
引汉济渭工程是从陕南汉江流域调水到渭河流域关中地区的大型跨流域调水工程。其输水隧洞秦岭隧洞最大埋深达到2050米,是人类第一次从底部洞穿秦岭。工程4号斜井为世界最长在建施工斜井,被誉为“世界第一斜井”。受复杂地质和大埋深、高地应力等影响,隧洞岩爆、涌水频发,高温高湿严重,加上超长距离通风等难题,引汉济渭综合施工难度世界第一。
为了造福三秦人民,中铁隧道局的建设者们攻坚克难、挑战极限,在秦岭深处攻坚这一世界级难题。将为我国水利工程建设和隧道工程施工竖起施工一座巍峨的丰碑。
手擎巨龙越秦岭,引汉济渭惠关中
工欲善其事,必先利其器。引汉济渭秦岭隧洞岭南TBM施工段修建主洞18275米,其中TBM掘进长度17790米,采用一台直径8.02米的敞开式TBM掘进。
2015年2月28日,随着电闸合拢,总重1400余吨,长达317米,用于引汉济渭工程秦岭隧道岭南TBM掘进机成功试掘进,标志着引汉济渭关键性控制性工程——穿越秦岭主脊的岭南施工段全面进入TBM施工新模式。
秦岭主脊段隧洞埋深大,为了解决大埋深带来的高地应力岩爆、高地温以及超常距离带来的通风、运渣等技术难题,引汉济渭引进了两台当时国际上最先进的TBM掘进机,从秦岭南北双向掘进,以打通秦岭天然屏障。
项目所用TBM是针对岭南特殊地质量身打造的集机、电、液、水、气等系统于一体的大型隧道施工装备,是名副其实的隧道掘进“钢铁巨龙”。它不仅兼具掘进、支护、出渣和通风防尘等功能,更有高效、优质、快速、安全、环保等优点,掘进速度是普通钻爆法的3至4倍,采用连续皮带机出渣、有轨运输、高效节能通风等先进工艺,从技术上、施工工艺上解决独头长距离掘进难题。
项目部自成立以来,严格落实业主要求,着力解决工程重点、难点,坚持“贯通引汉济渭,造福三秦人民”的信念,按照“技术领先、方案可靠、施工科学、组织合理、措施得力”的指导思想,建立完整的施工管理体系,明确工程安全、质量方针,紧盯进度、效益目标,确保工程建设稳步推进。
狭路相逢勇者胜,山登绝顶我为峰
都说万事开头难,其实过程更难。受高磨蚀性硬岩掘进、岩爆、突涌水等不良地质影响,加上长距离独头施工问题,工程综合难度极高。
引汉济渭秦岭隧洞埋深两千多米,其上为界定南北的秦岭山脉。Ⅰ、Ⅱ类围岩占89.6%,以石英岩、花岗岩、闪长岩为主,石英含量最高达98%,岩石强度最高达307兆帕。在这种高压硬岩中开挖隧洞,由掘进产生的硐室成为成为岩石压力的释放口,由此也形成了秦岭隧洞施工所遇最大“拦路虎”——岩爆。
地质资料显示,公司承建标段预计发生岩爆的洞段共计17455米,其中轻微岩爆545米,强烈岩爆段3880米,中等岩爆13030米,占标段长度18275米的95.5%。岩爆防治成施工组织常态,采取有效措施防治岩爆,是施工管理最大难点。自2015年2月28日试掘进以来,从目前已施工完成的8521.5米TBM掘进段来看,岩爆非常频繁,仅制约TBM掘进的岩爆段共计332段,累计3428.2米,占比超过40%。
硬岩另一大特点是强度高、耐磨值大,由此导致掘进速度极低、刀具消耗量极大,这是影响TBM快速掘进的核心问题。
自TBM掘进以来,石英含量平均76.6%,最高92.6%;围岩干燥抗压强度平均193.8兆帕,最高304.6兆帕。掘进1循环需1.5小时,掘进速度极为缓慢。同时,刀具磨损较为严重,目前掘进8521.5米,共计换刀6307把,平均0.74把/延米,刀具更换及刀具检查时间较长,严重制约施工进度。
此外,隧洞高温高湿、突涌水、长距离通风等难题也与项目“狭路相逢”。可以说,逢山开路、遇水架桥的中隧铁军在秦岭隧洞也屡屡受挫。但是永不言败的中隧人敢于挑战、勇于亮剑,誓必攻克重重难关,打造TBM硬岩掘进标杆典范。
过程不难,坚持最难。没有什么难题是解决不了的,难就难在难题永远也解决不完,但难能可贵的是我们一直在坚持克服苦难。在系列施工难题前面,中隧人数年如一日地坚守在施工一线,与各“拦路虎”顽强抗争。面对紧张的工期压力,项目一方面想方设法克服外围干扰因素和困难因素,加快进度进入现场开展临建施工,另一方面利用有限的人力资源,通过一次又一次开专题会讨论方案、严肃问责机制、明确小分工大合作理念等措施,对工期紧张压力进行传递,给员工加压,调动员工能量潜力。同时,在员工中树立“现在耽误的每一天,在后期都要投入大量的人力、物力、财力来弥补”的工作理念,督促员工争分夺秒,紧盯现场,抢抓工期。
困难像弹簧,你强它就弱,你弱它就强。通过解决现场问题,项目不仅攻克重重难关,也取得了一系列地成绩。在岩爆治理上,项目通过钻爆法施工岩爆治理总结形成安全快速施工工法,TBM施工岩爆治理摸索出有效的措施。在硬岩掘进上,现场试验选择最优刀具,总结分析形成最优掘进参数,形成了系统的硬岩掘进设备管理与施工组织方法。在涌水处理上,项目获得深埋、长隧、反坡TBM施工排水与堵水科研成果,现场形成系统有效反坡排水方案,并研究与成功运用特种材料硬岩堵水。在长距离通风上,项目通过研究及现场试验,实现了钻爆法独头8千米与TBM法独头14千米的通风方案改进,改善了洞内施工环境。
通过有效的激励机制和技术能力培训,各项工序作业实践大幅度缩短,保证了TBM掘进时间。皮带机单次延伸硫化时间从14小时缩短至8小时、单次电缆延伸时间从4小时缩短至两小时、单把刀具更换时间从40分钟缩短至20分钟。
明显,无论什么“弹簧”,在中隧铁军面前都不值一提。中隧引汉济渭建设者们迎难而上,愈挫愈勇,最终攻克重重难关,完成岭南TBM第一掘进段的施工任务。
穿越断层破碎带,凝心聚力保贯通
进入2018年,伴随着4号支洞上游的钻爆法接应施工,引汉济渭秦岭隧洞TBM施工段岭南工程在TBM第一掘进段剩余工程量不足5000米的情况下,项目早已进入全面保障掘进施工、力保贯通目标达成的决战时刻。然而,困难总是不期而遇。
4月20日,TBM在掘进过程中,隧洞围岩情况急转直下,出露围岩风化程度加大,整体完整性、稳定性变差,拱部出现大范围垮塌。伴随着围岩表面渗水,塌腔范围持续剥落掉块,TBM掘进提前进入了本工程设计f7断层破碎带。
为安全、顺利地通过断层破碎带,TBM掘进在断层破碎段掘进遵循“低推力、低转速”的原则稳步推进,项目及时调整现场支护参数,采用H150型钢拱架进行全段面加强支护,保证现场施工安全。每掘进0.5米,即停机进行支护。首先进行人工找顶施工,对拱部危石进行清理,在保证安全的条件下进行上部初支作业。找顶完成后利用TBM掘进机自带的支护系统对拱部180度的坍塌范围进行钢筋排的安插作业,钢筋排外背采用1.5毫米厚铁皮对塌腔进行封闭,防止落石伤人,保证下部清渣及立拱作业安全。对钢拱架立设范围内底部落石、虚渣彻底清理后,沿塌腔范围隧洞断面立设H150全圆钢拱架,间距0.5米一榀。型钢拱架拼接完成后,对拱部120度范围拱架间采用H150半剖型钢进行加强连接,环向间距控制为1.0米,并在拱架立设完成以后,及时施做锁脚锚杆,保证拱架纵向的稳定性。同时对钢拱架外背铁皮封闭区域埋设直径8厘米的注浆管、排气管,后续采用C20细石混凝土对塌腔进行回填。现场还通过人工立模的方式对钢拱架拱腰段撑靴范围进行了模注混凝土施工,确保TBM撑靴能够顺利通过。
4月23日凌晨两点,洞内电话传来消息,TBM刀盘无法转动,疑似出现卡机。项目常务副经理徐正陶和监理部总监赵伟等一行即刻进洞。到达TBM后,他们首先进入刀盘仓内检查,发现刀盘刀孔、隔仓内几乎被石渣、泥砾物质填满,主机室试启动刀盘显示扭矩过大,刀盘仍然纹丝不动。徐正陶当机立断地提出拆除紧贴护盾的最后一榀拱架,后退刀盘进行刀盘仓内清渣,然后试转动刀盘的方案。30分钟后,最后一榀拱架拆除完成,进行拱架位置下部清渣,同时清理刀盘仓内石渣。13个小时15分钟之后,刀盘仓内石渣清理干净,退刀盘到位,刀盘启动,成功转动。刀盘扭矩正常。说到这次TBM卡机事件,徐正陶仍心有余悸,“我在引洪济石项目经历了80多次TBM卡机事件,每一次处理起来都相当麻烦,严重的TBM一停机就长达数月,现在一提到TBM刀盘动不起来就头皮发麻,就怕TBM刀盘被卡。不过这次TBM卡机我们处理的很果断,很迅速,也很顺利。”
隧洞围岩坍塌掉落的石渣、石块大量堆积在TBM下部,造成拱架安装和轨排铺设清渣量大,严重制约TBM掘进和围岩支护效率。TBM下部清渣一直是伴随TBM施工的“老大难”问题,但为做到围岩坍塌段“早支护、早封闭”,确保施工安全,提高断层破碎带的支护效率,“老大难”已成为亟待解决的现实问题。通过对TBM结构进行分析和测算。项目机械副总工杨玉昌找到了一条可行的方案,经过为期两周的改造和安装,一条长25米的皮带机架从TBM2号皮带旁Ⅱ区钻机平台位置穿越向下,一直延伸至TBM下部仰拱块安装位置,皮带机下端设置上渣斗,TBM下部的石渣、岩粉人工清理至上渣斗,通过皮带机传送至上部溜渣平台,落到2号皮带后通过洞内皮带运输系统运至洞外。TBM下部清渣皮带机的投入使用,改变了以往“人工清渣,渣斗装渣,有轨、无轨运输结合出渣”的清渣方式,大大提高了TBM下部清渣效率,节约了工序作业时间和成本,提高了断层破碎带的开挖、支护效率。
隧洞上部出护盾后坍塌掉落的石渣、大石块大量堆积在拱架安装器位置,立拱前的底部清渣作业任务重、时间长,是制约立拱作业的最主要因素。石渣、大石块大量堆积也造成了TBM后支撑落地支撑困难。为解决立拱作业清渣量大、清渣时间长的问题,项目部协调、动员后勤力量组成突击队,通过铁锹、编织袋、手推车等工具,结合清渣皮带机集中清渣,全力保障断层破碎带的顺利、快速施工。
引汉济渭岭南TBM自4月20日进入断层破碎带掘进以来,项目部迎难而上,积极面对,科学设计TBM掘进及围岩支护方案,有效组织现场各项施工,TBM施工在困难与挑战中稳步向前。
党政工团齐发力,项目管理稳提升
在党建工作上,项目党建紧紧围绕经营生产工作,充分发挥党组织的战斗堡垒和党员的先锋模范作用,严格落实党建责任。通过“三会一课”、民主生活会、学习党的十九大精神、学习青年习近平,学习党章党规等加强党员干部思想教育,引导他们不断提高党性修养,以党员标准严格要求自己。项目党支部定期开展党课教育和党风廉政教育,营造风清气正的氛围,维护企业利益。及时宣传项目施工管理、重大节点、社会关注、员工生活等新闻,凝聚员工思想。通过开展“筑牢堡垒保安全,党员身边创三无”主题实践活动、党员突击队等党建活动让党员积极融入项目施工管理各个环节,切实起到引领作用。
同时,项目党组织以党建带工团,促进工团工作顺利开展。工会开展“三让三不让”“金秋助学”、夏送清凉、冬送温暖、员工健康体检等,解决了许多员工的实际问题,保障员工合法权益和福利,让员工感受到企业的关爱。
项目团支部经常组织团员青年参加集体活动,在重大节日举行文艺活动,让青年团员在紧张忙碌的工作中得以放松,让员工更富朝气活力,营造良好的工作生活氛围,极大地提高了全员生产积极性。
在项目管理上,项目根据公司管理制度,结合项目实际,制定科学合理的项目管理制度,并严格执行。通过“智慧工地”系统强化人员管理,使人员管理更加规范有序。生产管理依照管委统筹、部门班组分工、责任人负责的流程落实,然后再整改验收,交班会汇报形成闭合。完善奖惩办法,激励员工按时保质完成工作任务。重大事项坚持“三重一大”决策制度和党政会签制度,使决策合规合理。在科学规范的管理下,项目效益得以稳步提升。
20年前,中隧人率先驾驭TBM建成西康秦岭隧道,开国内TBM施工先河。如今,当年那支英勇顽强的中隧铁军驾驭着TBM钢铁巨龙再穿秦岭,凿通综合施工难度世界第一的秦岭隧洞。我们必将以更大的勇气、更强的实力,创树TBM隧道施工标杆,打造水利工程建设典范。