秦岭腹地,云海苍茫。在层峦叠嶂之间,西安至十堰高铁控制性工程、18公里(左线18.083公里、右线18.032公里)的特长隧道——西岭隧道,近期以横向±1.7毫米、纵向±3.1毫米、高程±5.6毫米的精度贯通,转入轨道工程施工阶段,不仅刷新了我国高铁Ⅰ级高风险隧道的最长施工记录,更以毫米级的精度,创造了高铁特长隧道建造精度的巅峰战绩。
创新:攻克“地质博物馆”施工难题
西十高铁线路全长255.76公里,自西安东站引出后,向东南穿越秦岭山脉,最终到达十堰市。西岭隧道正是西十高铁穿越秦岭山区最长Ⅰ级高风险隧道。“西岭隧道位于陕西省商洛市商州区境内,设计为双洞单线,设置4座斜井、20个工作面同时施工,它的地质条件堪比‘地质博物馆’。”中铁七局西十高铁3标二分部总工程师何心德介绍。隧道穿越6类围岩、2处大型断层、8处褶皱、5公里软岩大变形段、10处浅埋段,施工存在微瓦斯溢出、岩溶、突涌水、顺层坍塌等高风险。
面对风险和挑战,项目团队应用数字化施工体系,通过BIM建模和无人机倾斜摄影技术,构建厘米级精度的数字隧道模型;投入智能衬砌台车、焊接机器人等智能装备,形成全方位的机械化施工网络。
特别是在浅埋段施工中,改用配备智能压力传感系统的悬臂掘进机。“机械臂能实时感知岩层变化,自动调节掘进参数,不仅能将喷射混凝土超耗率降低40%,还能降低隧道坍塌风险,既保工期又安全。”何心德解释道,“这相当于把岩层当‘豆腐’切,在‘薄如蛋壳’的浅埋层实现‘零扰动施工’。”
“通风问题是长大隧道施工的一大难点。”何心德指着3号斜井洞口的风机说,经过考察和研究,他们创新性地在不同施工阶段采用不同通风设计。斜井长1.6公里,断面小,根据严格检算结果,选择了高效率的智能风机,配置了低风阻风袋,在通风距离大于1公里时,运行功率是普通风机的四分之一,且噪声小,不影响正常施工交流沟通。然而,3号斜井进入正洞后,转变为4个掌子面,原设计采用4台风机布设4条风袋。如果分别通风,斜井通风管道所占据空间较大,导致施工机械设备很难通行。项目部成立课题小组,反复研究论证,并采用流体力学理论建立模型检算风量、风压,最后采用2台风机承担4个掌子面的通风任务,在斜井范围采用两条风袋,进入正洞再一分为二。这样布设管道,通风、通行问题都解决了。
目前,项目团队关于通风方面的研究已经形成2篇技术论文并在行业核心期刊上发表,获得2项国家授权专利和1项省级工法。
精度:开创精准测量新范式
为第一时间掌握隧道开挖情况,项目部采用了最先进的断面扫描仪——3D激光扫描仪,极大地提高了断面扫描效率,帮助施工人员及时掌握现场开挖情况,以调整爆破参数。
“为了摸清岩层‘脾气’,施工技术团队构建了‘三位一体’智能探测体系。”项目工程部部长郑向南介绍道,由地质雷达与超前钻探组成“地质侦察兵”,像做“微创手术”一样取芯分析;运用TSP地震波法对岩体“CT扫描”,预测断层参数指导支护设计;建立动态监测平台作为“智慧大脑”,当岩体完整性指数低于0.3或地下水流量突破10立方米/小时阈值时,立刻报警。
2023年7月暴雨夜的一次实战检验了系统可靠性。隧道出口边坡突发2.3毫米/小时的位移警报,项目团队立即启动由50台光栅水准仪组成的智能监测网。“过去雨天人工监测室外经常受限,摔坏仪器也是有的。现在0.1毫米的变形也逃不过‘电子眼’,效率也提升了。”项目测量员李晓林轻点平板,边坡的三维模型清晰呈现,每一处细微位移都被精准捕捉。
针对不同地质特性,项目团队创新研发了全站仪毫米级精度追踪变形动态、三台阶微震爆破工艺等差异化“诊疗方案”。在攻克3号、4号斜井小半径转弯测量难题时,创新采用“全导线网”方案——在隧道两侧交叉布设四组棱镜,让每个测点参与多个闭合环进行平差,用冗余观测“驯服”误差。
2023年4月,项目团队首次在8号控制点实测。当平差结果跳出的那一刻,现场爆发出欢呼——相对闭合差达到惊人的1/256800!这项技术获得专利授权并形成省级工法。专家评审认为,该成果“开创了复杂线型隧道精准测量的新范式”。
安全:坚持标准化应急管理
“突涌水!全员撤离!”2022年寒冬的一个深夜,3号斜井突然响起的警报声划破夜空。现场副经理孙建军立即摁下“红色停止键”,应急照明瞬间点亮隧道,20名工人沿着墙上的荧光标识快速撤离。从警报响起到全员撤出,仅用时12分钟。随即,总排水能力达600立方米/小时的系统,如同地下排水“大动脉”,将突发的涌水转为可控水流,确保了隧道施工进度不受影响。
这场惊心动魄的应急处置,是该项目部“预防-预警-处置-恢复”全链条应急机制起到突出作用。从发现险情到控制局面,每个环节都像精密齿轮般严丝合缝:每50米设置的应急照明指示了生命通道,200千瓦发电机保障了排水动力,定期演练培养了动作记忆,而与地方医疗、消防部门建立的联动协议则为救援上了“双保险”。
“安全不是靠运气,而是靠体系。”项目安全总监殷雨说,“那次的成功撤离,是项目部上下坚持标准化应急管理的必然结果。”他身后的电子屏上,实时显示着隧道各段的监测数据,就像一张无形的安全网,守护着这座地下建筑的每一寸空间。 胡苗苗 刘瑜