溶洞核心段(DK354+450-+500)位于毛坝向斜核部与东翼的过渡带,穿越P2W地层,围岩为V级,埋深550m,属岩溶发育深部滞留带。为具宽大构造-溶蚀裂隙特征的充填型溶洞,填充物为朱红、褐红色粘质细沙与粉土,经铁二院地质专家鉴定,涌出物沉淀年龄约2.2万年,含沙量50%-60%,虽然3#溶洞和平导2#溶洞相继被突破,从理论上和经验上对圆梁山隧道的溶洞群有了较深刻的认识和掌握,但2#溶洞地质的复杂性、多样性和任务的艰巨性、危险性远胜于3#溶洞和平导2#溶洞。

一、注浆固结,正向推进

为攻克制约工期的拦路虎——2#溶洞,集团公司指挥部多次对施工方案进行研讨、论证,并确定了“超前帷幕注浆、挤密加固堵水、实时监控量测、及时补充注浆、加强超前支护、谨慎分布开挖、尽早成环衬砌”的施工方案。从2003年8月13日至12月15日,2#溶洞正反向注浆历时四个月,注浆孔493个,最深35m,注浆量达8000m3。全断面进行深孔超前预注浆。同时投入钻机12台,注浆机16台,最大压力30MPa,流量5-110 l/min,施做Φ108大管棚101根,在开挖断面外8m范围内形成了一个加固圈,确保了施工安全。并采取掌子面地质素描、TSP202地质预报、红外探测、超前钻探、地质雷达预测预报、HSP及CT声波预测预报等综合超前地质预报手段进行预报。注浆结束后,进口工区及时对资源和队伍结构进行整合,提早部署,成立开挖分队,集中优势兵力;精心组织,对CRD工法进行了细化,在稳步推进的基础上,突击2#溶洞。

         二、引水分流,两面夹击

2003年11月2日,反向开挖至DK354+494.5时击穿溶洞,从溶腔涌出1200余方的泥砂和石块,开挖被迫停止,施做止浆墙和管棚进行封堵加固。面对停止不前的局面,独辟蹊径,引水分流是取得突破的唯一途径,并决定从平导开挖地质探洞进行引水。地质探洞总长110 m,呈Z形,开挖断面分为5种均为马蹄形。施工过程中,作业人员克服了断面小、坡度大、围岩差、出碴难等诸多难题,弯着腰打眼,用耙斗倒运到矿车上进行出碴,在溶洞边缘破碎带采用超前探孔确定施工方向,超前大管棚支护下,短时间内完成了泄水洞的施工任务,并引水成功,为正洞的顺利贯通提供了安全保证。在最后的攻坚战中,参战员工发扬了无私的奉献精神和可贵的拼搏精神,在多工序同时交叉作业,操作空间狭小,空气湿热、污浊的环境里,脱掉衣服,甩开膀子干。尤其是党员、团员,抢在先、干在前,为正洞的顺利贯通做出了巨大的贡献。

三、溶洞衬砌,再显神威

溶洞攻克后,摆在隧道二公司参战员工面前的是又一道关——110米的溶洞段混凝土衬砌。溶洞段衬砌采用的是YK4.5型型钢混凝土,即圆形断面P50钢轨型钢C40钢纤维混凝土,全环抗4.5Mpa水压衬砌,混凝土衬砌的工艺和方法在国内都是首次采用,第一次使用了P50钢轨型钢C40钢纤维混凝土,第一次对型钢安装和衬砌进行试验段施工,成功后施作,开创了国内隧道衬砌施工的先河。公司从人员、设备的配备及完善施工组织、细化施工方案等方面入手,增补并抽调精兵,形成两个作业面,从溶洞两端向中间同时施工;混凝土灌注采用两台输送泵作业,增加模板台车灌注口,以缩短作业时间,防止堵管。并根据试验段的经验,对工序作业时间进行了细化,规定每组(6米)循环型钢安装时间不能超过12天,混凝土灌注及准备时间不超过3天。克服了型钢安装难,每节型钢重达500多斤大部分作业的双肩因抬型钢发肿甚至磨烂出血;钢筋及型钢密度大,精度高,钢筋成3排×4层×2Ф28/m分布,即每米3环,每环钢结构由4层双肢28的螺纹钢筋、2层型钢,6米一组钢结构由400根分布筋及1800根钩筋组成,一米钢材总重17吨;混凝土衬砌时间长,尤其是立、拆堵头板的时间,每组循环长达60个小时,C40钢钎维混凝土由于流动性差,水化热快,型钢、钢筋间距小密度大,造成泵送混凝土经常堵管等诸多困难,顺利完成了2#溶洞混凝土衬砌任务,也标志着圆梁山隧道开挖、衬砌最难的2#溶洞施工任务的完成。

正洞全隧贯通和2#溶洞衬砌任务的完成,是隧道二公司参战员工经过不懈的奋争、不屈的探索,以无畏的精神和无惧的勇气,解开了复杂的地质之迷,攻克了制约施工进度的瓶颈,打开了按期建成圆梁山隧道的胜利之门。是所有参战员工不屈不挠精神、顽强拼搏意志和越难越勇斗志的集中体现。人间正道是沧桑,经过圆梁山隧道的洗礼和考验,建设圆梁山隧道的隧道二公司员工已成为一支真正的“铁军”,他们正已饱满的精神和高昂的斗志迎接更大的挑战,也必将为中国的铁路建设创造更多的奇迹。

 

 


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