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致力打造軟巖隧道機械化施工“旗艦”
  作者:周廣寬 劉明川 王長亮 景禮紅  時間:2018-12-05  點擊量:   
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當高鐵成為一張享譽世界的中國名片之后,高鐵建設者的探索、進取卻始終在路上。在激戰正酣的鄭萬高鐵工地,一支來自中鐵十二局中国福利彩票网二公司的施工團隊,秉承“把鄭萬高鐵建設成為‘綠色環保工地、人文平安工地、物流追溯工地、機械裝備工地、數字信息工地’”的建設理念,真抓實干、科學施工,奮力把保康隧道打造成高鐵軟巖隧道機械化施工的“旗艦”。

高起點定位 難點變亮點

2016年底,經過激烈的市場競爭,中鐵十二局中国福利彩票网中標了鄭萬高鐵第7標段建設任務。湖北襄陽多山,溝壑縱橫、地勢起伏的保康縣更是襄陽第一山區縣。第7標段從此而過,很顯然,建設者們面臨的困難和考驗可想而知。

正可謂:打虎武松上,擊波張順迎。實力超群、兵多將廣的中鐵十二局中国福利彩票网,把其中為目前全國最長的大斷面軟巖隧道——全長14574米的保康隧道交給曾經在陜西西康高速公路秦嶺終南山隧道和山西長平高速公路虹梯關隧道施工中兩創世界隧道施工高產紀錄的二公司承擔,一場注定不平凡的攻堅之戰隨即打響。

把鄭萬高鐵建成全國高鐵智能化施工管理的“培育”基地。“以機械化、信息化與標準化管理深度融合,為國內高鐵智能化建造開先河、樹樣板。”這是業主為全線參建單位提出的總體要求。

抓好標準線、高壓線、風景線“三線建設”,掀起重點突破、全面開花,持續推進“三大戰役”,打造綠色、人文、物流、智能、數字“五個工地”,高品位建設好第7標段。這是中鐵十二局中国福利彩票网鄭萬高鐵指揮部向業主及社會做出的莊嚴承諾。

據此,二公司項目部快速就位后,緊緊抓住“高起點落實”不撒手,干就干一流、爭就爭第一,用雷厲風行的實干書寫“隧道施工勁旅”的新篇章。

保康隧道采用“2橫洞1斜井加2平導”的輔助坑道模式實行“長隧短打”,但一進場他們就遭遇到了“五無”的困境。

地無三尺平沒場地。他們在認真踏勘現場后,迅速拿出整體推進方案:1號橫洞“吊”在半山腰上,如果按常規出牌,施工便道與鄉村小道相接,便道從山底要繞5個彎才能到洞口,不僅坡度大、距離長、雨雪天行車風險高,而且拉鋼材等長大材料的車輛也無法直接進入現場、需要二次倒運才行,另外還得開辟滿足條件的施工場地。他們果斷決斷,選擇在洞口一側的桂河邊上砌一堵10多米高的擋墻,利用洞口刷坡的棄土棄渣填筑場地、同時在桂河上架設一座鋼結構便橋與河對面幾百米遠的省級公路連接,一番激戰,一個與外界物流暢通的現代化工區建成了;2號橫洞口與正在建設中的保神高速公路相距只4米、而斜井口更是緊貼在省級公路邊上,兩處都無場地可用。他們在征得業主、設計單位同意后,將2號橫洞口平移幾百米,與湖北省交通廳、公路局協商、把“C”字型省級公路取直,最終得以找到了可供施工和工區建設的場所;隧道出口平導雖然場地較大,但由于在一個順層巖堆體上、清理現場時一挖便塌,他們強化防護措施,一口氣打了10余根抗滑樁錨固山體,混凝土拌合站、工地值班室等臨時建筑拔地而起。

山大溝深找不到路。他們在科學規劃后,或逢山鑿路、遇水架橋,或拓寬硬化鄉村道路、羊腸小道,披荊斬棘、爬坡過坎, 8條能抵御較大山洪沖擊、能承載大型機械設備和車輛重壓的勝似省級公路的施工便道直抵洞口和棄渣場,確保了進出車輛的四季暢通無阻。

遠離鄉鎮沒高壓電。他們一方面不等不靠自己組織隊伍翻山越嶺從幾十里外的變電站架設線路引入高壓電;另一方面積極與地方政府、相關單位、附近村莊溝通,在高壓電未通之前先接入農用電應急。短短10余天時間所有施工現場都亮起了夜戰的燈光。

無人煙處沒水吃用。他們請來當地經常進山采藥、熟悉山上情況的老農領路,想方設法架設幾路水管,把甘甜的山泉水及時引到工地,及時滿足了生產、生活所需。

原始林帶沒有通訊。他們出機械設備、出人力物力,主動配合地方政府和有關單位路地共建“通網工程”,在相對較短的時間內接通了通訊信號,使施工現場這一原本的“孤島”與信息社會親密對接。

在解決“五無”難題的同時,二公司項目部本著“臨建工程按主體工程標準對待”的原則,高品位完成了辦公區、生活區、工程試驗室、混凝土拌合站、鋼結構加工廠的建設,特別是他們按照《鐵路建設項目工程試驗室管理標準及實施意見》要求建成的工程試驗室,不僅配備了國內先進的專業設備和儀器,而且安裝了信息管理系統,所有檢測數據實現了自動采集、實時上傳,業主和監理及項目部均可通過后臺終端實時全過程監控,確保了檢測數據的準確性和真實性,實現了對混凝土實體質量的有效把控,被樹為全線典型。

第一家跑步進場、第一家完成部臨建工程、第一家建成的工程試驗室并通過驗收、第一家橫洞施工并迅速形成規模化施工能力,等等。到2017年上半年,原本困難重重的保康隧道亮點頻出、嶄露頭角:武九公司鄭萬高鐵興山指揮部指揮長王毅東來了,帶領鄭萬高鐵襄陽段參加單位的項目經理、總工程師,到二公司項目部觀摩工程試驗室;安九鐵路公司、懷邵衡鐵路有限責任公司一行60名管理人員來了,到保康隧道2號橫洞、鋼結構加工廠,參觀隧道信息化、機械化施工現場。

在建設單位現場辦公總結會上,武九客專湖北公司總經理王志堅更是對二公司項目部開工以來的各項工作給予高度評價。稱贊他們起點高、決心大、行動堅決,打贏了上半場。

大手筆投入 疑問成驚喜

走進二公司保康隧道施工現場,給人影響最深刻的是由先進設備組成的大斷面軟巖隧道機械化流水生產線,它將隧道掌子面變成了現代化“工廠”,機械按工序“加工”產品,摒棄了以往的“人海戰術”。今年311日,央視cctv4《中國輿論場》主持人曾經這樣描述說:“這是目前國內施工難度最大、安全風險最高的在建高速鐵路,同時也是一條標準最高、管理理念最新的鐵路。”

隧道機械化施工是國際主流方向,也是國內建筑行業高質量發展的必經之路。大勢所趨,勢在必行。施工中,二公司項目部緊緊依托企業的大手筆投入和中国福利彩票网公司指揮部的強勢支持,優化組合形成了目前國內最為先進的大斷面軟巖隧道機械化施工生產線,在沒有成型經驗可借鑒的情況下,他們大膽試、大膽闖,不斷摸索、不斷進步、不斷前行。

保康隧道位于神龍架荊山山脈北段,最大埋深504米,以頁巖夾砂巖為主,隧道穿越6條斷層,節理裂隙發育,地下水發育,地質條件極為復雜,是全線的“重中之重、難中之難”。

實行大斷面軟巖隧道機械化流水作業,二公司項目部的最終目的就是讓全電腦三臂鑿巖臺車、濕噴機械手、多功能鉆機,輔助鋼拱架拼裝臺車、自行式仰拱棧橋、移動式混凝土養生臺架、防水板鋪設臺車、襯砌臺車、水溝電纜槽一體機等一系列先進設備在施工中能夠充分發揮出它們應有的作用。

這又談何容易!搞過隧道施工的人都知道,軟弱圍巖掘進,通常情況下都是執行的鐵路總公司推行的Ⅲ級圍巖仰拱初支距掌子面35米、初期襯砌距掌子面120米,Ⅳ級圍巖仰拱初支距掌子面35米、初期襯砌距掌子面90米,Ⅴ級圍巖仰拱初支距掌子面35米、初期襯砌距掌子面70米的“安全步距”,以此來保障施工的順利進行。那么,實行大斷面軟巖隧道機械化流水作業的“安全步距”是多少呢?

全電腦三臂鑿巖臺車是隧道掘進核心設備,作業中,它能把鉆孔參數、地質揭示圖、爆破輪廓、錨桿鉆孔質量、初支輪廓、超欠挖統計等開挖數據實現即時傳輸,實時共享,有效地實現了隧道施工安全質量的信息化管理。作用突出的它、身長足有17米多,還有濕噴機械手、多功能鉆機,輔助鋼拱架拼裝臺車、自行式仰拱棧橋、移動式混凝土養生臺架、防水板鋪設臺車、襯砌臺車、水溝電纜槽一體機等設備,個個都是身高臂長的“龐然大物”。它們在有限的隧道空間內如何布局才能避免施工中的相互干擾呢?等等。

一切過去不成問題的問題,當下都卻成了亟待解決的難題。探索中遇到困難是難免的,但辦法總比困難多。二公司項目部在同步扎實推進的信息化管理、標準化作業中找到了答案。他們遵循業主的先進管理理念、立足于施工生產的需要,進一步升級和完善了PMS項目管理系統,使軟件包含了資源共享中心、過程監控中心、溝通協調中心、資料歸集中心、信息窗口等五大板塊,覆蓋了工序作業流程、安質風險流程、物資批號追溯流程、業務接口流程等四大流程,采用勞務實名制、機械設備 GPS定位及管理、動態實時監控、二維碼等手段,深入施工現場工序管理,協調業務部門之間接口管理,從而實現了施工及項目運作的信息化、科學化。

在隧道施工中,他們通過PMS系統這個統一平臺,將超前地質預報、全電腦鑿巖臺車、拌合站、試驗室、視頻監控、勞務人員實名制、GPS車輛定位等相關軟件互聯互通,項目管理和施工技術人員通過手機端就能及時分享到全部施工信息,并根據現場上傳的圍巖量測數據模擬圍巖收斂和拱頂沉降的過程,達到監控圍巖變化及時指導施工的目的。同時還可以模擬生成三維地質圖形指導施工、模擬像隧道挑頂施工等技術難點的場景,保證施工過程控制,確保安全和質量可控,模擬生成各種預埋件、預留洞室等模型,解決施工中的“沖突碰撞”問題以及對施工人員適時進行可視化的技術交底等。

隧道施工“未知的世界”在信息化面前變得清晰明了起來。信息化系統成了提升項目管理能力的“新能源”、打開項目管理新世界的“金鑰匙”,有效地促進了二公司項目部從經驗管理向數字管理轉變、從粗放性管理向精細化管理轉變,從根本上提高了項目管理能力和水平。在此基礎上,經過組織工程技術人員反復優化方案,并在現場大力推進專業化,工廠化生產,以機械和工裝為抓手,在隧道施工現場形成7條標準化生產線:掘進線,包括地質超前預報、鉆爆、出渣;初支線,包括錨桿施作、拱架安裝、噴砼;仰拱線,包括初支閉合、仰拱弧模安裝、填充砼;二襯線,包括防水板安裝、鋼筋綁扎、襯砌澆筑、帶模注漿;溝槽線,包括側溝施工、中心水溝施工;工后線,包括養護、整修;檢測線,包括圍巖量測、空氣質量檢測、污水處理、實體檢測、敲擊檢測空洞。隧道施工按流程節拍推進,工序銜接流暢,施工組織有序,與傳統施工方式相比,每個隧道口的作業人員由近100名降低至40多名。充分展現了二公司項目部的現場標準化管理能力和施工水平。

“信息化與標準化深度融合”,使一些疑問變成了驚嘆,一條由三臂鑿巖車、三臂拱架安裝機、濕噴機械手、液壓仰拱棧橋、13米防水板鋪設鋼筋安裝組合臺架、智能化帶模注漿襯砌臺車、養護和檢測臺架、水溝電纜溝臺架等組成的,適合保康隧道特有地質條件的大斷面軟巖隧道施工機械化流水作業線真正形成了;初期襯砌離掌子面200米的隧道施工機械化流水作業“安全步距”也被正式確定了,二公司項目部保康隧道機械化施工漸入佳境。月單口掘進從初期的幾十米,穩定上升到Ⅲ級圍巖150米以上、Ⅳ級圍巖120米以上、Ⅴ級圍巖90米以上,均創全線先進水平。 武九公司鄭萬高鐵興山指揮部把這里定為“示范點”、“觀摩點”,多次組織管段兄弟單位項目經理等前來參觀學習,中鐵十二局中国福利彩票网以及二公司兩次組織大型觀摩會,在內部推廣他們的隧道機械化作業、標準化管理經驗和做法。二公司項目部闊步走在全線隧道機械化施工的前列。

創新潮護航 人財雙豐收

原臺車掃描儀高4.4米,無法通過拱架臺車。通過與廠聯合攻關,高度降到3.9米的這一“神眼”在臺車上暢通無阻,為施工正常進行發揮積極作用。工程開工以來,像這樣的技術創新、方案優化、科技成果應,在二公司項目部保康隧道施工中用還有很多。

針對全長保康隧道為單洞雙線隧道、開挖斷面達150平方米,其中Ⅲ級圍巖5200米,占35.7%,Ⅳ級圍巖7160米,占49.1%,Ⅴ級圍巖2214米,占15.2%,尤其是還要穿越6條斷層,洞身以頁巖夾砂巖為主,節理裂隙發育,日最大涌水量為78495立方米的實際情況和軟巖機械化施工這一全新課題,上場后二公司項目部就及時成立了“駱文學創新工作室”和閆志剛等牽頭的5個科技攻關小組以及陳星強、韓東嶺等領銜的12QC活動小組,為隧道機械化施工不斷向好發展保駕護航。

正洞施工之初,進度緩慢,工程技術干部蹲在現場搞技術創新,他們從傳統的“大半斷面施工方發”中得到啟發,采用“新意法”理念組織施工,通過超前支護和掌子面加固來增加前方圍巖的自穩時間,實施仰拱上部一次開挖成型,把爆破對圍巖的擾動減少到最小,確保隧道的開挖輪廓,一舉使隧道月掘進翻番。此做法還被全線其他隧道推廣,均收到了良好效果。

《大斷面初支大拱腳施工工法》是被逼出來的“金點子”。隧道超前支護施工中,采用傳統的擴大拱腳底部鋼板、增加拱架著陸面積的方法,既費力費時,又常常出現較大沉降,明顯不適應機械化施工需要。科技攻關小組幾易其稿優化方案,最終拿出了低成本、效果好的大拱腳施工方法,即在鋼拱架底部增設大拱腳支腿加大拱腳受力面,同時改善受力結構,提高拱架的整體承載力和穩定性,為后續施工創造了更加有利的條件。

三臂鑿巖臺車施作新型錨桿是他們又一創新作品。由于人工風槍施作存在不規范、低效率、操作人員勞動強度大等弊端,施工中科技攻關小組提出利用三臂鑿巖臺車施作新型錨桿的設想并付諸實踐。成果形成后不僅顯著提高了操作質量,而且達到了錨桿快速鉆孔、快速安裝、快速注漿的目的。

二次襯砌涉及的工作面廣。他們與公司鋼結構加工廠聯合攻關、在二襯臺車上大做文章。開發增設了混凝土自動導流系統,在確保隧道襯砌混凝土分層澆筑的同時,減少了澆筑過程混凝土輸送管道更換次數,降低了勞動強度。通過拱頂預留注漿孔,滿足了隧道襯砌帶模注漿作業時的質量標準和技術要求,最大限度的減少了襯砌背后的空洞現象,提高了隧道襯砌質量。集中多種功能于臺車一體,規避了多工序互相干擾、大大提升了工作效率。

保康隧道出口端為順層巖堆體、地質極為軟弱破碎,一度曾讓施工險象環生,遵循“稀漿劈裂、濃漿灌注、低壓慢灌、逐級升壓”的原則,他們采用新工藝——循環式高壓注漿技術加固圍巖,并創造性開發實施了“五臺階預留核心土法”,不僅安全通過了順層巖堆體,而且順利下穿了一條埋深不到3米的四季長流水的“V”型地表沖溝,受得了業主、監理、設計單位的一致好評。

18項工法工藝、15項專利技術、30多項“五小成果”和近百項合理化建議,隨著員工創新潮的不斷涌動,二公司項目部既收獲了“進度越來越快、成本越來越低”且綜合施工水平始終處于全線前列的喜人局面,又涌現出駱文學、閆志剛、趙慶峰、潘奕庭、衛亞科、吳佳峰、張旭等一大批隧道機械化施工的管理和技術人才,培養了一支掌握過硬技能的隧道機械化施工隊伍,為企業可持續發展積蓄了后勁。