包家山特长公路隧道建设管理经验介绍.doc

包家山特长公路隧道建设管理经验介绍摘 要 11.2公里的包家山特长公路隧道是我国在建的第三长公路隧道。为了将该隧道建成一条高质量的、先进的、符合科学发展观的公路隧道，力争国家科技进步奖和詹天佑土木工程大奖，建设单位在建设管理过程中大胆改革、勇于创新，收到了明显的经济效益和社会效益。本文着重介绍该隧道的建设管理方法及目前的工作进展情况。关键词 包家山隧道 建设 管理 介绍1前言 小河至安康高速公路为包茂高速公路在西安以南路段的组成部分，同时也是陕西省规划的“米”字型公路主骨架中南北向的重要经济干线，属陕西省生产力布局和经济建设的主轴线之一。本工程项目已列入陕西省交通厅公路基本建设计划，项目法人为陕西省交通建设集团公司，项目执行机构为陕西省交通建设集团公司小河至安康高速公路建设项目管理处，设计单位为陕西省公路勘测设计院。小河至安康高速公路位于安康市汉滨、旬阳两县区境内，始于旬阳县小河镇坪槐村，接在建的柞水至小河高速公路，途经小河、桐木、麻坪、茨沟、谭坝、花园、五里等7个乡镇，接拟建的安康至紫阳（陕川界）高速公路及现有国道316线。路线全长57.522公里，计划工期4年，工程投资约51.6亿元，设计行车速度80Km/h，路基宽度24.5米(分离式为12.25米)，双向四车道。全线有各类桥梁77座，隧道28座，桥隧累计长度达41.5km，占路线总里程的72%。 包家山特长隧道位于小康高速公路的咽喉部位，是最艰巨的工程地段之一。该隧道进口位于旬阳县桐木沟，出口位于汉滨区茨沟镇路家沟口，穿越了南秦岭山脉的青山和玉皇山两道山峰，地形崎岖，地势险要，山高沟深，植被茂密，地质构造复杂，地层岩性多变，工程施工难度大。 该隧道不仅在技术而且在工期上都是全线最大的控制性工程，因此，作为本项目的建设管理单位，我们深感责任重大。项目管理处从成立伊始，就在兼职工作的情况下，从初步设计预审阶段开始就介入相关工作，通过查询、走访、及“走出去、引进来”等多种方式，广泛吸收国内外长大隧道建设管理经验，邀请了包括王梦恕院士在内的全国知名专家召开专项咨询会（2005年元月6日8日）；会同有关部门在督促协调设计单位落实专家预审意见的同时，进一步深入细致地多层次、多回合会同专家查找设计中存在的问题。同时，设计院根据专家咨询意见及部、省领导指示，针对包家山隧道增加了技术设计阶段，并邀请国内知名专家于2005年9月13日、10月6日分别对包家山特长隧道的通风系统和防灾救援系统进行了专题研讨。 2005年10月14日，项目建设单位就包家山特长隧道的施工组织方案再次召开专题研讨会，对该项工程的质量、进度、环保及安全施工等关键因素，进行了深层次研讨，广泛吸收各方意见，以此制定了包家山隧道的招标方案和建设大纲。 2006年3月14日，经过公开招投标，中铁十二局集团公司、中铁十八局集团公司及中铁隧道股份有限公司等三家施工单位最终被确认为承包商，武汉大通监理咨询有限责任公司中标该隧道的监理单位。合同段施工单位标段起讫桩号隧道长度（m）斜井（m）竖井（m）监理单位N10合同段中铁十二局集团有限公司YK151+350YK156+50048501#746武汉大通监理咨询有限责任公司ZK151+350ZK156+5004845N11合同段中铁隧道股份有限公司YK156+500YK158+55020503#585.181#243ZK156+500ZK158+5502050N12合同段中铁十八局集团有限公司YK158+550YK162+97042952#890ZK158+550ZK162+9804305 包家山隧道技术难度大，工期异常紧张（由原设计的5年压缩至现在的3年半），制约着整个工程的工期。为了加强对这一重点工程的建设管理，建设管理处成立了“包家山隧道工程建设领导小组”及其办公室，实行专项管理，行使特事特办，确保工程顺利建设。从2006年4月20日开工至4月底，包家山隧道的8个洞口就有5个进洞施工；截至2007年3月底，共完成主洞全断面掘进4374米、二次衬砌2653米、斜井全断面开挖1867米（衬砌337.5米），竖井掘进122.5米（衬砌8.7米）；根据目前施工进度看，尚存在58个月的工期缺口，如何解决异常紧迫的工期瓶颈，已成为本项目迫在眉睫的首要问题。2工程概况2.1地形、地貌 包家山隧道位于旬阳县桐木乡与汉滨区茨沟镇交界的玉皇山分水岭地带。隧道横穿南秦岭山脉，以少土多石的山区为主。旬阳县桐木沟沟床最低，海拔534.8m，玉皇山主峰最高，海拔1371.5 m，区内海拔一般在5001500m之间。隧道南口柴家河一带最低高程为677.4m，向北至分水岭玉皇山，高程为1361m，相对高差约684.6m；隧道北口桐木乡一带最低高程为539.70m左右，向南至青山梁最高高程为1240.2m，相对高差约700.5m；隧道洞身中部有麻坪河通过，地势相对较低，高程为896.8m，与两侧玉皇山、青山相对高差为464.2m和343.4m。2.2气候与气象状况 受地势影响，南秦岭属海拔1000m左右的中高山区，为温带半湿润湿润季风气候，由于受山地垂向变化的影响，气候差异也较大，区内气候为凉亚热带山地气候，1月份平均气温0.6，7月份平均气温 23.7，年平均气温12.2，极端最高气温37.4，极端最低气温-12.6。早霜期始于10月下旬，晚霜终于3月下旬，无霜期225天，年降水量800950mm，雨季一般集中在7月至9月，具春寒、伏旱、夏洪、秋涝的特点。降雪期为11月至翌年2月，积雪厚度一般24cm，最大18cm。高山区气候阴湿，中低山区雨量充沛。2.3隧道平、纵面设计 该隧道上行线进口位于曲线半径R=1100米的圆曲线上，进口段曲线长度460米；出口位于曲线半径R=6000米的圆曲线上，出口段曲线长度480米。下行线进口位于曲线半径R=4000米的圆曲线上，进口段曲线长度100米；出口位于曲线半径R=1240米的圆曲线上，出口段曲线长度595米。线路纵断面为人字坡，线路最大坡度均为1.95%，上行线变坡点K159+543.256，下行变坡点K159+500。2.4隧道地质情况 隧址所在地质构造单元属于秦岭褶皱系南秦岭留坝白河褶皱带，隧道穿越的的山岭位于复式向斜的南翼，地层总体上向北（起点方向）倾斜；区域主要构造线以北西南东向延伸，与路线走向大角度交叉。隧道轴线横穿的主要断裂是麻坪河断裂。地层主要是古生界泥盆系中统大枫沟组（D2d）、石家沟组（D2s）和志留系下统梅子垭组（S1m）；区内地下水赋存的主要形式为构造裂隙水和岩溶水，地下水水质良好，对混凝土无侵蚀性。由于受区域构造影响，隧道区地质构造相对发育，沿隧道共发现断层37条，其中主要断层有13条；主要的褶皱构造有三组，分别为K151+700 K152+500地段、K153+100 K153+490地段及K161+200 K161+900地段；已发现的岩溶异常区有17处。包家山隧道围岩级别划分见下表所示：围岩级别合计右线长度（m）6855782472811195百分比6.0%51.7%42.2%左线长度（m）7405588487211200百分比6.4%50.0%43.6%合计长度（m）142511370960022395百分比6.3%50.8%42.9%2.5设计指标公路等级 高速公路设计行车速度 80Km/h路基宽度 12.5米（单幅）隧道净宽 净-210.25米隧道限高 净-5.0米设计荷载 公路-级 隧道主洞的建筑限界为净宽-10.25m（0.75m检修道0.5m左侧侧向宽度23.75m行车道0.75m右侧侧向宽度0.75m检修道），净空限界高度5.0m。隧道应急停车带建筑限界净宽-13.00m（0.75m检修道0.5m左侧侧向宽度23.75m行车道3.5m右侧侧向宽度0.75m检修道），净空限界高度5.0米，衬砌断面内轮廓采用三心园，应急停车带长度为40m。 车行横洞的间距为750m左右，在两个车行横洞间加设两个人行横洞，车行横洞采用净宽4.5m、净高5.0m曲墙式断面；人行横洞采用净宽2.0m、净高2.5m直墙式断面。行车横洞与行车方向夹角为60，两端与路缘带顺坡，并设置半径不小于5米的转弯喇叭口；行人横洞与行车方向夹角为90，其底面与检修道盖板顶面平齐。 本隧道通风方案采用加射流风机的斜（竖）井送排式纵向分段通风方式，具体如下：上行线采用1号斜井+1号竖井+2号斜井的送排式纵向分段通风，将隧道分为4个段落，分段长度分别为2740、3200、3210、2000m。下行线采用单斜井（3号斜井）送排式纵向通风，将隧道分为2个段落，分段长度分别为5940、5240m。1号竖井直径7.5m，深度243m米； 1号斜井长746m，综合坡度11.66%，总宽度9.10m，总高度6.20m，断面积47.20m2； 2号斜井长890m，综合坡度8.33%； 3号斜井长585.18m，综合坡度36.744%；2、3号斜井断面面积同1号斜井。为了满足施工工期要求，本工程在建设阶段将通风斜井（或竖井）作为施工开辟工作面加以利用。 隧道衬砌结构型式均采用“新奥法”复合式衬砌，其支护衬砌参数见下表：3风险评估及控制根据对地质勘探资料和设计文件的分析，本工程存在的风险主要为：a.含水千枚岩地段易发生围岩大变形；b.软弱围岩地段和断层破碎带可能发生坍塌；c.岩溶地段和断层破碎带有发生突水、突泥的可能。 这些都可能对隧道的施工安全、工期、工程质量造成较大的影响，要求承包商必须对预见到的风险制定防止风险发生的措施和风险发生后的紧急处理预案；从开工以来发生的地质灾害看，也进一步验证了上述地质风险存在的广泛性和严重程度。4存在的主要问题 包家山隧道的长度在国内排名第三，仅次于目前在建的18公里终南山特长公路隧道和12.3公里的宝天高速公路大坪里隧道，在施工通风、防灾救援、建设管理等方面无成功的经验可以借鉴，需要进行专门系统的研究。且包家山隧道与终南山隧道不同之处还在于没有贯通的铁路隧道可依托，无法增加工作面，施工条件、地质条件相对较差。因此，当前及今后将面临如下诸多问题：4.1工期问题 本隧道原设计建设工期为5年， 其合理的土建施工工期应是48个月（ “包家山特长隧道施工组织方案研讨会”专家意见2005年10月）。为了实现省委、省政府关于2009年“国庆节”高速公路通陕南的既定目标，包家山隧道这一控制性工程的工期，也在原设计工期的基础上，压缩至现有的42个月建设工期（06年4月09年9月，其中土建工期要求在08年12月底前完成）。为此，我们正千方百计地加快建设进度。目前完成的施工进度指标统计如下：a级围岩平均月进尺为4550m，级围岩平均月进尺90110m，级围岩平均月进尺为150180m。照此进度，32个月完成土建任务是无法实现的。b不良地质条件对工期的影响。包家山隧道3#斜井自去年四月底进洞以来，洞身一直处于断层破碎带范围内，围岩条件极差，先后发生过三次大的涌水:2006年9月底，强降雨导致3#斜井大面积涌水，最大涌水量超过200m3/h,虽然施工单位按原先制定的应急预案奋力抢险,但由于整个洞身都不同程度的出现了涌水，最终还是导致3#斜井洞内被淹40多米，停工10天。2007年3月3日下午17:20， 3#斜井XJK0+490隧底突然喷出一股管状涌水，水柱的直径约30厘米，起始喷出高度约4050厘米，水体呈红褐色，含大量泥沙，水压较大，涌水量约300400 m3 /小时。同时，在XJK0+080、XJK0+190及XJK0+220等多处出现线状或股状涌水，整个洞身涌水量达到500550 m3/小时。这次涌水水量之大、水势之猛是开工以来罕见，已开挖成形的225米井身及送排风道、左右运输通道全部被淹，影响工期近一个月，造成损失逾六百万。不良地质条件使工期一拖再拖。而且随着掘进的继续深入，发生地质灾害的机率也将随之加大，工期影响将进一步加大。4.2超前地质预报技术 本隧道复杂的地质条件和紧迫的建设工期，要求掌握成熟的超前地质预报技术来确保快速施工和安全生产，但本项目已开展的TSP203超前地质预报技术暴露出局部路段预报准确率低、对含水岩层不敏感等弱点，如何改进值得探讨。4.3 施工通风及排水技术 由于各个斜井（竖井）均为所在标段施工进度管理的关键线路，集中优势兵力全力加快斜井的施工进度已成为包家山隧道进度管理的核心。但同时，斜井（竖井）进入正洞后的施工通风及排水技术又成为一道新的难题，直接影响到施工安全、施工效率及场地文明条件。4.4安全生产 本工程开工不久，已发生了二、三起地质灾害，由于及时启动了紧急预案，未引起人身伤害，但造成了程度不等的经济损失和工期影响；随着掘进的继续深入，特别是N11标3#斜井、1#竖井在进入正洞施工后，发生地质灾害的机率也将随之加大，安全形势不容乐观。5工程技术进步及创优规划 为使本隧道建成一条高质量的、先进的、符合科学发展观的公路隧道，力争国家科技进步奖和詹天佑土木工程大奖，本隧道从初步设计预审阶段开始就广泛吸收国内外长大隧道建设管理经验，多次邀请包括中国工程院王梦恕、梁文灏院士在内的全国知名专家召开专项咨询会，对该项工程的质量、进度、环保、安全及施工专项技术，进行深层次研讨，广泛吸收参建各方意见，使包家山隧道的整体建设水平处于国内领先地位。近期，我们着手开展的技术管理工作主要有：a与长安大学合作，启动软弱围岩地层系统锚杆支护效果研究课题，通过课题研究来确定是否在一定范围内取消系统锚杆。如果试验成功，将为加快施工进度、节约建设成本带来很大效益。b与中铁隧道集团公司科研所合作，开展长大隧道快速施工技术研究课题。通过课题研究，发现并解决各个标段制约快速施工的薄弱环节。c为了减少驾驶人员疲劳，减少安全事故，改善照明景致，我们目前就设立“特殊灯光照明带”的可行性及设计原则，正与有关单位和专家积极探讨。若方案确定， 则与主线开挖一并完成。d委托重庆科研设计研究院在4月底前完成包家山隧道的机电模型开发，同时按照“机电咨询会”的意见，正在进行全线机电仿真课题的探讨和起草阶段。6建议与思考为了确保实现工期目标，各单位从进场开始就超常规创造条件投入到快速施工当中。应该说，包家山隧道目前的外围施工环境是有利的，无论从天时、地利还是人和，均为包家山隧道优质高产建设提供了良好的平台。然而，施工中也暴露出一些问题，突出表现在“四新”成果应用较少，投入的施工机具及施工水平与四、五年前相比，无明显进步和提高。回顾几年来的建设管理工作，值得总结和改进的地方很多。a.取消技术设计和施工图设计阶段，全面引入动态设计，实施信息化施工。本隧道为了查清地质条件和进一步完善设计，在初步设计和施工图设计之间又增加了技术设计阶段，增加设计周期约三个月。实践证明，这一理念不能解决根本问题，反而使压缩后的建设工期更加捉襟见肘。笔者建议：像类似包家山隧道的控制性工程，应全面加大初步设计的深度和广度，在初步设计获得批复后，即可进入招标程序，围岩变化及支护参数调整可通过施工阶段动态设计来完成。这样就可争取到时间用于弥补施工周期不足所带来的弊端，其效益将会十分显著，希望得到有识之士的共鸣和响应。b.现行的高速公路合同管理办法与灵活的隧道建设原则冲突较多，建议交通主管部门制定专门的隧道工程招标范本及建设管理办法，使建设管理行为主动适应地下工程特点。c.我省应尽快推出隧道专业学术带头人及研发基地，使我省在全国及至国际上形成专业优势和品牌。从陕西省范围看，从西汉高速公路秦岭隧道群到包茂高速公路终南山特长隧道，将山岭隧道建设水平提高到新的层次，在国内处领先地位。当前，应尽快推出自己的学术带头人、建立自己的研发基地，将这一优势发扬光大，形成优势产业，以此推动隧道专业的进一步发展。