玉京山隧道施工組織動態管控研究

摘要：玉京山隧道是成貴鐵路上一座單洞雙線客運專線長大隧道，穿越瓦斯突出煤層、巨型溶洞、巖溶發育、破碎富水及淺埋等多種不良地質，周邊環境復雜，施工難度大，安全風險高，工期緊張。施工中，通過對施工組織制約因素分析，實施施工組織方案調整，開展管控對策研究，經攻堅克難，安全完成了該隧道施工任務，確保了全線按期開通運營，可為類似工程提供參考。

關鍵詞：鐵路隧道;瓦斯突出;穿越巨型溶洞;反坡富水;施工組織管理

中圖分類號：U45文獻標識碼：A文章編號：1006—7973（2022）05-0142-04

隨著高速鐵路建設縱深推進，越來越多的長大復雜地質條件隧道不斷出現。如何保證隧道安全按期建成，對參建單位提出更高要求;若施工組織不當，將影響隧道如期建成，甚至制約全線按期開通運營。本文結合玉京山隧道穿越煤系地層、巖溶發育、破碎富水等不良地質情況，以及復雜的周邊環境，分析制約施工組織的主要因素，闡述施工組織方案調整與施工組織管控對策，望為今后類似長大復雜隧道施工組織提供有益參考。

1工程概況

成貴鐵路玉京山隧道為客運專線單洞雙線隧道，進口里程D3K277+860，出口里程D1K284+164，全長6306m，30%。單面上坡，最大埋深約350m。該隧道位于云南省威信縣境內，出口位于縣城，隧址區為中山地貌，地質條件復雜多變，穿越煤系地層、巨型溶洞、巖溶發育、破碎富水、淺埋等不良地質段落，為極高風險隧道，是全線重難點控制性工程。

為加快施工進度，兼顧施工通風等問題，結合地形、地質條件，隧道采用“進口平導+中部（D3K280+700）橫洞”的輔助坑道方案，采取進口、橫洞、出口3個工區組織施工，設計指導性施工組織如下表1所示。

受瓦斯突出煤層、有軌運輸適應性差、巖溶發育、巨型溶洞、洞口房屋拆遷困難等多種不利因素影響，該隧道施工組織方案進行多次調整，并通過加強過程管控，實現了隧道節點工期目標，確保了全線按期開通運營。

2隧道施工組織制約因素

玉京山隧道是一座集瓦斯突出、巖溶發育、破碎富水等多種復雜地質條件于一體的隧道，且周邊環境復雜，經分析，主要存在以下制約施工組織的不利因素：

（1）瓦斯突出。進口D3K279+061～D3K279+500段隧道穿越二疊系龍潭組（P2l）含煤地層，可遇煤11～31層，煤層總厚度最大約4～6m，部分煤層具有突出危險性。施工中，實測C5煤層具有突出危險性，其區域煤層瓦斯含量：平導范圍8.88～10.67m/t，正洞范圍9.35～10.81m/t，均超過《防突規定》判斷突出的臨界值8m/t。由于C5煤層為瓦斯突出煤層，故施工安全風險極高;因瓦斯防突施工具有不確定性，故進口工區工期風險亦高。

（2）巖溶發育。原進口工區隧道D3K279+515～D3K280+310段（長度795m）巖溶強烈發育，調整施工區段后，橫洞工區施工中于D3K279+948揭示一處巨型溶洞。該溶洞平面發育呈“蠶豆”形，沿隧道縱向發育最長約93m，橫向發育最寬約230m;溶洞頂部呈穹窿狀，其頂部與洞底基巖高差約50m～120m;溶洞底部堆積物厚約30m～90m，橫向由右至左呈斜坡向下狀;溶洞左側坡腳發育一條暗河，河面寬5～15m。隧道高懸于溶洞頂板附近，距離堆積物頂面約40～45m。該溶洞空腔體積巨大，洞壁不穩定，水文地質條件復雜，處置方案研究時間長，施工安全風險極高，工期異常緊張。

（3）涌（突）水、涌（突）泥風險。橫洞工區隧道正洞穿越多段巖溶弱～中等發育地段的可溶巖與非可溶巖接觸帶，存在涌（突）水、涌（突）泥風險。施工中于D3K281+700揭示一處巖溶管道水。

（4）富水反坡施工干擾大。出口工區穿越破碎富水帶，設計平常期涌水量11276m/d，雨季最大涌水量22552m/d，為反坡排水施工。

（5）隧道出口位于威信縣城，洞口附近房屋較多，拆遷困難。

3隧道施工組織方案調整

為確保復雜地質長大隧道施工組織有序推進，需在保證安全質量環保的前提條件下，合理劃分施工區段，選擇合適的施工方案，加強施工資源配置，嚴格現場施工組織管理，統籌安排、整體推進施工進度。施工中，按照“抓重點、克難點、保節點”的工作要求，定期分析施工組織推進情況，結合實際，及時進行任務調整、方案優化、資源配置、過程控制等動態管控。玉京山隧道施工組織方案調整主要情況如下：

（1）進口工區有軌運輸方式調整為無軌運輸。由于場地限制，有軌運輸車場布置困難，且有軌運輸也無法避免開挖作業面的無軌機械作業等問題;而無軌運輸較有軌運輸對洞口施工場地要求低、施工組織靈活、有利于工期的保證，同時能有效解決臺階法開挖與有軌運輸方式匹配條件差的困難。為提高玉京山隧道進口工區施工效率，確保施工安全，編制了無軌運輸專項施工方案，采取無軌運輸設備防爆改裝和其他瓦斯防治措施，經專家論證、建設單位及上級主管部門批準后實施。

（2）工區施工任務調整。由于進口為瓦斯突出工區，需通過具有突出危險性煤層，實施防突措施，對進度影響大，工期緊張。受C5煤層瓦斯抽排影響，進度嚴重滯后。為滿足工期要求，經建設單位批準，進口與橫洞工區分界里程由D3K280+415調整為D3K279+600，并將橫洞工區由低瓦斯工區調整為高瓦斯工區管理。

（3）隧道穿越巨型溶洞處置方案。2016年7月，橫洞工區隧道正洞施工揭示巨型溶洞，其地質、水文、工程等條件極為復雜。經地質勘探、方案研究，2018 年12月底最終確定玉京山隧道穿越巨型溶洞的總體處置方案，即“暗河改道+溶洞回填+穹頂防護+回填體中暗挖隧道+橋梁跨越”。

（4）出口工區進洞方案調整。隧道出口位于威信縣城，洞口附近房屋較多，拆遷困難。為減少拆遷滯后對工期的不利影響，將出口工區由洞口D1K284+164進洞調整為淺埋明挖段D3K283+800～+850進洞，實現了盡早進洞施工目標。

4隧道施工組織管控對策

為有效推進玉京山隧道施工組織，攻克施工難點，采取了如下管控對策：

（1）隧道超前地質預報。玉京山隧道地質復雜多變，實施超前地質預報是進一步探明隧道地質條件的重要手段，也是做好方案優化、保障施工安全、質量和工期的基礎，納入施工工序管理。該隧道采用地質分析法、超前水平鉆探、加深炮孔、TSP隧道地震波反射法、地質雷達、紅外探測等手段的綜合預報。施工單位實施地質分析、超前水平鉆探、加深炮孔，委托具有相關資質的第三方單位實施其他預報與綜合預報分析。煤層段的超前地質預報、煤與瓦斯突出評價工作由被委托的煤科院負責實施，保證了預報、評價的準確性。建立超前預報工作信息管理平臺，使預報工作與現場施工組織有效銜接，及時反饋預報成果，以便對不良地質段落制定有針對性的施工處理措施。如，在超前地質預報中發現D3K281+700處存在巖溶管道水，采取長距離鉆孔排水消能，并按照“邊探邊掘”的原則，加強掘進工作面的加深炮孔工作，消除了開挖中的突水突泥風險。

（2）瓦斯突出工區施工。進口工區隧道穿越煤層段長439m，煤層具有突出危險性，是全線唯一瓦斯突出工區，需進行瓦斯防突，施工安全風險極高，工期具有不確定性。為提高施工效率，經比選論證，采用無軌運輸方式。為避免因無軌運輸設備產生的高溫或火花引起瓦斯爆炸，借鑒西成鐵路黃家梁隧道、渝黔鐵路天坪隧道等無軌運輸施工經驗，對洞內施工機械設備進行防爆改裝，包括挖掘機、裝載機、自卸汽車、混凝土罐車、噴射混凝土機、混凝土輸送泵、二襯臺車等。機械設備改裝包括對設備動力系統改裝和電力系統改裝，委托有資質的單位實施，通過政府監督部門驗收且驗收合格，滿足TB10120-2002《鐵路瓦斯隧道技術規范》中“隧道內高瓦斯工區和瓦斯突出工區的電氣設備與作業機械必須使用防爆型”要求才能投入使用。使用過程中，嚴格設備改裝出廠合格證明控制、進場防爆性能測試驗收、日常檢查與維護管理，確保防爆性能可靠有效。

為確保玉京山隧道進口瓦斯突出工區施工安全，編制了揭煤防突專項施工、超前地質預報、施工通風、瓦斯監測等方案和應急預案，采用“超前鉆孔探瓦斯，晝夜監控測瓦斯，嚴控火源防瓦斯，加強通風治瓦斯”的綜合防災技術。除對無軌運輸設備進行防爆改裝外，還采取如下主要瓦斯防治措施：①對隧道通風、瓦斯監測、瓦斯防突、爆破作業等采用專業化班組作業;②洞內配置防爆型設備，電力供應和電氣設備嚴格執行“三專兩閉鎖”和“MA”準入制度;③嚴格洞口24小時門禁管理，嚴禁火源進洞;④嚴格超前地質預報與瓦斯危險性評估工序管理;⑤采用雙風機、雙風管的壓入式通風方案，保障不間斷通風;⑥采用“瓦斯人工檢測+瓦斯自動監控報警系統”的雙監測機制;⑦采用水壓爆破，使用煤礦許用炸藥和雷管，煤層段采用洞外起爆;⑧洞內執行動火審批制度;⑨瓦斯突出煤層嚴格落實區域、局部兩個“四位一體”防突措施，其中C5煤層區域防突措施為穿煤層鉆孔預抽排瓦斯，局部防突措施為工作面鉆孔自然排放瓦斯。

（3）調整任務施工管控。受進口揭煤施工進度嚴重滯后影響，將橫洞工區進口方向施工范圍予以延長，并將橫洞工區由低瓦斯工區調整為高瓦斯工區管理，洞內移動設備調整為防爆型設備，通風方案也進行同步調整。橫洞工區巨型溶洞揭示后，為給地質勘探和現場處理提供作業條件，洞內增設一處輔助施工通道，并加快進口平導施工，使其盡早與溶洞大廳連通，于2017年3月實現貫通;在平導內增設一處橫通道，于D3K279+780處迂回施工與溶洞相連的進口端隧道正洞。及時實施進口與橫洞工區施工任務調整，為巨型溶洞發現及處理提前工期約15個月。進口與橫洞工區貫通后，對隧道整體施工通風方案進行再次調整，并加強洞內作業區域的風速、風向、瓦斯濃度監測，建立瓦斯與風機管理聯動機制，保證了施工期的有效通風。

（4）隧道穿越巨型溶洞處置。玉京山隧道穿越巨型溶洞面臨溶洞空腔巨大、洞壁不穩定、水文條件復雜、線路高懸于溶洞頂板附近等諸多困難，其處置方案復雜：①為溶洞地質勘探、暗河改移及溶洞回填，設置多條不同高程的施工輔助通道;②為避免暗河水對施工及運營產生不利影響，采用泄水洞對暗河水改道;③為提供隧道拱部開挖作業平臺，消除后期溶洞壁不穩定等不利因素，采用隧道洞渣為主的填料對溶洞大廳進行滿填;④為解決圍巖永久穩定問題，對隧道拱部的溶洞頂板采用“錨索-錨網噴鋼纖維混凝土”綜合防護;⑤考慮回填體的沉降不確定性，為避免運營期間發生無砟軌道線路沉降，采用橋梁跨越溶洞;⑥為避免溶洞頂板與回填體對橋梁線路造成運營安全影響，在回填體中設置隧道襯砌結構防護;⑦為保證運營期排水通暢，增設與洞外聯通的排水通道。

從溶洞地質勘探到處置方案確定過程時間長，按照“邊設計、邊施工、邊優化”的原則組織推進。通過開展專題技術研究，優化施工方案，強化現場施工組織，確保了項目安全、優質、按期完成。2018年12月底確定最終處置方案時，剩余回填體內暗挖隧道、跨越溶洞段197m長的現澆連續梁等工程未施工。為確保成貴鐵路于2019年底全線建成運營，研究制定了“先橋梁支架現澆、后隧道二次襯砌”的橋隧綜合施工方案。為解決回填體內432m超大斷面隧道開挖難題，縮短作業時間，對隧道兩側回填體進行深孔控域超前注漿加固，研發了“五臺階設鋼管臨時橫撐”的隧道開挖支護工法，實現安全快速施工。為解決暗挖隧道二次襯砌與橋梁現澆的交叉施工干擾難題，運用BIM信息化技術，對施工工序進行模擬分析，發現了交叉作業工序相互碰撞問題，研制了隧道邊墻二次襯砌內拉法加固模架體系、隧道拱部二次襯砌可移動支架模架體系，于2019年7月完成，實現了橋隧組合的高效施工。為解決沉降變形觀測期不足問題，開展了溶洞處理段橋梁與隧道工程的變形觀測與評估研究，采取加密變形觀測點布置、加大觀測頻次，提早進行評估分析，為盡早施工無砟軌道創造了條件;通過對連續梁長期收縮徐變（1500d）計算分析，結合WJ-8B扣件軌下墊板可調范圍，對連續梁主跨108m段上的WJ-8B扣件鋪設進行優化調整，即施工時預先在軌下墊板下鋪設5mm軌下微調墊板。經運營考驗，線路未出現異常變化。

（5）出口反坡工區施工。受洞口房屋拆遷影響，出口工區調整為淺埋明挖段進洞。進洞前，先對地表自然水溝和既有鄉村道路改移，避免自然水系和運輸車輛對隧道施工造成影響。出口工區圍巖破碎、裂隙水發育，采取“周邊注漿為主、超前注漿為輔”的處理措施。為解決反坡富水的施工干擾難題，編制了反坡排水實施方案，采用梯級抽排水至洞外，即將仰拱端頭臨時集水井內的水抽到相鄰泵級站內、再由各泵級站抽排至洞外自然排水溝，實現了反坡富水段順利施工。

5結束語

（1）采取無軌運輸設備防爆改造、瓦斯抽排等瓦斯防治措施，實現了瓦斯突出煤層段隧道施工安全。

（2）及時實施施工任務調整，提前揭示巨型溶洞，有利于縮短隧道總體工期。

（3）按照“邊設計、邊施工、邊優化”原則，開展隧道穿越巨型溶洞處置專題研究，實現了高效施工。

綜上所述，針對該隧道瓦斯突出、巨型溶洞、反坡富水等多種不良地質，以及復雜的周邊環境，分析施工組織制約因素，實施方案調整，研究管控對策，嚴格動態管理，經攻堅克難，于2019年7月完成該隧道施工，確保了全線2019年底開通運營，可為類似工程提供參考。

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