在陜西商洛，西嶺隧道項目團隊突破Ⅰ級高風(fēng)險隧道建造極限——
在“地質(zhì)博物館”里智能掘進(jìn)(工匠絕活·我在重大工程一線(xiàn))
秦嶺腹地，云海蒼茫。在層巒疊嶂之間，一座巨型隧道洞門(mén)如鋼鐵巨龍般昂首挺立——這便是今年4月11日貫通的新建陜西西安至湖北十堰高鐵(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“西十高鐵”)控制性工程西嶺隧道。
作為西十高鐵穿越秦嶺山區最長(cháng)的Ⅰ級高風(fēng)險隧道，西嶺隧道以±1.7毫米的橫向精度、±3.1毫米的縱向精度、±5.6毫米的高程精度貫通，標志著(zhù)西十高鐵建設取得了關(guān)鍵性進(jìn)展，為后續無(wú)砟軌道施工奠定了堅實(shí)基礎。
打通雙線(xiàn)36.115公里的Ⅰ級高風(fēng)險隧道
創(chuàng )新應用，把巖層當“豆腐”切
西嶺隧道，位于陜西省商洛市商州區境內，地處秦嶺低中山區，是西十高鐵全線(xiàn)最長(cháng)的Ⅰ級高風(fēng)險隧道，創(chuàng )造了我國高鐵Ⅰ級高風(fēng)險隧道的最長(cháng)施工紀錄。
“西嶺隧道設計為雙洞單線(xiàn)隧道，雙線(xiàn)總長(cháng)36.115公里，猶如‘地下長(cháng)城’，需要采用4座斜井、20個(gè)工作面同時(shí)施工。這里的地質(zhì)條件之復雜，堪稱(chēng)一座‘地質(zhì)博物館’?！敝需F七局西十高鐵3標二分部總工程師何心德介紹，“隧道穿越6類(lèi)圍巖、2處大型斷層、8處褶皺、5公里的軟巖大變形、10處洞身淺埋段，施工過(guò)程中，我們時(shí)刻面臨著(zhù)微瓦斯溢出、巖溶、突涌水、順層坍塌等風(fēng)險?！?/p>
地質(zhì)條件如此復雜，如何保證施工安全和質(zhì)量？項目建設團隊創(chuàng )新施工路徑，采用了數字化施工體系，通過(guò)BIM建模和無(wú)人機傾斜攝影技術(shù)，構建了厘米級精度的數字隧道模型；投入智能襯砌臺車(chē)、焊接機器人等智能裝備，形成了全方位的機械化施工網(wǎng)絡(luò )。
尤其在淺埋段施工中，由于覆土薄、巖層變化頻繁且結構復雜，團隊采用配備智能壓力傳感系統的懸臂掘進(jìn)機?！皺C械臂能實(shí)時(shí)感知巖層變化，自動(dòng)調節掘進(jìn)參數，不僅能將噴射混凝土超耗率降低40%，還能降低隧道坍塌風(fēng)險?！焙涡牡抡f(shuō)，“這相當于把巖層當‘豆腐’切，在‘薄如蛋殼’的淺埋層實(shí)現‘零擾動(dòng)施工’?！?/p>
復雜的地質(zhì)條件也為隧道通風(fēng)制造了更多難題?！拔鲙X隧道作為長(cháng)大隧道，實(shí)現通風(fēng)本就不易?！焙涡牡轮钢?zhù)3號斜井洞口的風(fēng)機說(shuō)，“經(jīng)過(guò)走訪(fǎng)調研和考察學(xué)習，我們決定根據不同施工階段調整通風(fēng)設計?！?/p>
考慮到斜井長(cháng)1.6公里，斷面小，團隊選擇高效率的智能風(fēng)機，配置低風(fēng)阻的風(fēng)袋，在通風(fēng)距離大于1公里時(shí)，運行功率是普通風(fēng)機的1/4，且噪聲較小，不會(huì )影響正常施工過(guò)程中大家的交流。
然而，斜井進(jìn)入正洞施工后，轉變?yōu)?個(gè)掌子面，也就是開(kāi)挖坑道過(guò)程中不斷向前推進(jìn)的工作面。施工人員發(fā)現，若仍按原設計采用4臺風(fēng)機、布設4條風(fēng)袋分別通風(fēng)，通風(fēng)管道會(huì )在這個(gè)斜井小斷面輔助坑道占據過(guò)大的空間，導致施工機械設備難以通行?！澳莻€(gè)時(shí)候，我先在隧道里仔細觀(guān)察，然后回到辦公室組織技術(shù)人員一起反復論證措施可行性，最后采用兩臺風(fēng)機承擔4個(gè)掌子面的施工通風(fēng)，在斜井范圍采用兩條風(fēng)袋，進(jìn)入正洞再一分為二，借助流體力學(xué)理論建立模型對風(fēng)量、風(fēng)壓進(jìn)行檢算，確保掌子面風(fēng)量充足?！焙涡牡轮两裼洃洩q新。
這樣布設管道，通風(fēng)、通行問(wèn)題都解決了。為了確保通風(fēng)效果，技術(shù)人員還專(zhuān)門(mén)組成課題小組，研究如何保證4個(gè)掌子面的回風(fēng)，減小相互干擾，根據掌子面空氣質(zhì)量自動(dòng)調節風(fēng)量風(fēng)壓。目前，團隊關(guān)于通風(fēng)方面的研究已經(jīng)形成2篇技術(shù)論文，并在行業(yè)核心期刊上發(fā)表，獲得2項國家專(zhuān)利和1項陜西省省級工法。
創(chuàng )造1/256800的相對閉合差
精準監測，摸清巖層的“脾氣”
在復雜地質(zhì)環(huán)境中解決掘進(jìn)難題，為項目建設奠定了重要基礎，而確保這條隧道在秦嶺山脈深處實(shí)現高精度貫通，則對測量和控制技術(shù)提出了嚴苛的要求。
團隊采用了先進(jìn)的斷面掃描儀——3D激光掃描儀。以前的斷面儀一次只能掃一個(gè)斷面，用時(shí)10分鐘；而3D激光掃描儀可以采集60米范圍的斷面數據，可按30厘米切取一個(gè)斷面，取點(diǎn)間距20厘米，也只需要10分鐘。這極大地提高了斷面掃描效率，幫助施工人員掌握現場(chǎng)開(kāi)挖情況，并能及時(shí)調整爆破參數，持續控制開(kāi)挖掘進(jìn)水平。
“為了摸清巖層的‘脾氣’，我們還構建了‘三位一體’智能探測體系?！表椖抗こ滩坎块L(cháng)鄭向南介紹，地質(zhì)雷達與超前鉆探組成“地質(zhì)偵察兵”，像做“微創(chuàng )手術(shù)”一樣取芯分析；運用TSP地震波法進(jìn)行巖體“CT掃描”，預測斷層參數指導支護設計；動(dòng)態(tài)監測平臺作為“智慧大腦”，在巖體完整性指數低于0.3或地下水流量突破10立方米/小時(shí)閾值時(shí)，會(huì )立即發(fā)出警報。
2023年7月的一場(chǎng)暴雨，檢驗了這套系統的可靠性。隧道出口邊坡突然發(fā)出2.3毫米/小時(shí)的位移警報，團隊立即啟動(dòng)了由50臺光柵水準儀組成的智能監測網(wǎng)?！斑^(guò)去遇到雨天，人工監測經(jīng)常受限，儀器損壞也是常事?，F在，即使0.1毫米的細微變形，也逃不過(guò)‘電子眼’的捕捉?！表椖繙y量員李曉林輕點(diǎn)平板電腦，邊坡的三維模型清晰呈現，每一處細微位移都被精準定位和記錄。
不僅如此，針對不同地質(zhì)特性，團隊研發(fā)實(shí)現了全站儀毫米級精度追蹤變形動(dòng)態(tài)、創(chuàng )新三臺階微震爆破工藝等差異化“診療方案”。在攻克3號、4號斜井小半徑轉彎測量難題時(shí)，團隊更是創(chuàng )新采用“全導線(xiàn)網(wǎng)”方案——在隧道兩側交叉布設4組棱鏡，讓每個(gè)測點(diǎn)參與多個(gè)閉合環(huán)平差計算，用冗余觀(guān)測“馴服”誤差。
2023年4月，團隊首次在8號控制點(diǎn)進(jìn)行實(shí)測。當計算結果從屏幕上跳出的那一刻，現場(chǎng)爆發(fā)出歡呼——相對閉合差達到驚人的1/256800！這項技術(shù)成果此后取得國家專(zhuān)利并獲評省級工法，專(zhuān)家評審認為，該成果“開(kāi)創(chuàng )了復雜線(xiàn)型隧道精準測量的新范式”。
實(shí)現12分鐘的緊急撤離
緊密銜接，構成一張無(wú)形的“安全網(wǎng)”
“突涌水！全員撤離！”2022年寒冬的一個(gè)深夜，3號斜井突然響起的警報聲劃破夜空。項目現場(chǎng)副經(jīng)理孫建軍回憶：“聽(tīng)見(jiàn)警報，我立即摁下了‘紅色停止鍵’，應急照明瞬間把隧道點(diǎn)亮了，20名工人沿著(zhù)墻上的熒光標識成功撤離，整個(gè)過(guò)程只花了12分鐘?！比藛T撤離后，總排水能力達600立方米/小時(shí)的系統如同地下排水“大動(dòng)脈”，將突發(fā)的涌水轉化為可控水流，確保了隧道施工進(jìn)度不受影響。
驚心動(dòng)魄的搶險背后，是團隊“預防—預警—處置—恢復”全鏈條應急機制的成功實(shí)施。從發(fā)現險情到控制局面，每個(gè)環(huán)節都緊密銜接：每隔50米設置的應急照明設備指示了生命通道，200千瓦的發(fā)電機保障了排水動(dòng)力，針對員工的定期演練提升了應急能力，而與地方醫療、消防部門(mén)建立的聯(lián)動(dòng)協(xié)議“雙保險”，則為救援上了最后一道鎖。
“安全不是靠運氣，而是靠體系。一個(gè)成熟的全鏈條應急機制，能構成一張無(wú)形的‘安全網(wǎng)’?！表椖堪踩偙O殷雨說(shuō)。他身后的電子屏上，實(shí)時(shí)顯示著(zhù)隧道各段的監測數據，記錄著(zhù)這座“地質(zhì)博物館”每一寸空間的細微變化。
夕陽(yáng)下，商洛市楊峪河鎮的村民們望著(zhù)隧道口，聊了起來(lái)：“通車(chē)后，孫子去西安上學(xué)就方便多了”“村里的山貨興許能賣(mài)個(gè)好價(jià)錢(qián)”“真是不敢想啊，很多年前，我們去西安只能坐大巴車(chē)，翻山越嶺，十幾個(gè)小時(shí)才能到”……
機械的轟鳴聲在隧道中回蕩，這條穿越秦嶺的鋼鐵長(cháng)龍，將載著(zhù)山區群眾的希望，通往更加美好的未來(lái)。
(胡苗苗參與采寫(xiě))
■延伸閱讀
西嶺隧道建設難點(diǎn)何在？
西嶺隧道是西安至十堰高速鐵路的全線(xiàn)控制性工程，具有以下特點(diǎn)：隧道結構采用雙洞單線(xiàn)設計，雙線(xiàn)總長(cháng)度達36.115公里，是目前全國高鐵已貫通項目中總施工長(cháng)度最長(cháng)的Ⅰ級高風(fēng)險隧道；洞身穿越泥巖、砂巖、石英片巖等6類(lèi)巖層，途經(jīng)2處大型斷層、8處褶皺構造帶及10處淺埋段，集中了巖溶發(fā)育、突涌水、軟巖大變形、微瓦斯溢出等12項高風(fēng)險不良地質(zhì)問(wèn)題；施工組織難度大，通過(guò)4座斜井開(kāi)辟20個(gè)工作面同步立體作業(yè)，需協(xié)調2000余名建設者24小時(shí)不間斷施工，管理復雜度極高。
項目2022年3月開(kāi)工，創(chuàng )新運用智能建造技術(shù)，應用地質(zhì)雷達超前預報、三維激光掃描、無(wú)人機傾斜攝影實(shí)時(shí)監測地質(zhì)變化，結合懸臂掘進(jìn)機、自鋪式智能襯砌臺車(chē)等裝備動(dòng)態(tài)調整施工參數，克服各類(lèi)難題，歷時(shí)1100余天，于2025年4月實(shí)現貫通。預計到2026年6月，西十高鐵通車(chē)后，西安至十堰通行時(shí)間將縮短至1小時(shí)，武漢至西安通行時(shí)間壓縮至2.5小時(shí)，助力沿線(xiàn)經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展。(人民日報 記者 龔仕建) 【編輯:曹子健】
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