□二处 赵伟龙
面对高寒湿冷的恶劣气候条件,以及高地应力软岩大变形的世界级工程难题,二处渭武高速土建六标项目部充分发挥“敢啃硬骨头、勇打关键仗”的精神,聚焦挤压型大变形隧道预应力锚索一次支护体系技术研究,系统创建了预应力一次支护理论及成套技术,并成功应用于施工生产,创造了由亏损3600万元到目前盈利6400余万元的显著效益。
白云深处是险峰 险峰之中有长隧
木寨岭特长隧道是兰州至海口国家高速公路(G75)渭(源)武(都)高速公路的全线重点控制性工程,建成后将成为甘肃省第一长公路隧道,也是西北经西南到达东南沿海的重要出海通道。隧道位于甘肃省定西市漳县、岷县交界,横贯漳河与洮河两大水系的分水岭,穿越多个地块交界地带。隧道全长15.2千米,最高海拔为3252米,最大埋深约629米,贯穿地层主要为炭质板岩,其中含12条大断层破碎带,岩层挤压强烈,围岩极其破碎,属极高地应力区。
二处渭武土建六标项目主要负责木寨岭特长隧道2号斜井(1813米)及中段施工,全隧均为Ⅴ级围岩,初始应力场高、岩性软、地质构造强烈发育,水文地质条件极为复杂,加之隧道段落长、埋深大,工程建设技术难度极大,属世界性难题。
红盔不畏高峰险 偏向天堑问来路
受恶劣气候、地质条件影响,隧道掘进困难,支护破坏失效时发,拆换拱频率高。其中,2号斜井施工过程中多次发生大变形,累计较大变形侵限10次,最大变形累计收敛为3145毫米,最大变形收敛速率831毫米/天,累计变形换拱段落530米,占斜井施工段落的30%。尤其是2018年,共计完成隧道进尺300米,发生拆换拱136米,拆换比达45%。项目整体进度缓慢,亏损严重,当时累计亏损已达3600万元。
为扭转局面,项目团队多次组织召开专家咨询会,积极邀请孙钧、何满朝院士科研团队解决木寨岭隧道高地应力软岩大变形问题,率先开展NPR锚索及让压支护体系试验段施工,聚焦挤压型大变形隧道预应力锚索一次支护体系技术研究与应用,克服拱拆换的问题。并在现场积极进行科研试验,以锚索实施方案、施工规范要点、锚索测试三个方面为研究重点,从大变形预测、岩体本构开发、锚索系统协同优化与机械化施工、关键设计施工参数以及工业化应用等方面进行攻关,系统创建了预应力一次支护理论及成套技术。在技术层面,实现了锚索成孔工效由每10米用时80分钟提升至每10米用时40分钟,单孔锚固成功率大于95%,初支拆换率由30%到0的转变。在社会经济层面,月进尺由30米/月提高至45米/月,工期较设计预案提前2年。
断层之上逆亏损 岩缝之中求效益
项目部在木寨岭隧道施工过程中,围绕挤压型大变形隧道预应力锚索支护体系,充分进行风险评估、严格施工控制、现场精心施工,同步开展预留变形量系统分析,提出隧道围岩变形分级方法,摸索确定此类工况及地质条件下预留变形量的选取,在现场实际施工中进行合理优化,施工过程中不断验证效果、总结修正,实现了支护参数和施工时预留变形量的契合,衬砌混凝土的超耗由原来的40%下降到20%,实现结构稳定、变形可控与施工成本节约的双重目标。
项目部采用传统支护时多次出现拆换现象,造成了材料的严重浪费。锚索的采用,为发生拆换现场减少了材料浪费。同时,项目部在施工过程中,对锚索支护参数进行了一系列的优化调整:一是拱架间距由0.5米、0.6米逐步调整为0.8米、1米、1.2米;二是根据现场监测,取消了恒阻器,直接采用普通预应力锚索;三是根据围岩产状等实际情况,对锚索布置形式进行了调整,取消下台阶锚索,由原来的上中下台阶25根调整为上中台阶19根。通过以上措施,大幅降低了围岩挤压大变形引起的事故发生率和结构翻修率,减少了支护材料的重复使用。同时,采用锚索支护体系代替常规“硬抗”支护技术,减少了对水泥、钢材的消耗量,实现节能环保式生产,社会环境效益巨大。
采用锚索后,项目部注意到锚索施工在公路隧道尚属首次,没有现成的定额,前期单价由设计院参照路基边坡锚索进行预算。项目部抓住这一特点,积极推进锚索单价谈判,锁定经济效益。为了确保新增单价具有说服力,项目部积极与业主沟通,业主邀请交通部路网中心于2019年12月完成了定额基础资料收集,形成定额,该定额基本符合项目部的预期。
项目自采用锚索施工以来,已于2019年9月开始止亏,之后每月均实现成本盈利。截至目前已实现由亏损3600万元到盈利6400余万元的显著效益。
项目科研成果将是对挤压型大变形隧道支护体系的革新,同时将极大地改善并解决挤压型大变形难题,为川藏铁路等高应力大变形隧道控制变形提供了可借鉴的经验。