玉京山隧道施工組織動(dòng)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(yùn)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(fù)雜，施工難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高，工期緊張。施工中，通過對(duì)施工組織制約因素分析，實(shí)施施工組織方案調(diào)整，開展管控對(duì)策研究，經(jīng)攻堅(jiān)克難，安全完成了該隧道施工任務(wù)，確保了全線按期開通運(yùn)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(hào)：U45文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006—7973（2022）05-0142-04

隨著高速鐵路建設(shè)縱深推進(jìn)，越來越多的長大復(fù)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(duì)參建單位提出更高要求;若施工組織不當(dāng)，將影響隧道如期建成，甚至制約全線按期開通運(yùn)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(fù)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(duì)策，望為今后類似長大復(fù)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(yùn)專線單洞雙線隧道，進(jìn)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(fù)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(fēng)險(xiǎn)隧道，是全線重難點(diǎn)控制性工程。

為加快施工進(jìn)度，兼顧施工通風(fēng)等問題，結(jié)合地形、地質(zhì)條件，隧道采用“進(jìn)口平導(dǎo)+中部（D3K280+700）橫洞”的輔助坑道方案，采取進(jìn)口、橫洞、出口3個(gè)工區(qū)組織施工，設(shè)計(jì)指導(dǎo)性施工組織如下表1所示。

受瓦斯突出煤層、有軌運(yùn)輸適應(yīng)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(jìn)行多次調(diào)整，并通過加強(qiáng)過程管控，實(shí)現(xiàn)了隧道節(jié)點(diǎn)工期目標(biāo)，確保了全線按期開通運(yùn)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(fù)雜地質(zhì)條件于一體的隧道，且周邊環(huán)境復(fù)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(jìn)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(xiǎn)性。施工中，實(shí)測C5煤層具有突出危險(xiǎn)性，其區(qū)域煤層瓦斯含量：平導(dǎo)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(fēng)險(xiǎn)極高;因瓦斯防突施工具有不確定性，故進(jìn)口工區(qū)工期風(fēng)險(xiǎn)亦高。

（2）巖溶發(fā)育。原進(jìn)口工區(qū)隧道D3K279+515～D3K280+310段（長度795m）巖溶強(qiáng)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(fù)雜，處置方案研究時(shí)間長，施工安全風(fēng)險(xiǎn)極高，工期異常緊張。

（3）涌（突）水、涌（突）泥風(fēng)險(xiǎn)。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(fēng)險(xiǎn)。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(jì)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(fù)雜地質(zhì)長大隧道施工組織有序推進(jìn)，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(qiáng)施工資源配置，嚴(yán)格現(xiàn)場施工組織管理，統(tǒng)籌安排、整體推進(jìn)施工進(jìn)度。施工中，按照“抓重點(diǎn)、克難點(diǎn)、保節(jié)點(diǎn)”的工作要求，定期分析施工組織推進(jìn)情況，結(jié)合實(shí)際，及時(shí)進(jìn)行任務(wù)調(diào)整、方案優(yōu)化、資源配置、過程控制等動(dòng)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(jìn)口工區(qū)有軌運(yùn)輸方式調(diào)整為無軌運(yùn)輸。由于場地限制，有軌運(yùn)輸車場布置困難，且有軌運(yùn)輸也無法避免開挖作業(yè)面的無軌機(jī)械作業(yè)等問題;而無軌運(yùn)輸較有軌運(yùn)輸對(duì)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(shí)能有效解決臺(tái)階法開挖與有軌運(yùn)輸方式匹配條件差的困難。為提高玉京山隧道進(jìn)口工區(qū)施工效率，確保施工安全，編制了無軌運(yùn)輸專項(xiàng)施工方案，采取無軌運(yùn)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(jí)主管部門批準(zhǔn)后實(shí)施。

（2）工區(qū)施工任務(wù)調(diào)整。由于進(jìn)口為瓦斯突出工區(qū)，需通過具有突出危險(xiǎn)性煤層，實(shí)施防突措施，對(duì)進(jìn)度影響大，工期緊張。受C5煤層瓦斯抽排影響，進(jìn)度嚴(yán)重滯后。為滿足工期要求，經(jīng)建設(shè)單位批準(zhǔn)，進(jìn)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(fù)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(hù)+回填體中暗挖隧道+橋梁跨越”。

（4）出口工區(qū)進(jìn)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(duì)工期的不利影響，將出口工區(qū)由洞口D1K284+164進(jìn)洞調(diào)整為淺埋明挖段D3K283+800～+850進(jìn)洞，實(shí)現(xiàn)了盡早進(jìn)洞施工目標(biāo)。

4隧道施工組織管控對(duì)策

為有效推進(jìn)玉京山隧道施工組織，攻克施工難點(diǎn)，采取了如下管控對(duì)策：

（1）隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。玉京山隧道地質(zhì)復(fù)雜多變，實(shí)施超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是進(jìn)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(dá)、紅外探測等手段的綜合預(yù)報(bào)。施工單位實(shí)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(shí)施其他預(yù)報(bào)與綜合預(yù)報(bào)分析。煤層段的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、煤與瓦斯突出評(píng)價(jià)工作由被委托的煤科院負(fù)責(zé)實(shí)施，保證了預(yù)報(bào)、評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。建立超前預(yù)報(bào)工作信息管理平臺(tái)，使預(yù)報(bào)工作與現(xiàn)場施工組織有效銜接，及時(shí)反饋預(yù)報(bào)成果，以便對(duì)不良地質(zhì)段落制定有針對(duì)性的施工處理措施。如，在超前地質(zhì)預(yù)報(bào)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(qiáng)掘進(jìn)工作面的加深炮孔工作，消除了開挖中的突水突泥風(fēng)險(xiǎn)。

（2）瓦斯突出工區(qū)施工。進(jìn)口工區(qū)隧道穿越煤層段長439m，煤層具有突出危險(xiǎn)性，是全線唯一瓦斯突出工區(qū)，需進(jìn)行瓦斯防突，施工安全風(fēng)險(xiǎn)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(yùn)輸方式。為避免因無軌運(yùn)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(yùn)輸施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)洞內(nèi)施工機(jī)械設(shè)備進(jìn)行防爆改裝，包括挖掘機(jī)、裝載機(jī)、自卸汽車、混凝土罐車、噴射混凝土機(jī)、混凝土輸送泵、二襯臺(tái)車等。機(jī)械設(shè)備改裝包括對(duì)設(shè)備動(dòng)力系統(tǒng)改裝和電力系統(tǒng)改裝，委托有資質(zhì)的單位實(shí)施，通過政府監(jiān)督部門驗(yàn)收且驗(yàn)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(jī)械必須使用防爆型”要求才能投入使用。使用過程中，嚴(yán)格設(shè)備改裝出廠合格證明控制、進(jìn)場防爆性能測試驗(yàn)收、日常檢查與維護(hù)管理，確保防爆性能可靠有效。

為確保玉京山隧道進(jìn)口瓦斯突出工區(qū)施工安全，編制了揭煤防突專項(xiàng)施工、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、施工通風(fēng)、瓦斯監(jiān)測等方案和應(yīng)急預(yù)案，采用“超前鉆孔探瓦斯，晝夜監(jiān)控測瓦斯，嚴(yán)控火源防瓦斯，加強(qiáng)通風(fēng)治瓦斯”的綜合防災(zāi)技術(shù)。除對(duì)無軌運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行防爆改裝外，還采取如下主要瓦斯防治措施：①對(duì)隧道通風(fēng)、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(yīng)和電氣設(shè)備嚴(yán)格執(zhí)行“三專兩閉鎖”和“MA”準(zhǔn)入制度;③嚴(yán)格洞口24小時(shí)門禁管理，嚴(yán)禁火源進(jìn)洞;④嚴(yán)格超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與瓦斯危險(xiǎn)性評(píng)估工序管理;⑤采用雙風(fēng)機(jī)、雙風(fēng)管的壓入式通風(fēng)方案，保障不間斷通風(fēng);⑥采用“瓦斯人工檢測+瓦斯自動(dòng)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)”的雙監(jiān)測機(jī)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(dòng)火審批制度;⑨瓦斯突出煤層嚴(yán)格落實(shí)區(qū)域、局部兩個(gè)“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(yù)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(wù)施工管控。受進(jìn)口揭煤施工進(jìn)度嚴(yán)重滯后影響，將橫洞工區(qū)進(jìn)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(dòng)設(shè)備調(diào)整為防爆型設(shè)備，通風(fēng)方案也進(jìn)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(jìn)口平導(dǎo)施工，使其盡早與溶洞大廳連通，于2017年3月實(shí)現(xiàn)貫通;在平導(dǎo)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(jìn)口端隧道正洞。及時(shí)實(shí)施進(jìn)口與橫洞工區(qū)施工任務(wù)調(diào)整，為巨型溶洞發(fā)現(xiàn)及處理提前工期約15個(gè)月。進(jìn)口與橫洞工區(qū)貫通后，對(duì)隧道整體施工通風(fēng)方案進(jìn)行再次調(diào)整，并加強(qiáng)洞內(nèi)作業(yè)區(qū)域的風(fēng)速、風(fēng)向、瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測，建立瓦斯與風(fēng)機(jī)管理聯(lián)動(dòng)機(jī)制，保證了施工期的有效通風(fēng)。

（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(fù)雜、線路高懸于溶洞頂板附近等諸多困難，其處置方案復(fù)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(duì)施工及運(yùn)營產(chǎn)生不利影響，采用泄水洞對(duì)暗河水改道;③為提供隧道拱部開挖作業(yè)平臺(tái)，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(duì)溶洞大廳進(jìn)行滿填;④為解決圍巖永久穩(wěn)定問題，對(duì)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(hù);⑤考慮回填體的沉降不確定性，為避免運(yùn)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(duì)橋梁線路造成運(yùn)營安全影響，在回填體中設(shè)置隧道襯砌結(jié)構(gòu)防護(hù);⑦為保證運(yùn)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(shí)間長，按照“邊設(shè)計(jì)、邊施工、邊優(yōu)化”的原則組織推進(jìn)。通過開展專題技術(shù)研究，優(yōu)化施工方案，強(qiáng)化現(xiàn)場施工組織，確保了項(xiàng)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(shí)，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(yùn)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(shí)間，對(duì)隧道兩側(cè)回填體進(jìn)行深孔控域超前注漿加固，研發(fā)了“五臺(tái)階設(shè)鋼管臨時(shí)橫撐”的隧道開挖支護(hù)工法，實(shí)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(yùn)用BIM信息化技術(shù)，對(duì)施工工序進(jìn)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(dòng)支架模架體系，于2019年7月完成，實(shí)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(píng)估研究，采取加密變形觀測點(diǎn)布置、加大觀測頻次，提早進(jìn)行評(píng)估分析，為盡早施工無砟軌道創(chuàng)造了條件;通過對(duì)連續(xù)梁長期收縮徐變（1500d）計(jì)算分析，結(jié)合WJ-8B扣件軌下墊板可調(diào)范圍，對(duì)連續(xù)梁主跨108m段上的WJ-8B扣件鋪設(shè)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，即施工時(shí)預(yù)先在軌下墊板下鋪設(shè)5mm軌下微調(diào)墊板。經(jīng)運(yùn)營考驗(yàn)，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(jìn)洞。進(jìn)洞前，先對(duì)地表自然水溝和既有鄉(xiāng)村道路改移，避免自然水系和運(yùn)輸車輛對(duì)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(shí)施方案，采用梯級(jí)抽排水至洞外，即將仰拱端頭臨時(shí)集水井內(nèi)的水抽到相鄰泵級(jí)站內(nèi)、再由各泵級(jí)站抽排至洞外自然排水溝，實(shí)現(xiàn)了反坡富水段順利施工。

5結(jié)束語

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

（2）及時(shí)實(shí)施施工任務(wù)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(jì)、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(shí)現(xiàn)了高效施工。

綜上所述，針對(duì)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(fù)雜的周邊環(huán)境，分析施工組織制約因素，實(shí)施方案調(diào)整，研究管控對(duì)策，嚴(yán)格動(dòng)態(tài)管理，經(jīng)攻堅(jiān)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(yùn)營，可為類似工程提供參考。

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