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惟其艰难方显勇毅 惟其磨砺始得玉成
——滇中引水工程香炉山隧洞开挖纪实



  □隧道股份 杨良荣 朱晓亮
  滇中引水工程是云南省贯彻落实习近平总书记考察云南重要讲话精神,努力实现“民族团结示范区、生态文明建设排头兵、面向南亚东南亚辐射中心”三大定位的战略支撑工程,是补齐云南“三个10%短板”和重塑“三大支柱产业新优势的基础性要素工程”。工程建成投入运行后可从根本上解决滇中地区的水资源短缺问题,对云南省实现2035年远景目标和2050年与全国同步全面实现社会主义现代化具有重大意义。
  穿越布满“陷阱”的地下迷宫
  隧道股份承建的滇中引水大理I段3标香炉山隧洞末端26.5千米,采用一台直径9.83米敞开式TBM和钻爆法组合施工,TBM掘进需穿越褶皱构造2处、断层12条876米、活动大断裂带1条156米、岩爆段4段1539米,软岩大变形段8段3676米,可溶岩段2段12千米。全隧最大涌水段涌水量3960立方米/时,Ⅳ、Ⅴ类围岩占标段长度的67%,且围岩变化频繁,施工连续性差,同时存在23千米超长距离独头通风、超长距离组织运输及TBM高效掘进与同步衬砌匹配施工等技术难题。施工技术难度大,施工风险极高,属当前TBM隧洞地质条件最复杂工程,施工组织和通风难度也为世界之最。
  香炉山隧洞是滇中引水工程全线的“卡脖子”隧洞,工程埋深大于1000米的隧洞长达21千米,最大埋深达1450米,地质极其破碎,结构错综凌乱,像一个布满“陷阱”的地下迷宫。隧洞具有穿越地下断层多、软岩大变形突出、地震烈度高、地下涌突水十分丰富、岩爆危害大、有毒有害气体种类全等特点。区域内丰富的地表和地下水量,让岩石极易软化和泥化,使得隧洞开挖时刻面临坍塌、突泥、涌水、变形等险情。在香炉山,高原铁军与TBM的初次合作,拉开了一段“人机合一”并肩作战的序曲。
  通过孤石堆积体特大溶洞
  2020年10月“云岭号”TBM始发以来,TBM频繁遭遇极端不良地质,生产进度一度受阻。2020年11月,大量的散土和未经滚刀碾压破碎的孤石从刮碴口处进入刀盘,大小不均匀石块砸在皮带上,个别孤石卡在下料口或掉落至皮带内层的滚筒处,造成皮带被划破划伤,护盾、刀盘前方垮落大量散土和孤石堆积体,电机剪切销被剪断、顶护盾被压错位、刀具磨损异常。
  香炉山隧洞施工犹如在豆腐渣里打洞,随时栽头甚至从此被困的风险时刻伴随着“云岭号”TBM。为保证“云岭号”顺利通过孤石堆积体特大溶洞,项目部3次邀请工程院院士、行业专家到现场指导,召开了4次业主、设计、监理、施工四方会议,6次项目专题研讨会,4次技术方案调整会,4次运用超前地质钻探,2次三维地震波物探。项目部全体员工群策群力、奋勇当先,对刀盘前方岩体打设玻璃纤维锚杆、四周岩体全方位固结灌浆,“云岭号”一寸一寸不断往前推进,历时79天安全通过了孤石堆积体充填型特大溶洞。
  直击芹菜塘富水洞断裂段
  2021年9月25日,TBM在过芹菜塘断裂带及影响带500余米后,进入了芹菜塘断裂富水洞段。特殊的松桂组泥质砂岩、砂岩夹泥岩遇水即碎即溶,护盾左侧出现裂隙,护盾周围岩体完整性差,掘进过程中剥落掉块形成塌腔,左侧撑靴部位塌腔宽度达到3米以上、高度7米,长度方向向掌子面延伸。在大面积渗水的冲刷下,隧洞内俨然已成为“全天候强降雨”天气,应急喷设混凝土回弹率高达100%。虽然采用篷布遮挡、集中引排等方式,初支喷射混凝土优化为模筑混凝土,但撑靴换步前的混凝土等强仍然是老大难问题,原本6小时的混凝土等强时间延长至15小时以上。作业人员穿着雨衣冒“雨”作业,但“雨”水、汗水依然把衣服浇了个透,大家积极工作的热情从未受到衣服湿了干、干了又湿的影响,项目领导班子、工程技术人员、试验人员齐上阵,在一线现场研究方案后立即落实,施工进度表每天都会被改写,项目也快速穿越了大倾角张裂构造破碎带坍塌不良地质及920米的富水区。
  鏖战“F-12”软岩大变形段
  2022年5月以来,“云岭号”TBM在地心1230米处,富水和破碎混演。在塌腔、高地应力、渗涌水等多重作用下,隧洞拱部局部钢架扭曲变形、剪断、底部隆起,初支结构面出现大面积侵限,TBM设备空间受限。2022年10月3日,在长达数月的软岩大变形影响下,TBM掘进效率低至30%,支护量成倍增加,局部围岩收敛变形侵限达195厘米,“云岭号”TBM受软岩大变形影响再次按下“暂停键”,现场施工进入到“支护—变形—拆换—支护—再变形”的死循环之中,项目由此拉开了攻克软岩大变形阻击战。
  项目团队针对软岩大变形问题,从管理、技术、施工组织上进行优化和调整,采取超标准加强注浆稳固围岩、缩短钢拱架间距、刀盘扩挖、增加喷砼厚度等措施。然而,这些常规举措并没有阻止收敛变形,钢拱架折弯挫断、工字钢拧成了麻花。大家虽然付出巨大的艰辛,却遭遇自然界无情的挤压,日进尺刻度仅停留在三四米,有时进度甚至成零,严重打乱了施工计划。为此,项目部技术团队主动出击,多次与参建各方共同研讨施工方案、邀请行业内外专家踏勘会诊、外出向同类隧洞地质施工单位探寻处理方案,在挑战面前探寻破冰之路。
  滇中引水建设管理局总工程师赵仕杰要求,同步开展原岩地应力测试及岩石力学参数试验、松动圈测试;TBM前掘F12鹤庆~洱源活动断裂段,一次支护主要以抗为主、拉为辅(锚索)相结合的方式,同步结合设备空间,研究主机区域及早实施锚索的可行性,为今后类似工程提供参考经验。
  按照滇中引水建设管理局的要求,项目部挖掘工人24小时三班倒,没日没夜地加班排险、凿除底凸顶沉岩石、更换处理变形钢架、加固焊接横梁、打设锚索、喷射混凝土……与软岩抗争的战役一个一个地打响,挑战一个一个地出现,隧洞出口那一抹光也在一点一点地到来。

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