秦巴攻關 穿越米倉

文/圖 四川高速公路建設開發集團有限公司 王孝國 劉勇 白皓 唐浩

米倉山特長隧道是川高公司巴陜高速的控制性工程，隧道橫跨川陜兩省，全長13.8公里（其中四川境10.8公里），設斜井4座、豎井1座（深度達435米）。項目建設以“品質工程”為指引，形成一系列新的技術體系和工藝工法，特別是總結提煉出的隧道深大通風豎井模筑襯砌及短段掘砌逆筑法建造技術體系，相較于傳統建造工法施工效率翻倍，襯砌安全性顯著提高，成功解決了豎井建造難題，并已在多條高速公路和鐵路隧道中推廣應用。

為助力國家集中連片特困區秦巴山區脫貧攻堅，帶動沿線經濟發展，打通繼廣陜、達陜高速之后的第三條北向出川高速公路大通道，巴中至川陜界高速公路（以下簡稱“巴陜高速”）于2011年起正式開工建設。巴陜高速是國家高速公路網G85銀（川）昆（明）高速，以及四川省高速公路網規劃中成都引入線成都經巴中南江至陜西漢中高速公路的重要組成部分，項目起于川陜兩省接線的米倉山隧道進口處，經南江縣、巴州區，止于巴中市東興場互通，與已建成的廣巴、巴南、巴達高速相接，全長約117.5公里。項目分三期建設，巴中至南江段于2013年12月建成通車；南江至關壩段于2017年11月建成通車；關壩至川陜界米倉山隧道段于2018年11月建成通車。

米倉山特長隧道洞門

作為巴陜高速的關鍵控制性工程，全長13857米的米倉山特長隧道，最大埋深1080米，是目前已建成的西南地區第一長、國內第二長高速公路隧道。在建時期，隧道具有長度第一長、規模第一大、豎井深度第一深、運營技術第一復雜“四大特點”，因此對于項目方來說，所遇難題也是前所未有，不僅隧道長度特別長、地質條件特別復雜，還面臨高地應力、高地溫、涌突水、巖爆、瓦斯和硫化氫有毒有害氣體等復雜地質災害。其中，深大通風豎井建造（深431.8米，凈直徑9米）、高地應力巖爆處治（地應力高達40兆帕）等問題堪稱世界級重大工程難題。米倉山特長隧道的建成，徹底改變了經巴中北上出川路難行的歷史，一舉將“翻越米倉山”變成“穿越米倉山”，車程從至少2小時大幅縮短為15分鐘。

米倉山特長隧道地質情況示意圖

直面挑戰 細數隧道建設重大問題

深大通風豎井建造難題

米倉山特長隧道是當時全國在建公路最深、直徑最大的豎井。在現有規范規定方面，根據《公路隧道通風設計細則》，豎井深度一般不宜超過300米，對于直徑大于7米的豎井需要做專項設計；在現有施工技術方面，因公路隧道豎井施工傳統工法機械化程度低、施工效率慢、安全風險高等問題，通常采用“簡易井架+復合式襯砌”結合長段掘砌單行作方法，工藝復雜、工序較多，單位面積工序密度大，月成井平均不到30米，公路隧道豎井建設技術發展滯后問題已經成為制約隧道豎井設計和施工的重要因素。

米倉山特長隧道豎井工點全貌

隧道復雜地質環境

米倉山特長隧道洞身圍巖主要為砂巖、泥巖、灰巖、花崗巖和石英閃長巖，最大埋深1080米。花崗巖、石英閃長巖段落接近10公里，以Ⅱ、Ⅲ級圍巖為主，該段圍巖巖質堅硬、洞身干燥，錘擊聲清脆，有回彈，巖體成塊狀結構較完整，高地應力特點突出，巖石強度高達170兆帕，施工掘進中多次發生弱至中等級巖爆，造成作業人員受傷及設備受損，是制約掘進進度的一大“攔路虎”。此外，在主洞、斜井等多處還先后發生涌突水災害，最大涌水量達每小時2496立方米。

隧道洞口地質災害

項目建設期間曾多次發生大型洪水和泥石流災害。例如：2015年“6·28”特大洪水泥石流災害導致項目各標段受損嚴重，停工數月，尤其是造成LJ2標米倉山隧道標段洞口淹埋、項目經理部摧毀，全線累計損失達1.6億元至1.8億元。

大膽探索 首創豎井施工成套技術

在項目建設過程中，川高公司與所屬秦巴公司聯合設計單位四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司、施工單位四川川交路橋有限責任公司和中鐵一局集團第四工程有限公司、技術支撐單位成都理工大學和西南交通大學聯合開展技術攻關，在豎井建造過程中不斷總結提煉，最終形成了隧道深大通風豎井模筑襯砌及短段掘砌逆筑法成套建造技術體系。該工法不僅突破了《公路隧道通風設計細則》中對豎井深度不宜超過300米、直徑不宜大于7米的限制，還進一步提出與豎井規模相適應的機械化施工配套體系，相較于傳統的復合式襯砌及長段掘砌單行作業建造法，豎井月進尺由不足30米提高到72米，施工效率翻倍，襯砌安全性提高，完美解決了豎井建造難題，實現了深大通風豎井的安全快速建造工作。

此外，在施工過程中，技術團隊還提出了深大通風豎井單層模筑襯砌及短段掘砌施工方法，在減少豎井施工工序的同時，提高了施工過程安全性；提出了以單層模筑襯砌為主要支護結構的深大硬巖豎井支護體系，以及由“提升與懸吊系統”“鑿巖與出渣系統”“混凝土及運輸系統”和“保障系統”為主要構成的機械化配套方法；形成了“隨掘隨砌，襯砌緊跟”的掘砌混合作業方法，與豎井直徑和深度相適應的短段掘砌混合作業機械化配套體系，“深度800米以內、開挖直徑12米以內”的硬巖豎井施工機械配套參考依據，大大提高了豎井施工月進尺，使施工效率翻倍。

注重創新 不斷突破傳統技術瓶頸

在米倉山特長隧道建設過程中，該項目實現了“四大創新突破”：首次提出深大豎井的建井新法，解決了公路隧道深大豎井成套施工技術難題；創立硫化氫有毒氣體的分級防護體系，填補了相關設計規范部分空白；首次設置洞內交通轉換帶，將長隧變短便于后期運營管理；針對隧道巖爆問題研發了柔性防護網系統，使柔性網全面覆蓋巖爆段洞壁圍巖，有效降低了巖爆造成人員傷亡的風險。

斬獲大獎 促進技術成果廣泛推廣

針對建設難題，川高公司以工程需求為指引并結合米倉山特長隧道工程實際，歷時11年，經多單位聯合攻關，開展了深入、系統的理論研究與技術創新，目前已形成部級標準、地方規范、施工指南及專著、專利、論文、工法等為一體的創新成果體系，并在攀大高速寶鼎2#隧道豎井、九綿高速白馬隧道豎井、寧攀高速寧會隧道豎井等公路工程及大瑞鐵路高黎貢山隧道豎井等鐵路工程等20余座隧道工程中得到了應用。實踐表明，該豎井建造技術系列成果適應性強，在保障豎井安全快速施工、降低施工復雜程度、縮短建設周期等方面具有顯著優勢，應用前景廣闊，并得到了中國工程院院士和國際隧道協會主席等業內專家的一致認可，經權威鑒定達到國際領先水平。

截至目前，巴陜高速已先后獲得國家優質工程獎、天府杯金獎和中國交通運輸協會科技進步獎一等獎等一系列重要獎項，并于2020年獲得有國際隧道界“奧斯卡”之稱的國際隧道與地下空間協會(ITA)隧道工程大獎年度入圍獎。