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如何破解“软豆腐里打洞”世界难题?

    ——解密中铁十八局集团蒙华铁路湿陷性黄土隧道科技创新施工

  【建设行业 报道】走进蒙华铁路陕西省延安市境内施工现场,只见一座座大桥彩虹飞架,一段段路基蜿蜒逶迤,一条条隧道穿山越岭,成为黄土高坡一道道独特亮丽的风景线。
 


铁总工管中心副主任何志军(右三)、中铁十八局集团副总经理余柏华(左一)、蒙华项目经理高双涛(右二)、一公司副总经理惠武平(右一)现场办公(杨军兵 伍振 摄)

  蒙华铁路是一次性建成的世界上最长的重载铁路,全长1837公里,中铁十八局集团管段全长36公里,其中含14座隧道,累计长度27.359公里,隧道地处陕北峁梁地貌构造的黄土高原地区,黄土地段长,地质复杂,由于黄土具有湿陷性特点,施工中容易产生变形、塌方,另外还有一些隧道穿越“石油城”的石油层,石油和天然气管道纵横交错,暗含瓦斯等有害气体,部分地段穿越砂岩、风积沙层,安全隐患大,施工困难,像“软豆腐里打洞”,又像穿越“地质迷宫”。

  中铁十八局集团蒙华铁路项目指挥长高双涛、党工委书记谷振伟带领一、二、三、五公司项目部弘扬延安精神,传承铁道兵作风,践行蒙华公司提出的“依法合规、遵守合同、实事求是、诚信协商、实现共赢”的理念口号,积极“履行主体责任,创建诚信单位”,推行班组长工程质量责任制、技术质量分级管理、阳光分包、机械化施工,通过科技攻关,破解一个个湿陷性黄土隧道施工难题,确保了工程稳步推进,在实现“安全零事故、质量零缺陷、环境零污染”的同时,施工进度全线名列前茅,荣获蒙华公司蒙陕指挥部2016年度“先进集体”、2016年度“天津市劳动竞赛典型单位”等荣誉称号。

  驶进“智能”快车道

  他们通过“互联网+”,驶进隧道施工管理“智能”快车道,开启“掌上调度室”和“掌上报验平台”等,让隧道安全质量尽在掌握。

  “不管在什么地方、什么时间,只要有手机信号,就可以通过手机客户端调看隧道施工的实时动态。”中铁十八局集团蒙华铁路指挥长高双涛介绍。

  一、二、三公司各项目部工区全部顺利通过蒙华公司蒙陕指挥部批准的技术、质量分级管理A级认定后,各项目部充分利用“互联网+”,按照授权内容每道工序工班自检合格后报质检人员进行检验,合格后方可进入下道工序,现场质检人员报验过程中将工序完成的质量情况,以文字和图片的形式通过报验平台(微信或QQ)公开,指挥部和工区质量管理人员随时可以了解和监督工序质量,及时的进行纠偏和指导,全面实现了动态灵活的质量控制过程,实现了隧道监控量测信息化平台管理,通过视频监控网对现场进行“全方位、无死角”监控,达到精准掌控、科学管理。

  “这监控系统实施以来,现场管控就像有了‘监护神’。管理人员可针对现场施工实际情况,超越空间距离作出合理安排,大大减少了工序衔接时间,有效提高了施工效率,确保了隧道施工安全。”党工委书记谷振伟感触颇深。

  他们还建立“工程实体信息二维码系统平台”,通过二维码扫描,每一道工序责任人、施工原材料批次一目了然,实现了质量责任数模化和可追溯。此外,建立物资管理标准化体系,采取“互联网+物资采购”等方式阳光采购,提高了创效能力。

  打出“创新”组合拳

  为扼住黄土软弱围岩隧道施工“控制变形、防止塌方”这一“七寸”,他们将 “新奥法”“新意法”结合,往前掘进突出“稳”字,实行初支封闭成环突出“快”,加强围岩监控量测突出一个“勤”,使隧道施工步步为营。

  中铁十八局集团蒙华铁路项目指挥部和一、二、三公司项目部联合成立隧道施工攻坚小组,制定了浅埋黄土隧道地表变形控制技术、富水砂质新黄土注浆加固技术、黄土隧道特殊地质初支参数设计、富水砂质新黄土洞口段滑坡体防护施工技术等多个研究课题,以各隧道施工为有效载体,加强科技攻关力度。

  全线控制性工程——王家湾隧道是Ⅱ级风险隧道,全长7288米,隧道两个斜井之间的风积砂段,穿越段长度463米,是影响标段工期的关键部位,洞口存在浅埋偏压、土石分界、湿陷性黄土遇水围岩软化、突水涌泥等施工难点。一公司项目经理刘刚介绍,他们遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤测量”方针和“少扰动、早喷锚、紧封闭”原则,采用微台阶开挖工法,缩短各台阶长度,将仰拱封闭成环到掌子面距离最大不超过12米纳入工序管理。

  一公司副总经理惠武平介绍,针对风积砂段,采用水平旋喷预加固处理和三台阶法预留核心土开挖工法,有效控制风积砂地层的变形,同时安全和进度可控。另外通过合理选择夯实机具及锤重,解决了隧道内空间小、无法检测的难题,保证了质量和进度。

  超声回弹综合法和地质雷达检测隧道二衬混凝土质量,是蒙华铁路隧道检测应用的高科技手段。超声回弹综合法是采用非金属超声波检测仪和混凝土回弹仪对结构混凝土同一测区分别测量声速和回弹值,通过公式就能推算出混凝土强度。地质雷达快速检测衬砌混凝土的厚度和空洞。指挥长高双涛介绍,此两种方法相结合是国内目前检测混凝土质量最先进的检测技术,该技术就像“千里眼”,诊断出隧道混凝土“内伤”,为隧道打造优质的“铜墙铁壁”。

  借力施工“机器人”

  机械化是提高生产率的重要途径,可以实现施工由劳动密集型向技术密集型转变。为占领机械化施工高地,中铁十八局集团蒙华铁路指挥部积极组织技术人员参加混凝土湿喷台车操作等机械化施工培训,不断提高机械化作业水平。在蒙华工地,随处可见机械化施工“神器”。

  三公司承建的建华镇隧道全长4642米,属于低瓦斯隧道,针对风化性堆积层、泥夹层、浅埋段和洞口偏压等不利条件,为加快施工进度采用双头掘进。由于隧道出口覆盖层小,而且地处居民区,民房很多,不允许爆破。为避免扰民,同时提高施工进度,他们引进“穿山甲”——悬臂式隧道掘进机,为隧道机械化施工再添得力“干将”。三公司项目经理汪白辉介绍,该悬臂式掘进机采用悬臂式截割头对围岩迅速进行切割,就像“刀削面”,具有作业快、除尘效果好、安全系数高等特点,还避免了爆破所带来的震动。

  在自稳能力极差的黄土破碎地带,不光在开挖爆破时具有相当难度,对于初级支护混凝土喷射,因为开挖成形的洞壁附着力极低,也是困难重重。为保证初支砼强度,一、二、三公司项目部引进“喷锚机器人”——湿喷机械手,并加大操作手的技术培训力度,另外针对不同地质地段变化调整施工工艺和方法,对混凝土配合比进行研究,不仅确保了混凝土的初期支护效果,还降低混凝土回弹浪费,使初支混凝土强度合格率达到100%,同时能够快速封闭掌子面,避免了围岩暴露时间过长形成的坍塌。

  他们还采用“神桥”——自行式长栈桥开展二衬仰拱施工,一次施作长度24米,提高了二衬仰拱整体性,确保了承载满足双线电气化重载。

  擒住“禁区”拦路虎

  隧道洞口滑坡体、隧道瓦斯问题是隧道工程的拦路虎,被誉为“施工禁区”。如果不采取有效措施,会给隧道施工造成灭顶之灾。

  二公司担负的坪桥1号隧道进口、坪桥2号隧道进口、墩梁2号隧道进口、柳湾1号隧道进口、柳湾2号隧道进口段遭遇滑坡体等不良地质。因为其他线路走向涉及民宅较多,拆迁量大,二公司项目经理贾宝军介绍,他们在施工中采取“抗滑桩及土体反压”举措,另外洞口永久边仰坡采用框架锚杆防护等举措“防滑”。

  柳湾2号隧道进洞口位于一个边坡溜塌错落体内,隧道围岩为砂质新黄土,颗粒单一,级配不良,结构松散,施工难度极大。最初采用超前小导管、超前大管棚,由于大管棚对土体扰动较大,注浆引起黄土湿陷的影响,不能形成很好的拱效应且与围岩不能紧密结合。超前支护完成后开挖过程中仍然存在拱部坍塌、掌子面和核心土外推等诸多安全隐患。设计、施工、监理等单位共同研究,并通过科技攻关,改为采用高压水平旋喷桩超前支护加固地层,并加注水泥浆,通过浆液的粘结性将松散的砂质和粉砂地层固结成整体,利用旋喷桩相互咬接,在隧道拱顶及周边形成封闭的水平旋喷帷幕体,形成“保护壳”,以防护掌子面和地表下沉,产生很好的拱效应和土体改良加强效应,能够起到防流沙、抗滑移、防渗透的作用,“金刚罩”保证隧道安全掘进。

  王家湾隧道和建华镇隧道属于低瓦斯隧道,针对风化性堆积层、泥夹层、浅埋段和洞口偏压等不利条件,一公司、三公司项目将防瓦斯爆炸列为隧道施工高风险点,步步为营、层层设防。对进洞设备进行防爆改装,挖掘机、装载机等施工机械都安装了瓦斯传感报警防爆设备;按照规范配备防爆配电箱并全程使用防阻燃电线,确保安全用电。他们对瓦斯监测采取多项保险措施,除了在洞内安装温度传感器和风速传感器之外,还安排专人携带便携式瓦斯检测仪,每1小时检测1次洞内瓦斯浓度,实行24小时不间断通风;在洞口设有信息化门禁系统,进入洞内的人员姓名和作业情况、设备名称和型号、瓦斯浓度等在显示屏上一览无余。全方位的安全管控,为隧道施工穿上层层“安全服”。

  “巍巍宝塔山,滚滚延河水”,中铁十八局集团建设者弘扬工匠精神,用真情与执着,热血和汗水,日夜征战蒙华铁路上,他们用科技打造钢铁新巨龙……

 

(伍振 谷振伟)





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