因地制宜创新设计

来源：火狐体育官网登陆网址-钢模具    发布时间：2024-09-09 15:53:46

  人民网成都10月20日电 （王波）10月13日，我国第一台高速公路TBM——“月城凉山号”，在四川省乐山至西昌高速公路大凉山1号隧道所在地完成了最后的现场调试，已进入洞内开始正式掘进作业，标志着西南第一公路长隧——乐西高速大凉山1号隧道施工迈出了最重要的一步。这是TBM首次应用于国内高速公路隧道施工，是该项目设计单位四川省公路规划勘察设计研究院有限公司（以下简称“四川公路设计院”）又一项创新设计。

  乐西高速公路起于乐山市马边彝族自治县，顺接仁沐新高速公路马边支线，经凉山州雷波县、美姑县，止于昭觉县南侧，与西昌至昭通高速公路（G7611线年。作为首条深入大、小凉山腹地的高速公路，乐西高速概算造价近2.2亿元/Km，具有工程规模大、桥隧比例高、地质地形复杂、进场条件差等特点，桥隧比高达83.15%，也是目前四川省内桥隧比最高的高速公路项目。全长15.3Km的大凉山1号隧道，是乐西高速的主要控制性工程，其长度位列全国第四，西南地区第一。隧道设计速度80Km/h。设置1座无轨斜井和1座贯通平导，采用两区段送排式通风，其建设难度极大：一是地质条件复杂，构造发育。穿越多条断层、褶皱，岩体较为破碎，岩溶中等～强烈发育，存在断层破碎带、软岩大变形、涌水突泥、瓦斯、岩溶等不良地质条件，修建难度高，施工风险高；二是环境条件敏感，隧道紧邻大风顶国家级自然保护区、四川省嘛咪泽自然保护区等大熊猫栖息地保护区，对隧道选线存在很大限制，施工环保要求极高。四川公路设计院根据项目真实的情况，因地制宜，做了大量深入细致的工作。

  大凉山1号隧道进口端的8Km，位于雷波县的嘛咪泽自然保护区内，由于受到保护区环境保护的严格限制，无法在区内设置斜井及竖井进行辅助施工，而其他斜井又受到背斜、向斜构造影响，采用常规钻爆法施工，存在施工安全风险高且工期不可控的不利条件。为满足施工安全、运营快速救援及通风需要，四川公路设计院在设计的具体方案中，结合地质及施工场地真实的情况，在隧道左右线之间设置了平行于主洞的贯通平导，首次创新性地提出了“主洞钻爆法+平导TBM”的组合实施工程的方案，填补了国内公路隧道利用TBM施工工艺辅助施工的空白。

  自2017年7月开始进场展开勘察设计工作以来，四川公路设计院运用多种勘察手段，已基本查明了大凉山1号隧道隧址区的地质和环境条件。隧道穿越两处背斜和一处向斜构造，地层岩性复杂多变，地下水发育，特别是黄果洛向斜段涌突水风险极高。基于其特殊的地理位置、复杂的地质条件和严格的保护区环境保护条件限制，在斜、竖井布设受限的前提下，四川公路设计院首先对多种平导方案进行了同精度比较研究，包括3Km平导、8Km平导和贯通平导方案，着重从项目总工期、施工难度与风险、运营通风、防灾救援、工程建设价格等多方面做综合比选，最终选定了贯通平导的设计的具体方案，并初步拟定了直径7.9m敞开式隧道掘进机的施工方案。

  作为国产首台大直径敞开式TBM，“月城凉山号”开挖直径7.93m，整机长度176m，总重1400吨，总装机功率达5200Kw，由四川公路设计院会同TBM设备制造商、施工等多家单位联合攻关研发，并结合乐西高速的工程特点和地质条件，着重对刀盘、主驱动、护盾、初支系统等部件进行了针对性的改进，完成了国产首台大直径敞开式TBM的再制造，实现了TBM设备再利用技术的重大突破。

  四川公路设计院先后调研了国内多家TBM设备制造厂商，并反复前往大瑞铁路高黎贡山隧道、引汉济渭工程、郑万铁路等多个采用TBM施工的铁路、水利工程项目施工现场考察学习，充分调研隧道TBM施工情况并进行设备选型，同时，集思广益，邀请国内外主要TBM设备制造厂商和西南交大、中铁一院、中铁二院、中隧股份等高校、企业的技术专家，多次召开大凉山1号隧道TBM施工专题论证会，从围岩适应性、TBM选型、投资估算、施工组织等多个角度，对本项目采用隧道掘进机实施工程的方案的可行性进行充分论证，并对设计的具体方案进行了5次反复修改，于2019年最终完成了正式施工图勘察设计文件。

  针对大凉山1号隧道的地质条件及可能遭遇的不良地质发育段落，四川公路设计院还联合设备制造厂商，对隧道掘进机进行了针对性的设计及改造，增加了超前预加固设备、钢筋排，扩大了系统锚杆的打设范围，着重改造了超前支护技术，增加了超前管棚钻机。当设备探测到掌子面前方岩体有不稳定状态时，刀盘会自动暂停掘进，钻机将通过注浆等方式加固岩体，以确保后续段落的施工安全。同时针对隧道穿越软岩、断层、高地应力地段，采用了低转速、大扭矩的隧道掘进模式，为本项目的TBM实施工程的方案实施打下了坚实的基础。

  记者了解到，这是我国高速公路隧道行业TBM施工工法的首次尝试，也是公路隧道建设领域的重大创新和突破性技术成果。根据隧址区地质条件预估，传统钻爆法平均月进尺为100～120m，而改为采用主要在铁路、水利工程建设上运用的TBM施工工法后，平均月进尺将达到300～400m，是传统施工工法的2～3倍。以平导掘进为例，如采用钻爆法，本项目仅平导掘进工期就在6年以上，而使用TBM施工，平导工期将大幅缩减至30个月。与此同时，TBM可全天24小时施工，仅需20人左右就可以实现不间断的自动化作业，相较于传统的公路隧道钻爆法施工，非常大地节省人力，也大幅度降低了隧道施工带来的人身安全风险。

  另外，平导TBM施工期间，作为超前洞，能提前探明主洞前方地质条件，充分辅助主洞超前地质预报，降低涌水突泥等不良地质带来的施工风险，协助主洞排水，并通过平导与主洞间的横通道，增设多个主洞作业面，辅助掘进主洞，为超特长隧道的快速施工提供保障，大幅度缩短主洞钻爆法施工工期；运营期间，平导作为服务洞，可辅助主洞进行通风，并可作为独立的防灾救援服务洞、检修养护及临时行车通道，实现快速施工、快速救援、快速疏散、快速排烟和快速日常巡查等功能。

  该项目TBM实施工程的方案的实施，标志着西南地区最长高速公路隧道施工已正式拉开序幕，这将彻底改变国内公路隧道界几十年来“以人力为主”、“小米+步枪”的传统钻爆法施工传统，开启隧道机械化施工的新篇章，在我国公路隧道建设领域具有里程碑的意义。

  目前，乐西高速公路建设正全线年建成通车，作为四川凉山地区落实精准扶贫政策的高速公路，届时将连接乌蒙山集中连片特困区和大、小凉山腹地彝族主要聚居地，结束昭觉、美姑、雷波三县不通高速的历史。项目建成必将助力彝区巩固脱贫攻坚成果，极大方便沿线群众出行，对促进当地旅游产业高质量发展和农副产品流通，推动经济发展具备极其重大意义。

  TBM（Tunnel Boring Machine）全称为：全断面（硬岩）隧道掘进机，是实现破岩掘进、初期支护、出渣等施工工序一体化、流水线连续并行作业的，将机械、电子、液压、激光、控制等技术集成一体的，高度机械化、自动化的大型隧道开挖衬砌成套设备。其具有掘进速度快、安全环保、实施工程质量好、综合效益高等特点，可实现传统钻爆法隧道开挖难以实施的复杂地质条件下隧洞施工，被誉为工程机械中的“掘进机之王”。乐西高速TBM设备（DG785）主要由主机、桥架、后配套等三大部件组成，研发团队结合项目特点，着重对刀盘、主驱动、护盾、初支系统等部件进行了针对性的改进，完成了国产首台大直径敞开式TBM的再制造。