陳錫武, 張 濤, 陳思陽, 高 勇

(1.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 四川成都 610031; 2.中鐵十九局集團(tuán)有限公司， 廣東珠海 519020)

躍龍門隧道洪災(zāi)后輔助坑道方案研究

陳錫武1, 張 濤1, 陳思陽2, 高 勇2

(1.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 四川成都 610031; 2.中鐵十九局集團(tuán)有限公司， 廣東珠海 519020)

躍龍門隧道為新建成都至蘭州鐵路重點(diǎn)工程及控制性工程，為雙洞分修隧道，左線全長(zhǎng)19 981 m，右線全長(zhǎng)20 042 m。隧道穿越龍門山中央斷裂帶，地質(zhì)條件極其復(fù)雜，該隧道施工風(fēng)險(xiǎn)高，工期壓力極大。2013年“7·9”洪災(zāi)，造成控制工期的兩處輔助坑道損毀，需另行研究輔助坑道方案。文章結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)、地形條件，為解決施工組織、運(yùn)營(yíng)排水問題，并考慮改善施工通風(fēng)和施工運(yùn)輸條件，經(jīng)過大范圍的方案比選，給出了相對(duì)較優(yōu)的方案。文章介紹了洪災(zāi)后隧道輔助坑道選擇的思路及方法，以期對(duì)類似工程有借鑒意義。

特長(zhǎng)隧道； 洪災(zāi)； 輔助坑道； 斜井+泄水洞

特長(zhǎng)隧道施工中，為加快施工進(jìn)度，常常采用設(shè)置輔助坑道的措施來完成。輔助坑道不僅能增加同時(shí)作業(yè)的掌子面數(shù)目，縮短工期，還能起到改善施工通風(fēng)、施工排水、運(yùn)營(yíng)排水和施工運(yùn)輸?shù)淖饔?，保證施工的安全。躍龍門隧道受地質(zhì)、地形條件限制，輔助坑道設(shè)置條件較差，特別是2013年“7·9”洪災(zāi)，損毀兩處控制工期的輔助坑道，另行設(shè)置輔助坑道的條件更差。本文僅介紹洪災(zāi)后躍龍門隧道2號(hào)橫洞調(diào)整方案的比選分析，并給出了相對(duì)較優(yōu)方案。

1 概況

躍龍門隧道連接四川省安縣和茂縣兩地，穿越龍門山山脈，為雙洞分修隧道，左線全長(zhǎng)19 981 m、右線全長(zhǎng)20 042 m，單面上坡，最大埋深1 450 m。洞身通過地層主要為白云質(zhì)灰?guī)r，粉砂巖、磷灰?guī)r，千枚巖、炭質(zhì)千枚巖夾灰?guī)r，輝綠巖，硅質(zhì)巖、頁巖、炭質(zhì)頁巖夾灰?guī)r、白云巖等；洞身共發(fā)育5條斷層2條向斜2條背斜，其中1條為活動(dòng)斷裂。施工圖設(shè)計(jì)輔助坑道采用“3橫+2斜+1平”方案，均采用無軌運(yùn)輸。

2013年雨季，龍門山區(qū)域普降特大暴雨，降雨量超歷史極值4倍，加之“5·12”汶川地震影響，該區(qū)域爆發(fā)大范圍、高強(qiáng)度泥石流。2號(hào)橫洞工區(qū)泥石流淤積至洞口，一次淤積高度達(dá)20 m，施工便道、洞口場(chǎng)地、設(shè)施等被摧毀。災(zāi)后開展了泥石流再評(píng)估工作，根據(jù)大量現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、評(píng)估等工作，2號(hào)橫洞需重新研究輔助坑道方案。

2 綜合研究思路

隧道穿越龍門山山脈，埋深大，地質(zhì)條件復(fù)雜，施工圖階段出于展線抬升標(biāo)高及設(shè)置橫洞以解決運(yùn)營(yíng)排水和施工工期方面的考慮，線路設(shè)計(jì)為倒“L”形。2號(hào)橫洞損毀后，需要另行研究滿足原2號(hào)橫洞功能的輔助坑道。調(diào)整后的輔助坑道需滿足加快施工進(jìn)度、滿足運(yùn)營(yíng)排水、施工通風(fēng)等功能，具有可行性的方案有三個(gè)方案,方案示意如圖1所示，分別為：金溪溝設(shè)橫洞方案(方案一)；取消2號(hào)橫洞，增設(shè)平導(dǎo)方案(方案二)；取消2號(hào)橫洞，改設(shè)3號(hào)斜井+泄水洞方案(方案三)。通過對(duì)各個(gè)方案施工條件、投資、工期、施工通風(fēng)、安全風(fēng)險(xiǎn)等方面進(jìn)行綜合比較，提出相對(duì)較優(yōu)的方案。

圖1 2號(hào)橫洞變更設(shè)計(jì)方案示意

3 2號(hào)橫洞方案研究

3.1 金溪溝設(shè)橫洞方案(方案一)

3.1.1 方案情況

在原2號(hào)橫洞所在的金溪溝開辟施工工區(qū)，為滿足泥石流淤高要求，可將洞口沿溝下移，橫洞全長(zhǎng)1 970 m；本方案需解決兩個(gè)關(guān)鍵問題：施工場(chǎng)地及施工便道。

3.1.1.1 施工場(chǎng)地條件

橫洞洞口位于金溪溝的兩條支溝間，距溝心高差為55 m，洞口所處位置地形陡峻，由于山體兩側(cè)為沖溝包夾，洞口左右兩側(cè)亦無場(chǎng)地條件。洞口下側(cè)即為金溪溝泥石流淤積區(qū)，該溝泥石流爆發(fā)頻繁，年年淤積，溝內(nèi)不適合設(shè)置施工臨建設(shè)施，故拌合站、炸藥庫以及營(yíng)區(qū)等均需設(shè)在距洞口20 km外的曉壩鎮(zhèn)，施工建設(shè)成本增加且施工效率降低，技術(shù)經(jīng)濟(jì)極不合理。

3.1.1.2 施工便道

由于整個(gè)金溪溝流域處于龍門山高山峽谷地區(qū)，受汶川“5·12”特大地震的影響強(qiáng)烈，崩塌、滑坡、巖堆及泥石流的不良地質(zhì)極其發(fā)育，泥石流物源十分豐富。龍門山地區(qū)雨水發(fā)育，暴雨時(shí)極易誘發(fā)各支溝泥石流暴發(fā)，沖毀溝內(nèi)及溝側(cè)的構(gòu)筑物和道路橋梁等，危害巨大，因此溝內(nèi)新修便道不被考慮。

整個(gè)金溪溝有眾多支溝，具有泥石流特征的支溝主要有24條，右側(cè)13條，左側(cè)11條，已大規(guī)模爆發(fā)泥石流的支溝集中在右側(cè)，因此右側(cè)不具備修建施工便道的條件。而金溪溝左側(cè)坡面較右側(cè)更陡峻，經(jīng)研究，左側(cè)便道方案全長(zhǎng)5.8 km，其中隧道4座，總長(zhǎng)1 149 m，便橋9座，總長(zhǎng)1 458 m，路基段總長(zhǎng)3 193 m，便道施工工期約為8個(gè)月。估算5.8 km便道需要工程投資約9 540萬元。因此，左側(cè)便道方案可以通過增加工程措施來實(shí)現(xiàn)，但需要以安全風(fēng)險(xiǎn)、投資增加、工期延長(zhǎng)為代價(jià)。

3.1.2 優(yōu)缺點(diǎn)

雖輔助坑道規(guī)模與施工圖方案基本持平，但大臨工程投資大大增加，且施工工期增加約8個(gè)月，在大型泥石流溝開辟施工工區(qū)，自然災(zāi)害具有不可預(yù)見性，安全風(fēng)險(xiǎn)極大。

3.2 取消2號(hào)橫洞、增設(shè)平導(dǎo)方案(方案二)

3.2.1 方案情況

取消2號(hào)橫洞，可在1號(hào)橫洞至2號(hào)橫洞之間右線右側(cè)增設(shè)平導(dǎo)，平導(dǎo)全長(zhǎng)6000 m，平導(dǎo)采用無軌單車道斷面。

3.2.2 優(yōu)缺點(diǎn)

本方案取消2號(hào)橫洞后，完全可避開金溪溝泥石流影響，施工安全風(fēng)險(xiǎn)可控，但左線貫通施工工期較施工圖設(shè)計(jì)增加13個(gè)月，工期較長(zhǎng)，輔助坑道規(guī)模增加4 065 m，估算投資增加約4 800萬元，投資大。

3.3 取消2號(hào)橫洞，改設(shè)斜井+泄水洞方案(方案三)

3.3.1 方案情況

根據(jù)地形、地質(zhì)條件，可于線路左側(cè)沿雎水河谷開辟施工工區(qū)，雎水河谷僅具有斜井條件，并于金溪溝設(shè)置泄水洞解決運(yùn)營(yíng)排水，泄水洞不開辟施工工區(qū)。雎水河谷具備設(shè)置斜井洞口的位置有三處，見圖2所示中A、B、C。

(1)A方案斜井主要穿越地層為白云質(zhì)灰?guī)r，斜井洞口附近大角度穿越龍門山中央斷裂帶——高川坪活動(dòng)斷裂，且?guī)r溶弱～中等發(fā)育，斜井大部分處于雎水河水位以下，屬于水平循環(huán)帶，受構(gòu)造、巖溶組合影響，斜井涌水量大，施工中突水風(fēng)險(xiǎn)高；

圖2 方案三斜井位置示意

(2)C方案斜井洞口段洞身700 m穿越白云質(zhì)灰?guī)r地層，洞身100 m穿越灰?guī)r地層，有突水風(fēng)險(xiǎn)，且其洞口所在高川河對(duì)岸，發(fā)育一條大型泥石流溝，“5·12”地震后每年都有爆發(fā)，溝口已經(jīng)淤積10～20 m，且溝內(nèi)地震松散物、崩滑體等物源還較豐富，還具備大規(guī)模爆發(fā)的條件，可能沖入斜井洞內(nèi)，堵塞、掩埋斜井工區(qū)，堵塞河道，形成堰塞湖，對(duì)斜井洞口施工具有一定威脅。

(3)B方案與C方案相比，斜井長(zhǎng)度、工期、投資等方面均相當(dāng)，洞口段通過白云質(zhì)灰?guī)r增長(zhǎng)了200 m，但洞口避開了對(duì)側(cè)泥石流的影響。

綜合上述分析，斜井采用B處方案，與左線正洞交點(diǎn)為D2K97+700，長(zhǎng)2 025 m，綜合坡度為9.5 %；為解決運(yùn)營(yíng)排水問題，于金溪溝設(shè)置泄水洞，洞口坑底距金溪溝高差約55 m，與右線正洞的交點(diǎn)為YD2K97+700，縱坡為0.5 %。

3.3.2 優(yōu)缺點(diǎn)

本方案工期增加4個(gè)月，工程投資增加3 200萬元，施工工區(qū)由泥石流重災(zāi)區(qū)金溪溝改移至雎水河谷，洞口位置選擇避開泥石流溝沖擊范圍，基本規(guī)避了泥石流爆發(fā)的安全風(fēng)險(xiǎn)；但本方案洞口段約900 m穿越白云質(zhì)灰?guī)r地層，巖溶較發(fā)育，斜井反坡施工巖溶段有一定安全風(fēng)險(xiǎn)，通過加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、施工措施、施工管理，安全風(fēng)險(xiǎn)尚屬可接受范圍。

4 方案比選

各方案從工程規(guī)模、工期、投資、施工通風(fēng)、安全方面比較如表1所示。

表1 2號(hào)橫洞調(diào)整方案研究比選結(jié)果

根據(jù)表1可知，從工程規(guī)模、工期及投資上看，方案三明顯占優(yōu)；從安全方面考慮，方案一安全風(fēng)險(xiǎn)最高，方案二安全風(fēng)險(xiǎn)最小，方案三雖存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)，但尚屬可控范圍。經(jīng)綜合比較，推薦采用方案三。

5 結(jié)束語

在特長(zhǎng)隧道輔助坑道設(shè)置中，不僅要考慮工期、經(jīng)濟(jì)效益、施工通風(fēng)、排水等問題，還要結(jié)合隧道工程的實(shí)際情況， 考慮施工安全風(fēng)險(xiǎn)問題。躍龍門隧道輔助坑道設(shè)置條件較困難，特別是洪災(zāi)導(dǎo)致相對(duì)較好的輔助坑道被毀后，輔助坑道設(shè)置更加困難，經(jīng)過多方面綜合比選，最終將2號(hào)橫洞方案調(diào)整為斜井+泄水洞作為最終實(shí)施的方案，該方案相對(duì)較優(yōu)，但也存在一定的施工風(fēng)險(xiǎn)，需要在施工過程中通過加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、施工措施、施工管理來降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

[1] TB 10003-2005 鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].

[2] TB 10068-2010 鐵路隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] TB 10119-2000 鐵路隧道防排水技術(shù)規(guī)范[S].

[4] 鐵鑒函[2010]1622號(hào) 關(guān)于新建成都至蘭州鐵路初步設(shè)計(jì)的批復(fù)[S].

[5] 中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司.新建鐵路成都至蘭州線成都至黃勝關(guān)段施工圖設(shè)計(jì)[Z].成都：中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，2012.

[6] 吳建福,樊浩博，賴金星.特長(zhǎng)隧道輔助坑道方案比選及分析[J]. 公路交通科技， 2014(2)： 173-180.

[7] 李金城. 關(guān)角鐵路隧道輔助坑道設(shè)計(jì)[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù)，2009,46(1):1-5.

[8] 李國良. 烏鞘嶺隧道輔助坑道的設(shè)置[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù)，2006,43(2): 38-42.

陳錫武(1982～)，男，本科，工程師，從事隧道設(shè)計(jì)工作。

U452.1+3

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[定稿日期]2016-12-20