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头戴钢盔穿秦岭

引汉济渭秦岭输水隧洞岭南TBM施工段的苦与难(一)

引汉济渭4号洞岩爆段施工人员

头戴钢盔,身着防弹衣,看到这样的场景你会联想到什么?战场、军人而或是警察,这些都不错。但是有一个职业你可能会联想不到,那就是隧道工人。在中国秦岭的大山深处,就有这样一群中铁隧道局的隧道工人。他们整日头戴钢盔、身着防弹衣,在距秦岭山顶1300多米深的隧洞里挑战着人类引水隧洞施工的极限。

 

与众不同,不一样的隧洞施工场景

三千多里的莽莽秦岭,在中国960万平方公里的陆域版图上,横亘东西,成为中国南北地理分界线,同时也是黄河支流渭河与长江支流汉水的分水岭。中国水资源南多北少,不同的资源禀赋成为制约发展的重要瓶颈。引汉济渭工程,就是这样一个连通黄河、长江流域,水润三秦,泽惠关中,破解发展过程中资源瓶颈问题的超级工程。而实现引汉水济渭水这一壮举最大的“拦路虎”就是洞穿秦岭的引汉济渭秦岭输水隧洞。

防爆装备齐全的施工人员

你可能会问打隧洞,为什么会戴钢盔、穿防弹衣?答案是在这里存在一种对施工威胁极大的地质灾害——岩爆,而且在这里发生的岩爆不论其规模还是强度,在国内外都极其罕见。岩爆发生时迸溅出的岩石,就像子弹一样,四处飞溅,严重地威胁到正在施工的人员和机械的安全。所以在引汉济渭秦岭输水隧洞岭南TBM施工段的施工现场你才会看到这样与众不同的隧洞施工场景。

 

洞穿秦岭,直面罕见强岩爆

作为人类第一次从底部洞穿秦岭的伟大工程,在引汉济渭秦岭输水隧洞的施工中存在很多困难,断层、硬岩、涌水、岩爆、破碎地质带、高温、高湿、长距离独头掘进等等,你能想到的隧道施工困难在这里几乎都存在。而这里的岩爆危害更是一把时刻悬在建设者头顶的“利刃”。

岩爆,简单来讲就是一种存在于岩体中的弹性变形势能,由于工程的施工使岩体结构发生变化,导致岩石爆裂并弹射出来的现象。这类现象通常情况下会发生在围岩级别为I类、Ⅱ类围岩中,而中铁隧道局承建的引汉济渭秦岭输水隧洞岭南TBM施工段Ⅰ、Ⅱ类围岩占比就高达89.6%,在这种围岩环境下施工极易发生中等规模以上岩爆。

同时,随着TBM从底部穿越秦岭岭脊段,隧洞埋深、地应力不断增大,TBM开挖对围岩造成的扰动将打破岩石内部既有平衡。在大埋深、高地应力条件下岩石内部应力的重新分布而引发的岩爆烈度、强度将呈几何倍增,届时弹射出的岩石重量、动能就会更大,速度也更快,这就是为什么中铁隧道局的隧道工人们戴钢盔、穿防弹衣严阵以待的原因。

“当前我们正在强岩爆段施工,岩爆十分剧烈,即使防护措施再严密,被弹出的岩石擦伤、砸伤还是不可避免,在我们引汉济渭秦岭输水隧洞这里施工,工人们都是轻伤不下火线的”中铁隧道局引汉济渭秦岭输水隧洞岭南TBM施工段拱架安装工人说。

据现场技术人员介绍,中铁隧道局承建的引汉济渭秦岭输水隧洞标段预计发生岩爆的洞段共计17455米,其中轻微岩爆545米,强烈岩爆段3880米,中等岩爆13030米,占标段长度18275米的95.5%,岩爆灾害与工程施工同步存在,如影随形。

 

狭路相逢,智慧与耐力的考验

“强烈的岩爆不仅危害工人和机械的安全,还对工程施工造成了巨大的压力,使我们不得不降低TBM掘进速度,加强隧洞支护,有时甚至停机处理岩爆危害。这种强烈的岩爆情况,在当前世界埋深最深的四川省雅砻江锦屏山隧道施工中也极少遇见。”项目总工程师游金虎介绍到。

为了确保施工安全和工程质量,在强岩爆的高风险施工地段中铁隧道局的建设者们必须科学冷静处置,稍有不慎就会造成巨大施工风险。为此项目引进了微震监测岩爆预测系统,超前探测岩体情况,采用仿纤维高分子纳米材料融入混凝土浆液中,提高喷砼强度,强化支护体系,并多次邀请中国工程院院士现场“把脉问诊”,同时采用“低推力、低转速”的TBM掘进原则,缓慢通过强岩爆地段。“我们现在是每掘进0.5米,就必须停机并采用钢拱架、钢筋排、锚杆进行加强支护,而且每隔45厘米就要立一榀拱架,这样的拱架密度是普通隧洞工程的4倍。”游金虎介绍到。

岩爆爆落的巨大石块

但即便如此引汉济渭秦岭输水隧洞岭南TBM施工段的岩爆威力依然不减,现场不时有大量石块、石渣坍塌掉落,形成大小不一的塌腔,严重时会掉落重达数吨的石块,砸坏正在施工的设备。掉落的石渣、石块不仅威胁TBM下部施工的工人,同时大量的石渣、石块堆积也造成了TBM掘进施工困难,为此工人们每天都在齐膝深的水中人工用铁锹一锹一锹地清理渣石。并且由于岩爆剧烈经常砸坏设备,现场的拱架安装等相关支护措施,几乎都是采用人工进行的,在现场不时能够听到安装拱架的工人们呼喊的口号。

岩爆致使隧洞大面积坍塌

不仅如此,在引汉济渭秦岭输水隧洞岭南TBM施工段的施工中,还存在滞后型强岩爆。由于强度大,经常导致刚完成初期支护施工的隧洞大面积坍塌和拱架大变形,给施工带来巨大风险。面对这种滞后型强岩爆造成的破坏,工人们经常是拆掉变形的拱架,重新将之前进行过的工序再重复进行一遍,而在温度超过40℃,相对湿度超过90%的高温、高湿施工环境下,这种“无奈的返工”极大地考验着建设者的施工耐力。

岩爆破坏支护体系、致使拱架变形

“当前的岩爆还不是最强烈的,随着埋深超过2000米,岩爆将会更剧烈。这种高岩爆地质条件下的施工,在国内外隧道及地下工程界也是极其少见,我们现在所遇到的困难及采取的措施将为我国今后大埋深、高岩爆隧洞的施工提供宝贵的技术借鉴,所以我们必须啃下这块硬骨头”项目书记吴传林表示。

“千淘万漉虽辛苦,吹尽狂沙始到金”在办公室最显眼处挂着一幅吴书记自己撰写的书法作品。而这句诗词也是当前中铁隧道局建设者们坚韧不拔精神的真实写照。

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