成武高速公路陇南武都西特长隧道建设纪实
原标题：隧道掘进历艰险千日鏖战终有成——成武高速公路武都西特长隧道建设纪实
焦旭周 高新民 马军萍
题记
仲秋的陇南，正是收获的时节。花椒红了，核桃熟了，橄榄果压弯了枝头…… 8月31日，白龙江畔红旗漫卷，捷报回响，成武高速公路武都西特长隧道双线安全贯通了。此刻，1200多个日夜的期盼终成现实，一隧横贯没水山南北，成武武罐高速终牵手。可谁能想到，曾经，这座隧道一直与高温、塌方、变形这些词相连；曾经，这座隧道一直与专家会、演兵场、攻坚战这些场景相伴；曾经，这座隧道让多少领导牵肠挂肚，多少建设者辗转难眠……无路难开路更难！如今，长隧贯通，站在巍巍没水山巅，俯视涛涛白龙江水，这山这水仿佛还在谈论着那段艰险的施工历程……
抽精兵吹响集结号
破坚冰开辟主战场
成武高速公路武都西隧道为分离式特长隧道，左线全长3763m，右线全长3781m。隧道净宽10.25m，净高5.0m，采用双向四车道高速公路标准建设。隧道地处剥蚀中山地貌区，地面标高1036—2074m，山体地形较陡，中间高两端低。隧道进口位于省道S205线右侧上方，接北峪河12号大桥，穿越上没水山，出口接上跨国道G212线和白龙江的武都西互通立交，与武罐高速公路连通，是成武高速的控制性工程之一，其建设难度位居整个成武高速之首，由中铁隧道集团成武十七标和甘肃路桥建设集团成武十八标共同承担施工。
甘肃路桥建设集团成武十八标中标承建武都西隧道出口段，左线全长1883米，右线全长1892米，隧道最大埋深992米，存在高地应力，原设计文件描述：武都西隧道地处大院—殿沟里断层(F5)，为志留系内部逆冲断层，志留系上部硅质条带白云质灰岩逆冲在志留系碳质千枚岩之上，属武都山字形构造体系白龙江大断裂次生断裂。断层下盘为白龙江群下部千枚岩、碳质灰岩、泥灰岩，岩体破碎，强度低，上盘为白龙江群第二段灰岩，中薄层灰岩、千枚岩互层，强度较低，极破碎。设计文件指出断层处发育有2处次生断层，其中一条与隧道出口800米处呈大角度相交。
面对这些复杂的地质特点，甘肃路桥建设集团深知施工过程中将会遇到前所未有的难题，为此，集团领导层高度重视，针对施工任务重，技术难度大，施工条件艰苦的形势，通过公开竞聘选拔出了项目三大负责人，并抽调了一批技术过硬、锐意进取的管理人员组建起项目部，成立了一支敢打硬仗的攻坚队伍。首批人员于2010年12月25日迅速集结，进驻工地展开工作。
为了尽快开辟主战场，尽早开始隧道掘进，从进场之日起，项目部全体人员就以饱满的精神满负荷工作，来回奔波，积极协调，租临时用地，改移高压线、迁改光缆，迁移坟墓，进而打通施工便道、建设人员驻地、拌和站，再到接通动力用电，开挖明洞、施做管棚、套拱。可是，由于当地土地稀少，群众对每一寸土地都视如珍宝，使得每项工作推进都困难重重。困难面前绝不低头，这是甘肃路桥建设者长期形成的优秀品质。在那段时间，技术人员和协调部门的同志起早贪黑，进村入户做群众工作，集思广益定施工方案，一一破解了这些难题。终于，在既定的时间内，武都西隧道左线于2011年4月29日开始洞身掘进，右线于2011年6月11日开始洞身掘进，正式开始主场作战。此后的岁月里，他们凭借顽强的意志，攻克了一道道难题，也取得了一项又一项成果。
控制性工程遇上“软岩大变形”难题
2012年4月25日，在左线掘进至748m时，离掌子面8米位置已施工完成的初衬混凝土出现了环向开裂掉皮现象，直至最后混凝土脱落、钢拱架扭曲变形。4月28日，开裂段迅速扩大，喷射混凝土剥落，钢拱架严重扭曲、内鼓侵限，支护结构受到严重破坏。2012年5月15日，右线掘进至747m时，离掌子面10米位置已施工完成的初衬混凝土出现了环向开裂、掉皮现象，直至最后混凝土脱落、钢拱架扭曲变形。
自此开始，围岩持续为千枚化的碳质页岩，产状紊乱，褶皱明显，节理发育，岩体极为破碎，施工过程中围岩斜向层理变化明显，在层理为斜向或竖向时围岩较稳定，开挖时塌方较少，层理为水平或明显褶皱时，围岩极不稳定，即使采用机械开挖，也塌方较多。
为此，建设单位经过反复论证，2012年9月23日的专家会确定该隧道遇到了罕见的“软岩大变形段”，决定调整为双层工字钢支护形式。“软岩大变形”这一世界性难题也首次进入了武都西隧道出口段建设者们的视野。
付出了诸多艰辛和代价，武都西隧道的建设者们终于认识到了该隧道地质的复杂性，尽管采取了较强的双层支护和短开挖快成环的措施，但掌子面的塌方仍然频频发生，围岩应力间歇性释放后，部分钢支撑变形，严重内鼓侵限，受隧道围岩皱褶隆挤压力影响，还会在围岩侧面形成空洞，只有对变形的拱架进行更换，再用喷射混凝土填实，才能保证围岩的稳定。
经粗略统计，甘肃路桥建设集团承建的隧道出口端，在掘进中就累计发生塌方44次。其中200立方米以上塌方1次，100立方米以上塌方9次，50立方米以上塌方12次，20立方米以上塌方22次，20立方米以下小型塌方时有发生。尤其严重的是在进行换拱作业的时候又发生了塌方，施工人员只能以抢险的方式突击支护。大家记忆最深的就是2012年10月26日，YK86+672—YK86+659段右侧初衬发生剧烈收敛，拱顶右侧拱架被剪切破坏，发生连续塌方，历时80天才处理完成。在2012年4月至2014年4月期间，平均每天进尺0.9米，最慢的一个月仅仅掘进了17米，真是尺尺艰险！
中铁隧道集团承建的隧道进口段，左线全长1880米，右线全长1889米。于2011年4月3日开始斜井施工，2011年5月9日开始正洞掘进。进口段围岩同样为中风化灰岩，刚一进洞，右线掌子面就发生了塌方，掘进也是困难重重。2011年9月7日隧道右线掌子面突然出现涌水，2012年6月19日，隧道左线掌子面再次出现涌水，此后左右线在掘进过程中先后发生较大的突发涌水8次，最小涌水量约每小时80m3，最大涌水量约每小时350 m3。涌水导致掌子面坍塌，已施工完成的初支拱架垮塌，大水淹没隧道，造成工期损失170多天。尤其是2013年3月29日右线掌子面拱顶中线处出现股状涌水,抽水持续9天水势还不见减小，于是施工单位在掌子面钻孔释放水压力，准备待水压减小后进行注浆堵水，不料水量突然加大，达到每小时300m3，整个隧道被水淹没90cm，积水最深处达到3m，请专家踏勘时只能划船进出。涌水处治方案确定后，施工单位增加抽水设备全力进行排水处理和支护，经过近3个月的奋战，才艰难地通过了涌水段。
2014年，在掌子面掘进接近分界点时，左线有9米，右线有45米已初支未衬砌段落边墙收敛速度增大，初支开裂，型钢拱架连续多榀发生剪断、扭曲现象，混凝土剥壳掉块严重，初期支护多处喷射混凝土环向开裂。边墙收敛和拱顶沉降达到35cm，并且继续加大，初期支护拱脚和部分拱腰侵限二衬20多厘米，经认真研究，最终采取更换已侵限初期支护，同时加强二衬配筋，提高二次衬砌混凝土标号的方案完成施工。
直面困难攻难关齐心协力破难题
向前掘进举步维艰，后面病害又不断扩大，真是“屋漏偏逢连夜雨”。时间一天天过去，如何保证按期完工，沉重的负担压在建设者头上，有位多年从事公路建设的专家说过一句经典的话：“光说难度大、压力大没有用，关键在于想办法，解决难题。”面对难题，建设单位高度重视，自从隧道发生大变形后，建设单位先后组织国内和省内专家召开了13次专家会，研究论证支护方案、变形处治方案和检测评估方案。施工单位甘肃路桥建设集团积极邀请了包括交通运输部公路科学研究院、长安大学、兰州交通大学等20多个单位的研究员、教授级高工、教授60多人次先后为武都西隧道把脉开方，有效解决了各类施工难题，合力形成了隧道的支护方案和病害处治方案。
由于武都西隧道所处的地质条件复杂，在甘肃省乃至全国均没有可循的先例和可借鉴的经验，许多工作只能是摸着石头过河。建设单位、设计单位、监理单位和施工单位上下一心、咬定青山不放松，难题一个个被破解。加大初期支护型钢规格后，拱脚处的小半径加工成为难题，技术人员通过学习和讨教，研究出了采用焊接H型钢技术解决该问题，经过力学试验和现场使用，完全达到设计要求。二衬钢筋加强加密后，钢筋保护层控制成为难题，技术人员通过多次技术分析研究，投入环形钢筋保护层垫块、直螺纹套筒连接等技术，有效改善了二衬混凝土钢筋保护层。针对武都西隧道复杂的地质条件，为减少扰动，探索采用了铣挖机开挖掘进，并在施工过程中逐一解决了扬尘大、围岩变异性大、作业面狭小等难题，初步达到了对围岩扰动更小，控制超欠挖更好和有效避免塌方的效果，提高了武都西隧道的施工效率，也为软岩大变形段的隧道施工积累了宝贵的经验。二衬开裂病害处治需要先沿隧道环向施作6米长钢花管并注浆，对围岩进行全断面加固，然后再拆除重置。由于二衬内钢筋密布，初衬内还有拱架，风枪根本无法施工。常规的钻机只能在2米高度范围内打孔，且打孔角度不能保证与拱圈垂直，遇到钢筋、拱架又得挪位置重钻，难题层出不穷，工期又紧迫。于是，工程技术人员、设备技术人员联合行动，分析探索，最终发明了一种扇形台架，用于打孔定位，采用全液压钻机配合金刚石钻头，直接穿透钢筋打孔，成功攻克了这一技术难题。如何保证注浆时管口的封闭，形成压力，技术人员探索使用细麻绳浸水塞缝，水玻璃砂浆封缝，用水暖工程上用的球阀、逆止阀封闭注浆管，问题解决了，效果还不错。
开裂的二衬混凝土拆除安全风险高，要求两米一段采用静态拆除，但混凝土连成整体，如何化整为零。十八标项目部人员从网上了解到目前国内外有一种液压切割墙锯，可以切断混凝土和钢筋，听说成都有一处工地正在使用，立马派人赴成都施工现场实地考察，认为可行后迅速购买了两台混凝土液压切割墙锯，用于开裂二衬混凝土和钢筋的切割。二衬切割问题解决了，拆除又出现了难题。拱脚、拱腰处在墙锯切割后，2米一段直接破碎锤就可以凿掉。但拱顶用破碎锤凿不上，设备部门再次在业内积极联系，了解到有一种平破碎锤可以反装，“还等什么，赶紧上”，反装平破碎锤的投入，彻底解决了拱顶二衬混凝土的拆除问题。二衬拆除后，初衬局部变形严重，若用225的大挖机带135型破碎锤拆除，由于作业半径问题，好的坏的将会被全部拆掉。“要保证质量，但也不能浪费啊”，技术分析会上，所有管理者的意见高度一致，“必须想办法”！任务交给设备部，在24小时内必须解决。“世上无难事，只怕有心人”，设备部人员赶紧着手咨询、验算，既要动力充足，又要小巧灵活。最终选择了150挖掘机带100型破碎锤，但通过多方联系，兰州仅有的五台全部上地铁了，武都境内仅有的一台，还在舟曲干活，半个月后才能过来。几番周折，150型挖掘机带100型破碎锤到达武都西隧道，披挂上阵，经实践检验，完全达到预期目的。同样的探索，同样的果敢，多角度倾斜作业水钻机、锚固钻机、潜孔钻机、液压坑道钻、混凝土劈裂机、英格索拉全自动钻机、双液注浆机、一体式注浆机等施工机械陆续引进了……
2014年6月7日，检测单位长安大学检测预报组紧急发出预警，隧道左线距离掌子面40米处围岩压应力达到0.975Mpa，此时距离贯通仅仅剩余20米，建设单位迅速召集设计、施工单位研究贯通方案，最终确定了先跟进仰拱和二衬、喷射混凝土密闭围岩后挖小导洞贯通，再扩挖支护的技术方案，在两家施工单位的通力配合下，隧道左线于6月23日安全贯通。
2014年8月23日，隧道右线剩余13米时，长安大学检测预报组监测发现围岩压应力达到2.12Mpa，建设单位再次召集设计、监理和施工单位召开现场办公会议，研究确定了采用洞内管棚技术加固围岩后再贯通的方案，并对贯通前的安全施工及施工要点进行强调，隧道右线按照既定方案实现安全贯通。
人心齐，泰山移。一个个难题最终被强大的群体智慧战胜，隧道掘进稳步推进，病害处治逐步提速，全体建设者齐心协力，咬紧牙关向完工目标挺进。
实干加巧干打赢攻坚战
隧道施工期间，面对困难，施工单位没有退缩，坚持“理清思路、科学分析、统筹安排、精细管理”的理念，审时度势，因势利导，制定了“思想上高度重视、措施上积极跟进、执行上有力到位、监督上层层落实”的组织措施和“抓进度、保安全、提质量、促和谐”的管理思路。思想既已统一、目标得以明确，关键在于执行。为此，十八标项目经理进一步提出了“实干加巧干，打赢攻坚战”的口号，并在QQ群里作了诠释：“实干，就是实实在在地干，结合实际地干。巧干，就是做事有方法，有思路，讲技术，先难后易，巧妙地干。”要求全体管理人员扑下身子抓管理、放下架子搞服务、甩开膀子干工作，全面提升项目整体管控水平和现场管理的精细化、规范化、标准化。项目部成立了专项的安全管理小组、质量控制小组、技术攻关小组，由项目经理、项目副经理及项目总工分别担任组长，将工作逐级分解至对口部门、组员，进一步明确责任。通过定期或不定期召开生产调度会、安全例会、质量分析会、技术分析会、部务会议等，对出现的问题进行分析，制定整改措施及治理方法，及时处理和解决问题。
“保证安全是第一要务。”施工单位深刻认识到安全是这座隧道施工的重中之重，是进度和效益的前提。为此，在聘请长安大学检测组对隧道进行地质超前预报和监控量测的同时，还委托该单位分段在隧道初衬、二衬内侧埋设压力盒，监测各断面不同部位的压力，为现场安全施工提供科学的依据。组织专业人员对武都西隧道掘进施工和病害处治施工风险点进行了评估，制订了风险防控预案。同时，加强安全警示教育，以集中安全教育学习、班前交底、三级安全交底、召开安全专项会议等形式传达安全生产形势、普及安全知识、部署安全工作。认真落实“项目负责人施工现场带班制”和“一岗双责”制度，明确项目管理人员管生产必须管安全的职责，形成全员安全管理氛围。通过开展“反三违”“安全标准化”“安全专项整治”“专项整治回头看”“安全生产月”等活动，有效促进和保障了项目施工安全。
随着对施工原材料的严格把关和先进设备、机具的投入，施工质量控制的关键已转入到对施工细节质量的提升上。施工单位多策并举，严控施工薄弱环节，狠抓工程质量细节。从管理体制上，安排质检负责人带领质检部人员独立开展工作，质检员轮流倒班，24小时现场巡察，实现无缝隙质量监督。严格执行自检、互检和专检制度，尤其对关键工序和隐蔽工程加大巡查力度，并配套处罚措施。从组织管理上，积极组织技术管理人员和施工班组组长开展学习，邀请重庆交通大学李学富教授进行了隧道施工技术讲座，邀请集团内部隧道专家进行施工技术和质量管理讲座，并观看专业知识课件，提高管理人员技术水平。以先进的技术保质量，对施工中容易发生的质量弊病做到事前预防、过程控制。如组织专业化的钢筋班组对二衬及仰拱钢筋进行专项施工，成立专业注浆班组，对系统、锁脚锚杆进行注浆等措施，有效提升了施工细节质量。从监督体系上，施工单位工地实验室全覆盖进行自检，仰拱每20米钻芯取样，二衬全断面雷达探测。发现缺陷，及时分析原因，落实整改。项目中心实验室按照规定频率实时跟踪复检，还请中铁西北科学研究院进行第三方检测。真抓实干加上科学管理，使得施工质量持续提升。
为了赶进度，施工单位结合现场实际，制订详细的施工计划，认真按照计划组织实施。十八标项目部开展“大干100天”劳动竞赛活动和“大干80天”劳动竞赛活动，有力的促进了生产。同时，施工单位还自主召开现场会、内部观摩会，加强决策效率，倡导交流学习，推动项目高效进展。
自从隧道进入软岩大变形段后，施工人员的士气一度受挫，而且随着时间的煎熬越来越疲惫。施工单位领导班子坚持一手抓施工生产、一手抓团队建设。积极探索管理新思路、新举措，提出了“逆境管理”理念，积极引导和鼓励参见人员不气馁、不放弃，把曾经创造“质量样板工地”“安全生产标准化项目部”“平安工地示范合同段”的干劲再拿出来，团结一致渡难关。项目部成立了评先选优小组，从“积极主动、求精创新、敢为人先、义无反顾、勇于担当、团结协作”六个方面每月评选奖励四名奉献之星。把项目人员分成“管理与服务”“技术与施工”“安全与质量”“内勤与保障”四个团队开展竞赛，每月评选奖励一个优秀团队。项目部还不定期开展主题活跃的团队聚会活动，进一步增强团队凝聚力。在干中学，在学中干，参战的人员也都感觉提升了素质，磨练了意志，锻炼了才干。
实干加巧干，成武18标这支以80后为主的团队，用他们的实干和笃行，用他们的慎思和创新、用他们的匠心和开拓，长隧砺剑，鏖战四年，人人是战士，个个都打响，最终打赢了这场攻坚战。
喜看辛劳结硕果遍地英雄下夕烟
武都西隧道所在山体遇到的软岩大变形具有流变体特性，隧道衬砌结构施工后容易出现较大的收敛和变形，在隧道开挖及支护过程中稍不注意就有可能引起塌方，并造成初期支护钢拱架扭曲、剪断和砼开裂掉块的危险。掌子面温度即使在大型通风机开足马力工作的情况下仍然在38℃左右，加之炭质页岩风化后粉尘较多，尽管采取了洒水降尘和吸尘机吸尘，环境仍然较差。在掌子面待3分钟就会大汗淋漓、满面灰尘。
跨越了4个年头的武都西隧道掘进历程，漫长而又艰辛。但他们却从没后退，始终坚守在灰暗而单调的隧道里，同舟共济，知难而进，愈挫愈勇。在隧道施工建设中，项目三大负责人白天夜间轮流带班，在他们的带领下，隧道施工人员各个铆足了干劲。面对困难不服输、面对成绩不自满，面对任务不松劲，以饱满的工作热情，迎接每一次、每一天的挑战……“累也乐，苦也甜”，因为他们富有革命的乐观主义精神。摔倒了，诙谐地说是拜了一下土地神。掌子面温度高，说是免费蒸桑拿。一身土两脚泥，说“八路军也是泥腿子”。且看技术员小刘在QQ群里发的自嘲诗：“隧道里苦逼的我们，没时间消费，银行卡数字有增无减，也值得安慰……隧道里很热，想想心爱的姑娘越来越漂亮，心情不低落，我们是夏天里的一把火！”“这里正在进行一场战斗，好多场景让我感动，我仿佛看到狼烟滚滚、万马战犹酣！”——隧道安全员小南发的微信。
掌子面刚开挖完时，是温度最高的时候，喷浆班的工人得马上实施速喷，然后立架班的工人就得马上支立拱架，开挖班的人员打系统和锁脚锚杆，喷浆班的工人又得进洞喷射初衬混凝土。每个班组在洞内连续工作都是5到6个小时。由于一直是三台阶施工、立双层拱架，工作面狭小，拱架全部要靠至少13名工人人抬肩抗来连接和焊接。38℃的高温下进行重体力活，加上油烟粉尘和狭窄的工作台，辛苦程度不难想象。提到注浆班组，他们每天都和水泥浆接触，穿着雨鞋，带皮手套，时间长了脚都捂烂了，漏进去的水泥浆把手和胳膊也蚀烂了，擦上药膏还在坚持上班。还有墙锯切割班、仰拱更换班的工人，他们都是顶着高温，冒着烟尘在和时间赛跑，坚毅地推进着施工进展。为加快隧道病害处治进度，高峰时洞内投入大小钻机26台，电焊机、压浆机、切割墙锯、空压机30多台，仰拱跳槽更换时，洞内200米范围要通过6道栈桥，所以电工、装载机司机、挖掘机司机、自卸车司机都练成了高手，因为技术差得都已自行淘汰。混凝土罐车既要通过栈桥，还要在洞内10米宽范围内掉头，(因为加宽段也在处治仰拱)，想起来确实不容易。“这里真是个‘魔鬼训练营’，把人都练成了‘特种兵’！”——刚从建筑职业学院建筑电气专业毕业的小李电工说。
的确，这是一场人与自然的较量，一场智慧与难题的较量。1200多个日夜，建设者们用坚强的意志和必胜的信念，通过科技创新攻克了重重难关，武都西隧道终于贯通了。