匠心通黔路 隧穿『水帘洞』
  ——贵州路桥集团德务高速德江隧道攻坚克难纪实
中国交通报 2020年11月30日 第7375期

本报记者 金晖 通讯员 肖立 李来先


隧道建成后效果图。


架设高压注浆机。


处置隧道涌水。

  跟随作业人员走进刚刚贯通的贵州德(江)务(川)高速公路德江隧道,记者看到,隧道涌水顺着拱顶的引水管倾泻而下,贯通段中施工人员正用高压注浆机进行最后的注浆加固封堵作业。

  6月13日,由贵州路桥集团有限公司(简称贵州路桥集团)承建的德务高速公路德江隧道右洞贯通,10月20日左洞贯通,标志着德江隧道实现全面贯通。

  在贵州,喀斯特地貌和岩溶地质环境往往会在隧道施工中导致涌水、突泥。根据前期地质勘探结果预判,德江隧道需要在高压富水段进行施工,随时可能出现高压涌水,这样的情况在全国公路隧道建设中十分罕见。

  自2016年开工以来,贵州路桥集团的建设者不畏艰险、攻坚克难,创新工艺工法,采取高压帷幕注浆、格栅膜袋注浆、速凝膏浆注浆、高压风水置换注浆等一系列技术,克服了因向斜地质构造及岩溶裂隙发育导致的隧道高压、大流量涌水难题,确保施工高质安全推进,实现了德江隧道的顺利贯通。


隧道内焊接钢格栅。

以堵为主 誓破难题

  德江隧道全长5.5公里,早在勘察设计阶段就发现,其中1050米穿越石朝向斜汇水区域,地表水及地下水汇聚明显,汇水面积达29.6平方公里,因向斜构造储水作用和底部泥岩对地下水的阻隔作用,隧道上方形成了规模巨大的闹水岩地下暗河系统,水头高达210米。

  “隧道与暗河中间有一层6.3至9.8米厚的泥岩隔水层,若能起到预期效果,德江隧道施工将顺利推进。”贵州路桥集团第一分公司总经理方永桥介绍,虽然德江隧道建设施工难度大,但建设者一鼓作气,克服诸多困难,不断推进隧道建设进度。到2017年10月14日,德江隧道左右洞合计完成开挖5471米,全线施工顺利过半。

  “我们在出口端进行超前钻勘探的过程中发现了高压涌水。”方永桥说。2017年12月22日,德江隧道左洞出口端超前钻探钻孔发生涌水;2018年1月21日,左洞涌水突然增大,水面一度上涨至二衬施工位置;2018年3月3日,右洞出口端YK10﹢401掌子面在进行超前钻孔时又突然发生高压涌水,短短30分钟即由掌子面淹没至仰拱附近……接二连三,险象环生,涌水成为德江隧道建设过程中的关键性难题。

  “实际施工中,泥岩隔水层几乎完全失效。根据勘察设计、设计规划及各种预案,这样的情况既在意料之外又在情理之中。”谈及当时的情况,德务高速公路2标项目经理部(简称项目部)总工程师靳俊奇心有余悸。不同于大部分隧道,德江隧道为单向坡隧道,出口端高、进口端低,高差达104米。“整个隧道是一个大上坡,因此隧道出口端的涌水会积在洞里,无法顺着路面排出,一有涌水就要抽排,但是因高差、距离、洞内作业面、电力、设备等原因,抽排能力受限。”靳俊奇说。

  面对险情,在立即停钻撤离的同时,项目建设团队一边利用冬季枯水期涌水减缓的契机,采用大功率抽水机抽排积水,一边寻找解难良方。

  “不能采取以排水方案为主的原因不仅仅是不好排。”项目经理左杰介绍,德江隧道石朝向斜汇水区内有两个村庄,闹水岩暗河下游有两个水电站,位于隧道上方的暗河及地下水不仅是水电站和村庄的主要水源之一,也是山上植被的主要水源。如果大量排水使得地下水位大幅下降,不仅会影响周围居民生活和水电站用水,而且会导致山上植被缺水,不利于环境保护。

  为解决这一难题,贵州路桥集团积极协调,多次开展并参与施工安全质量交流会、水文地质研讨会及涌水处置方案讨论会。同时,协调德务高速业主办、总监办、中国水电顾问团贵阳勘设院等参建单位在施工现场实地考察。3月17日,德务高速参建单位现场会商德江隧道涌水处置方案,初步确定了“以堵为主、堵截结合、抽排为辅”的处理方案。

  在贵州路桥集团的努力下,涌水处理方案顺利实施。2018年7月1日,因涌水停工半年的德江隧道出口左洞重启开挖施工,德江隧道涌水处置工作取得突破性进展。

创新工法 全面封堵

  德江隧道穿越石朝向斜汇水区域的围岩大多为灰岩,岩体破碎,岩溶裂隙发育,虽然明确了“以堵为主”方案,如何着手堵水又成为建设者面前的“拦路虎”。

  经过多次调研论证,贵州路桥集团结合实际,最终形成并使用了“高压帷幕注浆堵水方案”“格栅膜袋注浆堵水法”“速凝膏浆高压注浆堵水法”“高压风水置换注浆”等工艺工法处置高压涌水。

  “帷幕注浆就像在隧道外给隧道套上了一层保护壳。”方永桥用手比划一个半圆扣在了顺手拿起的纸筒上。据他介绍,德江隧道就采用了掌子面轴向封堵结合径向防渗固结处理的注浆方式。

  在轴向封堵时,施工人员先于掌子面呈放射状布置两环40至46个注浆孔,沿隧道开挖前进方向一定洞段长度范围内打孔至指定位置,高压注入水泥浆,在隧洞周边形成5米以上的防渗帷幕圈,避免后续开挖过程中地下水再次渗入隧洞造成渗水,影响开挖及二衬工序的施工。开挖之后按照局部加密的原则,对已开挖范围内局部初支渗水段落围岩进行径向防渗固结注浆,在初支背后进一步形成防水幕,提高初支背后岩体的整体性和抵抗变形的能力,同时减小初支的渗流量。

  “德江隧道涌水水压高达2兆帕,我们始终把注浆压力保持在4兆帕以上,虽然调整了浆液浓度、凝结时间,但水泥浆还是会被冲散。”方永桥回忆,在帷幕注浆过程中,常规注浆工艺会因注浆材料不能及时凝固被大流量、高水压涌水冲散、流失。为此,贵州路桥集团创新应用了膜袋注浆工艺,即通过钻孔将无纺布制成的膜袋送至指定位置,向袋内注入水泥浆等注浆材料时,因有膜袋的包裹,注浆材料无法自由扩散、流失,可以抵御流水的冲刷、稀释。同时,在注浆压力作用下,水泥浆中的一部分水可以从膜袋内析出,降低水灰比,提高了水泥结石的强度,缩短固结时间,有效解决了大涌水点因水压高、流速快导致封堵注浆难的问题。在此基础上,贵州路桥集团还采取钢格栅配合膜袋注浆,首先进行过水通道的封堵,保证膜袋不会被冲出涌水点,将流速降低到水泥浆的凝结能力内,从而起到封堵、加固作用。

  依托这一工法与诸多技术创新,2018年8月中旬,德江隧道左、右洞高压涌水相继处置完成,经钻孔、开挖验证及初支渗水观察验证,该工法浆液扩散填充密实、初支后几乎无渗水、封堵效果好。2018年8月底,德江隧道富水段处置总结及泄水洞方案研讨会召开,参建单位及各级领导肯定了成果,明确了后续工作思路,德江隧道富水段进入超前探孔、注浆堵水、开挖施工的大循环施工,确保项目优质高效推进。据了解,依托德江隧道开展的“岩溶区向斜段公路隧道高压涌水堵水关键技术研究”已获得贵州省交通运输厅科研项目立项,目前已形成公路工法1项、企业级工法4项、专利申报3项、论文十余篇等技术成果。


隧道口施工。

匠心巧思 安全施工

  如果在超前钻孔和打注浆孔的过程中出现涌水,高压涌水沿着钻孔喷出会不会影响工人的人身安全?对于这一问题,项目安全负责人曾庆涛给出了答案。

  “这是我们在注浆孔上安装的法兰,这是闸阀,这个是高压涌水封闭系统,就是为了保护施工安全的。”曾庆涛指着照片说。顺着他的手指看向电脑屏幕,照片中掌子面上每个钻孔上都安装着法兰盘,有的法兰盘上还像拧紧的瓶盖一样扣紧了阀门。

  “这些法兰并不是拧在掌子面上的。”曾庆涛介绍,贵州路桥集团在孔口管的一端焊上与输浆管三通旋塞配套的法兰盘,钻孔开孔阶段,先用比注浆孔稍大的钻头,根据孔口岩层破碎程度钻2至3米深,然后向孔中注入水泥砂浆或者水泥水玻璃浓浆,随即插入孔口管,待其凝固后在法兰上安装封闭系统,再用稍小的钻头从孔口管内继续钻孔。封闭系统由冲击器封闭器及钻杆封闭器组成,如果发生涌水工人可立即关闭,避免高压涌水沿钻孔冲出,对施工人员及设备造成伤害。

  不仅如此,在贵州路桥集团的带领下,项目部还积极开展微创新,在孔口管法兰的另一端加装了橡皮圈与止浆塞,并安装活动套管和螺帽,活动套管压迫橡皮圈或止浆塞向四周膨胀,与孔壁密贴固定,不仅使得孔口管安装时更加稳定,而且有效避免了高压注浆时漏浆的问题,促进项目建设高效安全推进。

  小巧思往往可以解决大问题。除了在孔口管上加装的橡皮圈与止浆塞之外,微创新在德江隧道的建设过程中几乎随处可见。在隧道内,隧道顶端的引水管管口像喇叭一样的装置引起了记者的注意。

  “这是一种导流器,原理其实很简单。”靳俊奇说,这种简易引流器可以安装在隧道顶端的引水管和注浆孔口管管口,喇叭状的引流器像撑开的伞一样,对从管中涌出的水、泥沙及注浆漏浆进行导向,避免直接冲下对下方进行高压注浆的施工人员及设备造成损伤。因此,在超前钻孔及钻注浆孔时必须安装这个导流器,保证人员设备安全。此外,为防止涌水突然增大造成设备浸水漏电,施工过程中还在隧道外设置了智能断路器,如遇险情可一键快速断电,有效保证了施工设备及人员安全。

  不仅如此,为进一步确保掌子面施工安全,贵州路桥集团还对帷幕注浆工法作了总结与改进,在每段帷幕注浆施工结束后,根据处理深度预留一定厚度的止浆岩盘,预留长度一般为4至6米,进行隧洞开挖施工,开挖至预留桩号时停止开挖。预留止浆岩盘可为下一循环堵水施工提供稳定掌子面,有效保障施工安全。截至目前,德江隧道建设过程中未发生一起安全责任事故。


隧道支护。

党建引领 全面推进

  “险情发生时顾不上想那么多,就想着一定要保证隧道施工安全,不辜负组织对我的期望。”自隧道开工以来,党员曾庆涛始终坚守一线,带头深入现场排查施工风险,保障了隧道施工安全推进。

  “开工的时候我就下定了决心,隧道修多久我就要在项目上坚持多久,现在想来能坚持下来挺不容易。”这是靳俊奇第一次作为项目总工程师接手工作,面对隧道施工技术难度大和工期压力,作为党员的他没有退缩。

  “我是党员,我在前。”面对德江隧道涌水处置难题,项目充分发挥基层党组织战斗堡垒作用,保安全、促生产,项目党员身先士卒,挺身而出,发挥引领,增强合力,攻克难关,助力隧道成功贯通。

  攻坚克难不仅是技术的成果,也得益于贵州路桥集团第一分公司党建工作的有效推进。

  结合项目建设,贵州路桥集团第一分公司结合德江隧道建设,成立了青年突击队和党员先锋队,作为攻坚克难小组,与项目部通力合作。

  同时,贵州路桥集团第一分公司党总支积极创新党建工作思路,以“党建﹢安全”“党建﹢质量”“党建﹢服务”等“党建﹢”工作模式,从多个角度组织党员专家到项目现场对安全质量管理、应急处置、处置方案试验、验证等工作进行指导帮扶,切实找准结合点和着力点,稳人心、保安全、促生产,不断提升工作质量和服务水平。

  2018年1月,贵州路桥集团第一分公司党总支在项目部组建党员突击队和青年突击队对隧道涌水工作进行处置,发挥党员冲锋在前、青年敢打敢拼的作用,带头消化技术疑难,坚持“5﹢2”“白﹢黑”,监控涌水情况和巡察整治安全隐患,加强施工现场涌水处置和安全施工管理,为德江隧道有序推进施工做好保障。

  此外,贵州路桥集团第一分公司以开展创先争优活动为抓手,牢牢把握“不忘初心、牢记使命”主题教育的要求,结合岗位工作践行“走前列,做表率”作用,引导广大党员干部职工在施工生产的关键时刻积极进取、攻坚克难,涌水处置和隧道施工中,增进动力,激发活力,引领广大职工以良好的精神状态、实干的工作作风,投入到各自的工作中,实现了项目质量、安全、进度、效益的全面推进。

  “一般的公路隧道,两年就可以修完。”方永桥说,德江隧道建设者用了两倍的时间,更付出了数倍的心力。“逢山开路,遇水架桥。”贵州路桥集团建设者从来不缺攻坚克难的勇气。未来,他们将继续勇担重任、开拓创新,为贵州省公路建设及加快建设交通强国贡献力量。

  本版图片由贵州路桥集团提供
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