甘肃省公航旅集团副总经理、总工程师乔小兵：木寨岭特长隧道科学技术创新与实践

  原标题：甘肃省公航旅集团副总经理、总工程师乔小兵：木寨岭特长隧道科学技术创新与实践

  木寨岭，是岷县与漳县的界山，是洮河与漳河的分水岭，也是北秦岭的一部分。最主要的是，它是西北向西南通行的必经之地。为了破除交通瓶颈，交通建设者先后在这里修建了3条隧道。第一条是G212线公路木寨岭隧道；第二条是兰渝铁路木寨岭隧道；第三条是G75兰海渭武高速公路木寨岭隧道。

  在“科创中国·智惠兰州”国家兰海高速卡脖子工程木寨岭特长隧道论坛召开之际，我们认线座隧道建设的奋斗历程和成败得失。

  《韧性时代》一书中说：“面对让我们敬畏的自然现象，它可以引发一种新的、更具包容性的奇迹感，激发我们的集体想象力，让我们准备好探索新的方法去适应自然的召唤，让我们变得更有韧性。”因此，交通建设者只有敬畏自然、尊重自然、适应自然，才可以找到处理问题的正确方向。

  渭武高速公路控制性工程木寨岭隧道长15.2公里，设置3个通风斜井。目前，除木寨岭隧道外其余路段于2021年通车运营。木寨岭隧道成为本项目乃至G75兰海高速的难点工程。

  2016年开工之初，各参建方喊出了“地应力大、我们决心更大”的口号，掘进作业顺利展开。7个作业面年内平均掘进662米，各作业面均完成了当年进度计划。但到2017年3月，各作业面均出现了锚杆拉断、初支混凝土开裂破坏严重、钢拱架扭曲断裂的现象。到7月，变形量突破了“米级”。拆换拱比例急速上升，施工形象进度较上年度大幅度降低，施工方对设计的支护参数产生了质疑。

  为了提振士气，甘肃省公航旅集团长达公司成立了“五位一体”现场工作组，每月定期召开施工调度会，重新审视了整条隧道的设计的具体方案，完善了以强支硬顶为核心的4套设计预案。

  为了寻找根治“米级”变形的良方，长达公司于2017年9月13日邀请孙钧、郑颖人、朱合华等知名院士专家召开了专题咨询会。参加会议的专家一致认为，木寨岭隧址区位于板块交界地带，历经多期构造、断层密集，形成了隧址区域的极高地应力；地层以软质炭质板岩为主，隧道断面大、埋深大，斜井断面约135平方米，主洞断面在135至210平方米之间，埋深超过500米的隧段超过60%；隧道支护技术储备单一，以兰渝铁路木寨岭隧道9年建设工期作为参照，公路木寨岭隧道只有3个斜井，4年半工期压力极大。同时，咨询会还确定了以“抗放结合、边放边抗、强化时效、有序控制”的原则，提出了以少拆或不拆初期支护为目标的主要攻关方向，加大木寨岭隧道科研力度等意见建议。

  这次咨询会议，虽然让参建者强化了敬畏自然、尊重自然、适应自然的意识，但并没有收获如何能够治理大变形的具体方法。2018年4月，2号斜井出现了自开工以来最大的变形，累计收敛量3145毫米，最大变形速率每天831毫米。据统计，2017年，2号、3号斜井全年进尺为770米、560米。2018年，全年进尺为362米、258米，拆换拱率分别高达45%、46%，施工陷入了“一步三回头”的被动局面。至2018年8月，全体建设者经历了木寨岭隧道建设最艰难的时刻。

  两年半的艰苦探索告诉我们，走单一强支硬顶被动支护的方向并不适合木寨岭隧道，必须另辟蹊径。

  2018年9月11日，长达公司再次登门拜访请教孙钧。孙钧、郑颖人等院士专家这样认为，兰海高速公路木寨岭隧道作为国家重点工程，遇到如此难题，有必要发出倡议，呼吁各相关方关心和帮助木寨岭隧道施工渡过难关。当提出要组建院士专家工作站时，孙钧当即表示愿意驻站工作，并邀请何满潮院士一并驻站。

  9月14日，甘肃省首家交通行业院士专家工作站挂牌成立。在成立仪式上，孙钧、何满潮说，“木寨岭特长公路隧道之‘难’，不在其长，而在其地质复杂多变，变形量级突破了国内外地下工程界以往的认知水平。如沿用过去的强支硬顶和支了拆、拆了又支的老路子，就会面临衬砌工作极其困难、拆换率高、工效低等各种困境。要破解木寨岭隧道上的技术难题，照抄照搬规范是不行的，没有一套特殊的机制、特殊的办法也是不行的。”

  9月27日，各参建单位与院士团队在北京召开了2号斜井支护设计的具体方案研讨会，何满潮阐述了新支护方案的主要原则、总体思路及控制机制，提出了将围岩变形控制在300毫米以内的目标，并拟定了具体的实施计划，开出了根治木寨岭隧道软岩大变形的“药方”。

  10月8日，中矿创新联盟入驻2号斜井，并按新的方案施作了第一根NPR锚索。当张拉力达到45吨时，参建人员奔走相告，士气大振。至此，科技引领、自主创新带来的第一缕光芒照亮了整个木寨岭隧道。刚柔并济、应力补偿的完美展示，堪称跨界交流的典范，真正的完成了从理论到实践的跨越。同时，长达公司打破传统理念，理顺管理体制，简化管理程序，开展了由何满潮院士团队承担的《木寨岭隧道大变形机理及NPR控制技术》等多项课题研究，初步解决了预测围岩变形量及有效控制岩石流变、初支失稳等技术难题。

  2019年各标段安全顺利地完成了交叉口施工，转入正洞施工，累计变形量除个别段落外，均控制在300毫米以内。这是一个历史性的突破。

  在自主创新过程中，由于很多技术都是首次尝试，“施工工效、耐久稳定、经济适用”成为参建各方关注的核心。鉴于此，长达公司坚持走持续创新之路。一是首次引进轻型单体液压支柱体系。二是首次开展了不同钻具类型的匹配和不同设计参数的钻具钻进试验，极大地提升了钻进效率，每根锚索的成孔速度由原来的约2.5小时缩短至约0.5小时。三是首次使用树脂锚固剂，并对不一样的品牌、不同凝固速度的锚固剂进行了反复试验，实现了锚索在围岩内的快速锚固。四是首次采用了无粘结钢绞线，有效改变了锚索受力状态，提升了结构耐久性。五是研发了首套数控智能张拉设备，保证了持荷时间和锚固力的准确性。六是研发了首套多功能钻锚注一体机，成功实现了锚索的无级变速冲击钻孔，节约了人力成本，降低了安全风险。七是首次提出了锚索全数量、全过程监测和管控的理念，开发了智能锚索预应力监测五大系统。同时，建立了木寨岭隧道结构长期安全监测及安全状态标准数据系统，为今后的安全运营奠定了基础。

  木寨岭隧道初期支护采用NPR锚索支护方案共作业16公里，施工进尺从最初的每月20米提高到45米左右，施工效率提高1倍以上，缩短工期五分之一以上，达到了降本增效、工程项目施工稳步推进的预期。

  作为全国公路隧道首例应用NPR锚索主动支护体系的工程，没有先例、没有规范，我们承担着巨大的决策风险。但作为管理者，只有勇于担当才能克服困难走向成功。

  2018年，公航旅集团会同其他单位编制了《甘肃省公路隧道工程NPR锚索预算补充定额》《隧道工程让压锚索预算补充定额》，填补了我国在该领域工程建设价格的空白。

  在木寨岭隧道施工全套工艺流程中，涌现出了一大批敢为人先、担当奉献的建设者——有耄耋之年还牵挂木寨岭建设的孙钧院士，有敢为人先引领行业发展的何满潮院士，有从兰渝铁路木寨岭隧道转战渭武高速木寨岭隧道坚守一线年的人员，有日夜鏖战在掌子面的劳务班组，有潜心钻研的科研团队，有设计、施工、监理、检测等参建单位不计得失的责任担当……

  众心齐泰山移。没有广大建设者的奋楫笃行，没有一同面对巨大困难的责任担当，就没有今天隧道的顺利贯通。

  开工以来，公航旅集团多次与院士专家、行业翘楚广泛交流，汲取了各方真知灼见。今后，要建立木寨岭隧道全段落的地质信息、围岩—支护及监控量测数据库；总结应力补偿等不同初期支护技术路线的适用性，为软岩隧道建设提供经验借鉴；开展软岩大变形隧道预应力锚索一体化施工装备及主—被动联合支护成套技术体系研究；继续探索优化初支的钢拱架间距、型钢型号、NPR锚索数量以及二衬厚度；对软岩隧道的开挖方式选用两台阶、全断面的可行性进行大胆尝试，为机械化施工创造有利条件；形成配套的设计、施工、检测、验收标准和规范；持续完善何满潮提出的软岩大变形隧道开挖补偿理论配套施工工法，争取将该工法申请为国家级工法。

  此次论坛的召开，不单单是为了回首木寨岭隧道建设走过的艰辛岁月，总结控制软岩大变形的实践经验，更重要的是弘扬在隧道建设中凝练的“崇尚自然、自主创新、攻坚克难、担当奉献”奋斗精神。短短16个字，彰显的是交通建设者适应自然的感悟、惟实励新的本色、初心不改的担当、甘于奉献的品格。

  交通建设科学技术创新之路从来都不是坦途，但历史不会辜负每一位努力前行、勇攀高峰的人。广大交通建设者要努力拼搏，积蓄起挺膺担当的向上力量，激励更多的人敢为、敢干、敢创。

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