玉京山隧道施工組織動態(tài)管控研究

摘要：玉京山隧道是成貴鐵路上一座單洞雙線客運專線長大隧道，穿越瓦斯突出煤層、巨型溶洞、巖溶發(fā)育、破碎富水及淺埋等多種不良地質(zhì)，周邊環(huán)境復雜，施工難度大，安全風險高，工期緊張。施工中，通過對施工組織制約因素分析，實施施工組織方案調(diào)整，開展管控對策研究，經(jīng)攻堅克難，安全完成了該隧道施工任務，確保了全線按期開通運營，可為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：鐵路隧道;瓦斯突出;穿越巨型溶洞;反坡富水;施工組織管理

中圖分類號：U45文獻標識碼：A文章編號：1006—7973（2022）05-0142-04

隨著高速鐵路建設(shè)縱深推進，越來越多的長大復雜地質(zhì)條件隧道不斷出現(xiàn)。如何保證隧道安全按期建成，對參建單位提出更高要求;若施工組織不當，將影響隧道如期建成，甚至制約全線按期開通運營。本文結(jié)合玉京山隧道穿越煤系地層、巖溶發(fā)育、破碎富水等不良地質(zhì)情況，以及復雜的周邊環(huán)境，分析制約施工組織的主要因素，闡述施工組織方案調(diào)整與施工組織管控對策，望為今后類似長大復雜隧道施工組織提供有益參考。

1工程概況

成貴鐵路玉京山隧道為客運專線單洞雙線隧道，進口里程D3K277+860，出口里程D1K284+164，全長6306m，30%。單面上坡，最大埋深約350m。該隧道位于云南省威信縣境內(nèi)，出口位于縣城，隧址區(qū)為中山地貌，地質(zhì)條件復雜多變，穿越煤系地層、巨型溶洞、巖溶發(fā)育、破碎富水、淺埋等不良地質(zhì)段落，為極高風險隧道，是全線重難點控制性工程。

為加快施工進度，兼顧施工通風等問題，結(jié)合地形、地質(zhì)條件，隧道采用“進口平導+中部（D3K280+700）橫洞”的輔助坑道方案，采取進口、橫洞、出口3個工區(qū)組織施工，設(shè)計指導性施工組織如下表1所示。

受瓦斯突出煤層、有軌運輸適應性差、巖溶發(fā)育、巨型溶洞、洞口房屋拆遷困難等多種不利因素影響，該隧道施工組織方案進行多次調(diào)整，并通過加強過程管控，實現(xiàn)了隧道節(jié)點工期目標，確保了全線按期開通運營。

2隧道施工組織制約因素

玉京山隧道是一座集瓦斯突出、巖溶發(fā)育、破碎富水等多種復雜地質(zhì)條件于一體的隧道，且周邊環(huán)境復雜，經(jīng)分析，主要存在以下制約施工組織的不利因素：

（1）瓦斯突出。進口D3K279+061～D3K279+500段隧道穿越二疊系龍?zhí)督M（P2l）含煤地層，可遇煤11～31層，煤層總厚度最大約4～6m，部分煤層具有突出危險性。施工中，實測C5煤層具有突出危險性，其區(qū)域煤層瓦斯含量：平導范圍8.88～10.67m/t，正洞范圍9.35～10.81m/t，均超過《防突規(guī)定》判斷突出的臨界值8m/t。由于C5煤層為瓦斯突出煤層，故施工安全風險極高;因瓦斯防突施工具有不確定性，故進口工區(qū)工期風險亦高。

（2）巖溶發(fā)育。原進口工區(qū)隧道D3K279+515～D3K280+310段（長度795m）巖溶強烈發(fā)育，調(diào)整施工區(qū)段后，橫洞工區(qū)施工中于D3K279+948揭示一處巨型溶洞。該溶洞平面發(fā)育呈“蠶豆”形，沿隧道縱向發(fā)育最長約93m，橫向發(fā)育最寬約230m;溶洞頂部呈穹窿狀，其頂部與洞底基巖高差約50m～120m;溶洞底部堆積物厚約30m～90m，橫向由右至左呈斜坡向下狀;溶洞左側(cè)坡腳發(fā)育一條暗河，河面寬5～15m。隧道高懸于溶洞頂板附近，距離堆積物頂面約40～45m。該溶洞空腔體積巨大，洞壁不穩(wěn)定，水文地質(zhì)條件復雜，處置方案研究時間長，施工安全風險極高，工期異常緊張。

（3）涌（突）水、涌（突）泥風險。橫洞工區(qū)隧道正洞穿越多段巖溶弱～中等發(fā)育地段的可溶巖與非可溶巖接觸帶，存在涌（突）水、涌（突）泥風險。施工中于D3K281+700揭示一處巖溶管道水。

（4）富水反坡施工干擾大。出口工區(qū)穿越破碎富水帶，設(shè)計平常期涌水量11276m/d，雨季最大涌水量22552m/d，為反坡排水施工。

（5）隧道出口位于威信縣城，洞口附近房屋較多，拆遷困難。

3隧道施工組織方案調(diào)整

為確保復雜地質(zhì)長大隧道施工組織有序推進，需在保證安全質(zhì)量環(huán)保的前提條件下，合理劃分施工區(qū)段，選擇合適的施工方案，加強施工資源配置，嚴格現(xiàn)場施工組織管理，統(tǒng)籌安排、整體推進施工進度。施工中，按照“抓重點、克難點、保節(jié)點”的工作要求，定期分析施工組織推進情況，結(jié)合實際，及時進行任務調(diào)整、方案優(yōu)化、資源配置、過程控制等動態(tài)管控。玉京山隧道施工組織方案調(diào)整主要情況如下：

（1）進口工區(qū)有軌運輸方式調(diào)整為無軌運輸。由于場地限制，有軌運輸車場布置困難，且有軌運輸也無法避免開挖作業(yè)面的無軌機械作業(yè)等問題;而無軌運輸較有軌運輸對洞口施工場地要求低、施工組織靈活、有利于工期的保證，同時能有效解決臺階法開挖與有軌運輸方式匹配條件差的困難。為提高玉京山隧道進口工區(qū)施工效率，確保施工安全，編制了無軌運輸專項施工方案，采取無軌運輸設(shè)備防爆改裝和其他瓦斯防治措施，經(jīng)專家論證、建設(shè)單位及上級主管部門批準后實施。

（2）工區(qū)施工任務調(diào)整。由于進口為瓦斯突出工區(qū)，需通過具有突出危險性煤層，實施防突措施，對進度影響大，工期緊張。受C5煤層瓦斯抽排影響，進度嚴重滯后。為滿足工期要求，經(jīng)建設(shè)單位批準，進口與橫洞工區(qū)分界里程由D3K280+415調(diào)整為D3K279+600，并將橫洞工區(qū)由低瓦斯工區(qū)調(diào)整為高瓦斯工區(qū)管理。

（3）隧道穿越巨型溶洞處置方案。2016年7月，橫洞工區(qū)隧道正洞施工揭示巨型溶洞，其地質(zhì)、水文、工程等條件極為復雜。經(jīng)地質(zhì)勘探、方案研究，2018 年12月底最終確定玉京山隧道穿越巨型溶洞的總體處置方案，即“暗河改道+溶洞回填+穹頂防護+回填體中暗挖隧道+橋梁跨越”。

（4）出口工區(qū)進洞方案調(diào)整。隧道出口位于威信縣城，洞口附近房屋較多，拆遷困難。為減少拆遷滯后對工期的不利影響，將出口工區(qū)由洞口D1K284+164進洞調(diào)整為淺埋明挖段D3K283+800～+850進洞，實現(xiàn)了盡早進洞施工目標。

4隧道施工組織管控對策

為有效推進玉京山隧道施工組織，攻克施工難點，采取了如下管控對策：

（1）隧道超前地質(zhì)預報。玉京山隧道地質(zhì)復雜多變，實施超前地質(zhì)預報是進一步探明隧道地質(zhì)條件的重要手段，也是做好方案優(yōu)化、保障施工安全、質(zhì)量和工期的基礎(chǔ)，納入施工工序管理。該隧道采用地質(zhì)分析法、超前水平鉆探、加深炮孔、TSP隧道地震波反射法、地質(zhì)雷達、紅外探測等手段的綜合預報。施工單位實施地質(zhì)分析、超前水平鉆探、加深炮孔，委托具有相關(guān)資質(zhì)的第三方單位實施其他預報與綜合預報分析。煤層段的超前地質(zhì)預報、煤與瓦斯突出評價工作由被委托的煤科院負責實施，保證了預報、評價的準確性。建立超前預報工作信息管理平臺，使預報工作與現(xiàn)場施工組織有效銜接，及時反饋預報成果，以便對不良地質(zhì)段落制定有針對性的施工處理措施。如，在超前地質(zhì)預報中發(fā)現(xiàn)D3K281+700處存在巖溶管道水，采取長距離鉆孔排水消能，并按照“邊探邊掘”的原則，加強掘進工作面的加深炮孔工作，消除了開挖中的突水突泥風險。

（2）瓦斯突出工區(qū)施工。進口工區(qū)隧道穿越煤層段長439m，煤層具有突出危險性，是全線唯一瓦斯突出工區(qū)，需進行瓦斯防突，施工安全風險極高，工期具有不確定性。為提高施工效率，經(jīng)比選論證，采用無軌運輸方式。為避免因無軌運輸設(shè)備產(chǎn)生的高溫或火花引起瓦斯爆炸，借鑒西成鐵路黃家梁隧道、渝黔鐵路天坪隧道等無軌運輸施工經(jīng)驗，對洞內(nèi)施工機械設(shè)備進行防爆改裝，包括挖掘機、裝載機、自卸汽車、混凝土罐車、噴射混凝土機、混凝土輸送泵、二襯臺車等。機械設(shè)備改裝包括對設(shè)備動力系統(tǒng)改裝和電力系統(tǒng)改裝，委托有資質(zhì)的單位實施，通過政府監(jiān)督部門驗收且驗收合格，滿足TB10120-2002《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》中“隧道內(nèi)高瓦斯工區(qū)和瓦斯突出工區(qū)的電氣設(shè)備與作業(yè)機械必須使用防爆型”要求才能投入使用。使用過程中，嚴格設(shè)備改裝出廠合格證明控制、進場防爆性能測試驗收、日常檢查與維護管理，確保防爆性能可靠有效。

為確保玉京山隧道進口瓦斯突出工區(qū)施工安全，編制了揭煤防突專項施工、超前地質(zhì)預報、施工通風、瓦斯監(jiān)測等方案和應急預案，采用“超前鉆孔探瓦斯，晝夜監(jiān)控測瓦斯，嚴控火源防瓦斯，加強通風治瓦斯”的綜合防災技術(shù)。除對無軌運輸設(shè)備進行防爆改裝外，還采取如下主要瓦斯防治措施：①對隧道通風、瓦斯監(jiān)測、瓦斯防突、爆破作業(yè)等采用專業(yè)化班組作業(yè);②洞內(nèi)配置防爆型設(shè)備，電力供應和電氣設(shè)備嚴格執(zhí)行“三專兩閉鎖”和“MA”準入制度;③嚴格洞口24小時門禁管理，嚴禁火源進洞;④嚴格超前地質(zhì)預報與瓦斯危險性評估工序管理;⑤采用雙風機、雙風管的壓入式通風方案，保障不間斷通風;⑥采用“瓦斯人工檢測+瓦斯自動監(jiān)控報警系統(tǒng)”的雙監(jiān)測機制;⑦采用水壓爆破，使用煤礦許用炸藥和雷管，煤層段采用洞外起爆;⑧洞內(nèi)執(zhí)行動火審批制度;⑨瓦斯突出煤層嚴格落實區(qū)域、局部兩個“四位一體”防突措施，其中C5煤層區(qū)域防突措施為穿煤層鉆孔預抽排瓦斯，局部防突措施為工作面鉆孔自然排放瓦斯。

（3）調(diào)整任務施工管控。受進口揭煤施工進度嚴重滯后影響，將橫洞工區(qū)進口方向施工范圍予以延長，并將橫洞工區(qū)由低瓦斯工區(qū)調(diào)整為高瓦斯工區(qū)管理，洞內(nèi)移動設(shè)備調(diào)整為防爆型設(shè)備，通風方案也進行同步調(diào)整。橫洞工區(qū)巨型溶洞揭示后，為給地質(zhì)勘探和現(xiàn)場處理提供作業(yè)條件，洞內(nèi)增設(shè)一處輔助施工通道，并加快進口平導施工，使其盡早與溶洞大廳連通，于2017年3月實現(xiàn)貫通;在平導內(nèi)增設(shè)一處橫通道，于D3K279+780處迂回施工與溶洞相連的進口端隧道正洞。及時實施進口與橫洞工區(qū)施工任務調(diào)整，為巨型溶洞發(fā)現(xiàn)及處理提前工期約15個月。進口與橫洞工區(qū)貫通后，對隧道整體施工通風方案進行再次調(diào)整，并加強洞內(nèi)作業(yè)區(qū)域的風速、風向、瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測，建立瓦斯與風機管理聯(lián)動機制，保證了施工期的有效通風。

（4）隧道穿越巨型溶洞處置。玉京山隧道穿越巨型溶洞面臨溶洞空腔巨大、洞壁不穩(wěn)定、水文條件復雜、線路高懸于溶洞頂板附近等諸多困難，其處置方案復雜：①為溶洞地質(zhì)勘探、暗河改移及溶洞回填，設(shè)置多條不同高程的施工輔助通道;②為避免暗河水對施工及運營產(chǎn)生不利影響，采用泄水洞對暗河水改道;③為提供隧道拱部開挖作業(yè)平臺，消除后期溶洞壁不穩(wěn)定等不利因素，采用隧道洞渣為主的填料對溶洞大廳進行滿填;④為解決圍巖永久穩(wěn)定問題，對隧道拱部的溶洞頂板采用“錨索-錨網(wǎng)噴鋼纖維混凝土”綜合防護;⑤考慮回填體的沉降不確定性，為避免運營期間發(fā)生無砟軌道線路沉降，采用橋梁跨越溶洞;⑥為避免溶洞頂板與回填體對橋梁線路造成運營安全影響，在回填體中設(shè)置隧道襯砌結(jié)構(gòu)防護;⑦為保證運營期排水通暢，增設(shè)與洞外聯(lián)通的排水通道。

從溶洞地質(zhì)勘探到處置方案確定過程時間長，按照“邊設(shè)計、邊施工、邊優(yōu)化”的原則組織推進。通過開展專題技術(shù)研究，優(yōu)化施工方案，強化現(xiàn)場施工組織，確保了項目安全、優(yōu)質(zhì)、按期完成。2018年12月底確定最終處置方案時，剩余回填體內(nèi)暗挖隧道、跨越溶洞段197m長的現(xiàn)澆連續(xù)梁等工程未施工。為確保成貴鐵路于2019年底全線建成運營，研究制定了“先橋梁支架現(xiàn)澆、后隧道二次襯砌”的橋隧綜合施工方案。為解決回填體內(nèi)432m超大斷面隧道開挖難題，縮短作業(yè)時間，對隧道兩側(cè)回填體進行深孔控域超前注漿加固，研發(fā)了“五臺階設(shè)鋼管臨時橫撐”的隧道開挖支護工法，實現(xiàn)安全快速施工。為解決暗挖隧道二次襯砌與橋梁現(xiàn)澆的交叉施工干擾難題，運用BIM信息化技術(shù)，對施工工序進行模擬分析，發(fā)現(xiàn)了交叉作業(yè)工序相互碰撞問題，研制了隧道邊墻二次襯砌內(nèi)拉法加固模架體系、隧道拱部二次襯砌可移動支架模架體系，于2019年7月完成，實現(xiàn)了橋隧組合的高效施工。為解決沉降變形觀測期不足問題，開展了溶洞處理段橋梁與隧道工程的變形觀測與評估研究，采取加密變形觀測點布置、加大觀測頻次，提早進行評估分析，為盡早施工無砟軌道創(chuàng)造了條件;通過對連續(xù)梁長期收縮徐變（1500d）計算分析，結(jié)合WJ-8B扣件軌下墊板可調(diào)范圍，對連續(xù)梁主跨108m段上的WJ-8B扣件鋪設(shè)進行優(yōu)化調(diào)整，即施工時預先在軌下墊板下鋪設(shè)5mm軌下微調(diào)墊板。經(jīng)運營考驗，線路未出現(xiàn)異常變化。

（5）出口反坡工區(qū)施工。受洞口房屋拆遷影響，出口工區(qū)調(diào)整為淺埋明挖段進洞。進洞前，先對地表自然水溝和既有鄉(xiāng)村道路改移，避免自然水系和運輸車輛對隧道施工造成影響。出口工區(qū)圍巖破碎、裂隙水發(fā)育，采取“周邊注漿為主、超前注漿為輔”的處理措施。為解決反坡富水的施工干擾難題，編制了反坡排水實施方案，采用梯級抽排水至洞外，即將仰拱端頭臨時集水井內(nèi)的水抽到相鄰泵級站內(nèi)、再由各泵級站抽排至洞外自然排水溝，實現(xiàn)了反坡富水段順利施工。

5結(jié)束語

（1）采取無軌運輸設(shè)備防爆改造、瓦斯抽排等瓦斯防治措施，實現(xiàn)了瓦斯突出煤層段隧道施工安全。

（2）及時實施施工任務調(diào)整，提前揭示巨型溶洞，有利于縮短隧道總體工期。

（3）按照“邊設(shè)計、邊施工、邊優(yōu)化”原則，開展隧道穿越巨型溶洞處置專題研究，實現(xiàn)了高效施工。

綜上所述，針對該隧道瓦斯突出、巨型溶洞、反坡富水等多種不良地質(zhì)，以及復雜的周邊環(huán)境，分析施工組織制約因素，實施方案調(diào)整，研究管控對策，嚴格動態(tài)管理，經(jīng)攻堅克難，于2019年7月完成該隧道施工，確保了全線2019年底開通運營，可為類似工程提供參考。

參考文獻：

[1]鮮國.成蘭鐵路躍龍門隧道動態(tài)施工組織管理研究[J].隧道建設(shè)，2020，40（3）：452-463.

[2]鄧明高.巨型溶洞回填體內(nèi)橋梁隧道高效施工技術(shù)[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2021，48（9）：105-108.

[3]鄧明高.大跨度鐵路連續(xù)梁橋變形評估及無砟軌道設(shè)置優(yōu)化[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2021，9（2）：114、64.