泥巴山上的西南第一長(zhǎng)隧

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每年4月，在四川滎經(jīng)大相嶺泥巴山，珙桐花都會(huì)漫山遍野地盛開(kāi)。行進(jìn)在雅瀘高速公路上，乘客可以一飽眼福，欣賞原生態(tài)的自然風(fēng)光。然而，就在這條高速公路開(kāi)通前，艱險(xiǎn)的路況卻讓人無(wú)暇他顧。

那時(shí)，泥巴山路段以“山高路險(xiǎn)彎道多”聞名于世，在道路通行正常的情況下翻越泥巴山一般需要3個(gè)小時(shí)，若遇到路滑、堵車(chē)、交通管制，則需要6、7個(gè)小時(shí)才能過(guò)山。由于獨(dú)特的地理位置，冬季的泥巴山不僅冰雪路面，而且能見(jiàn)度極低，更是讓人望而卻步。

雅瀘高速公路的通車(chē)，徹底改變了這種困局——不足10分鐘就能跨越以往3小時(shí)的路程。實(shí)現(xiàn)泥巴山天塹變通途的轉(zhuǎn)變，靠的是目前西南地區(qū)最長(zhǎng)的公路隧道——大相嶺泥巴山隧道。

全長(zhǎng)10007米的大相嶺泥巴山隧道，為上下行分離的雙洞單向交通隧道，是雅瀘高速公路的控制性工程。依托該工程開(kāi)展實(shí)施的“大相嶺泥巴山深埋特長(zhǎng)隧道關(guān)鍵技術(shù)研究”，通過(guò)科研人員的鏖戰(zhàn)攻關(guān)，取得了一系列“克敵制勝”的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)。

一場(chǎng)困難重重的“攻堅(jiān)戰(zhàn)”

泥巴山隧道位于青藏高原和四川盆地交匯的大相嶺處，地質(zhì)條件復(fù)雜：一年有30 0天的降水，全年降水量最高達(dá)2700毫米，每年11月下旬至次年3月為冰雪天氣，巖爆、大變形、涌突水等不良地質(zhì)問(wèn)題時(shí)有發(fā)生……給工程建設(shè)帶來(lái)極大的難度。為保證工程順利實(shí)施，在隧道施工過(guò)程中，共穿越15條大斷層，埋深達(dá)10 0 0米的路段達(dá)5公里，最大埋深達(dá)1650米，通風(fēng)斜井長(zhǎng)1500米，地下風(fēng)機(jī)房6000平方米，這些都是我國(guó)公路建設(shè)規(guī)模之最。

此外，泥巴山隧道在勘察、設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)管理中還遇到了四大難題，這些都預(yù)示著科研團(tuán)隊(duì)迎來(lái)的將是一場(chǎng)困難重重的“攻堅(jiān)戰(zhàn)”。

——隧道長(zhǎng)度特長(zhǎng)，單洞達(dá)10007米，為目前西南地區(qū)最長(zhǎng)的運(yùn)營(yíng)隧道。

為保障隧道運(yùn)營(yíng)安全，設(shè)計(jì)通風(fēng)設(shè)備裝機(jī)功率達(dá)6400k w，僅電費(fèi)每年就需要934.4萬(wàn)元，耗能巨大。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于特長(zhǎng)隧道的運(yùn)營(yíng)節(jié)能主要通過(guò)減少機(jī)械通風(fēng)時(shí)間、降低服務(wù)水平來(lái)實(shí)現(xiàn)，急需尋找到真正解決通風(fēng)節(jié)能的技術(shù)方法。

——隧道身處氣候分隔帶，北濕南干，南北氣候差異巨大。

泥巴山屬青藏高原背風(fēng)坡，是川西高原向四川盆地的過(guò)渡地帶，為亞熱帶季風(fēng)性氣候，是南北不同自然地理和氣候的主要分界線，使得隧道內(nèi)自然風(fēng)速大、風(fēng)向復(fù)雜。目前隧道設(shè)計(jì)主觀上均視自然風(fēng)為阻力，極大浪費(fèi)了自然資源?？陀^上來(lái)看，由于隧道設(shè)計(jì)規(guī)范中針對(duì)自然風(fēng)沒(méi)有計(jì)算方法，因此無(wú)法確定其風(fēng)速大小及風(fēng)向，進(jìn)而無(wú)從利用。另外，由于有斜（豎）井隧道裝有風(fēng)機(jī)，在未開(kāi)啟的情況下，風(fēng)道均處于關(guān)閉狀態(tài)，并且因?yàn)闆](méi)有可供參考使用的節(jié)能風(fēng)道設(shè)計(jì)方法，使得斜（豎）井內(nèi)自然風(fēng)也無(wú)從利用。

——隧道地區(qū)地形地貌復(fù)雜，300平方公里范圍內(nèi)，沒(méi)有可供車(chē)輛通行的公路。

隧道穿越山體地形復(fù)雜，溝壑交錯(cuò)，叢林密布，人煙稀少，在現(xiàn)場(chǎng)工作居住條件極為惡劣。為此，根據(jù)通風(fēng)規(guī)模，泥巴山隧道設(shè)置了地下風(fēng)機(jī)房。目前，針對(duì)地下風(fēng)機(jī)房的研究主要在于功能、組成及結(jié)構(gòu)的討論，地下風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)環(huán)境、防災(zāi)設(shè)計(jì)研究還處于空白。由于地下風(fēng)機(jī)房與外界環(huán)境封閉，隧道內(nèi)的污染空氣和煙塵往往會(huì)擴(kuò)散到風(fēng)機(jī)房中產(chǎn)生積聚，對(duì)地下風(fēng)機(jī)房的人員和設(shè)備產(chǎn)生影響。同時(shí)，風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)發(fā)生災(zāi)害也會(huì)對(duì)隧道環(huán)境產(chǎn)生影響。

由于地下結(jié)構(gòu)的封閉性，發(fā)生火災(zāi)后有煙氣濃度大溫度高、救援困難、危害大等特點(diǎn)。因此地下風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)環(huán)境控制和防災(zāi)設(shè)計(jì)是重要的，也是必要的。

—— 隧道埋深特大，最大埋深1650米，且山體寬厚。

山頂起伏小，埋深超過(guò)1000米的范圍在隧道中線兩側(cè)寬度超過(guò)5.1公里，隧道長(zhǎng)度方向占隧道總長(zhǎng)度51%。由此在地質(zhì)勘察、斜井施工等方面帶來(lái)一系列難題，如圍巖級(jí)別的確定，高地應(yīng)力下的巖爆、大變形控制技術(shù)，長(zhǎng)大陡坡斜井建造技術(shù)等。我國(guó)公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范對(duì)深埋特長(zhǎng)隧道勘察方面的內(nèi)容較少，沒(méi)有做系統(tǒng)全面的規(guī)定，現(xiàn)有規(guī)范遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于深埋特長(zhǎng)隧道勘察實(shí)踐，急需對(duì)有關(guān)規(guī)范進(jìn)行修訂和完善。

各個(gè)擊破的創(chuàng)新“戰(zhàn)術(shù)”

由于大相嶺泥巴山隧道具有特長(zhǎng)、大深埋、山體寬厚、地形地質(zhì)復(fù)雜、氣候獨(dú)特幾大特點(diǎn)，并由此產(chǎn)生了一系列工程難題，因此，四川省交通運(yùn)輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院等單位聯(lián)合開(kāi)展了“大相嶺泥巴山深埋特長(zhǎng)隧道關(guān)鍵技術(shù)研究”，對(duì)這些難題進(jìn)行各個(gè)擊破，取得了四項(xiàng)創(chuàng)新性成果：

——建立了隧道有效利用自然風(fēng)的節(jié)能模式及通風(fēng)井優(yōu)選方法。

探明了特長(zhǎng)深埋隧道自然風(fēng)影響機(jī)理，建立了基于超靜壓差、風(fēng)墻式壓差和熱位差三要素的隧道內(nèi)自然風(fēng)計(jì)算理論，提出了有效利用自然風(fēng)的節(jié)能控制模式及實(shí)現(xiàn)方法。建立了特長(zhǎng)深埋公路隧道通風(fēng)井設(shè)置的智能比選模型，提出了以全壽命經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)的隧道通風(fēng)井經(jīng)濟(jì)斷面和風(fēng)速優(yōu)化方法，開(kāi)發(fā)了高效的隧道通風(fēng)設(shè)計(jì)輔助系統(tǒng)。建立了多臺(tái)大功率軸流風(fēng)機(jī)并聯(lián)安全運(yùn)行控制模式及風(fēng)機(jī)布置優(yōu)化方法。

——建立了地下風(fēng)機(jī)房的設(shè)計(jì)方法。

提出了有（無(wú)）人值守地下風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)環(huán)境控制標(biāo)準(zhǔn)。建立了污染物由隧道擴(kuò)散至地下風(fēng)機(jī)房的計(jì)算模型，提出了地下風(fēng)機(jī)房通風(fēng)設(shè)計(jì)方法。揭示了火災(zāi)模式下地下風(fēng)機(jī)房溫升及煙氣濃度隨時(shí)間的變化規(guī)律，優(yōu)化了地下風(fēng)機(jī)房逃生通道布置方式，建立了地下風(fēng)機(jī)房防災(zāi)設(shè)計(jì)方法。

——建立了基于地質(zhì)構(gòu)造損傷分區(qū)的深埋特長(zhǎng)隧道勘察技術(shù)。

提出了構(gòu)造損傷概念及分區(qū)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，建立了復(fù)雜地質(zhì)深埋特長(zhǎng)隧道的地質(zhì)勘察方法。建立了4種儲(chǔ)水結(jié)構(gòu)模型及災(zāi)害性涌水的預(yù)測(cè)方法，提出了巖爆預(yù)測(cè)的“巖石變形能潛勢(shì)指標(biāo)法”。

——開(kāi)發(fā)了深埋特長(zhǎng)隧道及有軌長(zhǎng)大陡坡斜井的建造技術(shù)。

研發(fā)了“軌式混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)”及“輪式混凝土輸送泵”，開(kāi)發(fā)了有軌長(zhǎng)大陡坡斜井混凝土輸送技術(shù)。研發(fā)了“斜井噴射混凝土專(zhuān)用固定式礦車(chē)”、“陡坡斜井襯砌施工用大噸位襯砌臺(tái)車(chē)輔助牽引裝置”及“陡坡斜井中隔墻混凝土施工臺(tái)車(chē)”，開(kāi)發(fā)了有軌長(zhǎng)大陡坡斜井噴射混凝土、二次襯砌及中隔墻施工技術(shù)。

生態(tài)與效益的雙贏

經(jīng)過(guò)科研團(tuán)隊(duì)的日夜鏖戰(zhàn)，這場(chǎng)科技創(chuàng)新的攻堅(jiān)戰(zhàn)終于取得了全勝——該工程獲得了生態(tài)與效益的雙贏。

項(xiàng)目研究過(guò)程中，共取得6項(xiàng)授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利，14項(xiàng)授權(quán)實(shí)用新型專(zhuān)利，4項(xiàng)軟件著作權(quán)，8項(xiàng)工法，發(fā)表論文100余篇，出版專(zhuān)著4本、規(guī)范規(guī)程及指南4本。創(chuàng)新成果總體水平很高，其中的深埋特長(zhǎng)隧道節(jié)能通風(fēng)技術(shù)及通風(fēng)井智能設(shè)置技術(shù)，對(duì)我國(guó)隧道通風(fēng)節(jié)能設(shè)計(jì)、地質(zhì)勘察技術(shù)、長(zhǎng)大陡坡斜井建造技術(shù)起到重要的示范和推動(dòng)作用。

其科研成果在泥巴山隧道中應(yīng)用，利用自然風(fēng)節(jié)能年平均節(jié)省運(yùn)營(yíng)費(fèi)用200萬(wàn)元以上，建造期及運(yùn)營(yíng)20年可節(jié)省費(fèi)用1億元以上，并推廣應(yīng)用到米倉(cāng)山隧道和藏區(qū)公路隧道建設(shè)中，共節(jié)約費(fèi)用約2.2億元以上，社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

尤其是“4·20”蘆山大地震發(fā)生后，本項(xiàng)目依托工程雅瀘高速公路泥巴山隧道，經(jīng)受住了大地震的嚴(yán)峻考驗(yàn)，成為震后救援黃金期人員、物資進(jìn)入重災(zāi)區(qū)的“生命線”。

此外，在公路的建設(shè)中盡量不破壞生態(tài)，也是該項(xiàng)目的一大特點(diǎn)。項(xiàng)目建成后，由于沿線原有生態(tài)保存較好，這條公路已經(jīng)成為名符其實(shí)的生態(tài)觀光公路。

由于滎經(jīng)大相嶺路段濕度比較大，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)大霧天氣，針對(duì)氣候環(huán)境對(duì)行車(chē)安全的影響，從臘八斤大橋到大相嶺隧道入口路段特別設(shè)置了霧閃燈標(biāo)識(shí)，以此在霧天進(jìn)行安全警示。

為保障特長(zhǎng)隧道里的行車(chē)安全，泥巴山隧道還設(shè)置了限速行駛設(shè)施，并大量采用監(jiān)控設(shè)備對(duì)車(chē)輛行駛狀況進(jìn)行監(jiān)控，抓拍違法行為。并且，路旁的L E D警示屏幕上將滾動(dòng)超速行駛車(chē)輛的車(chē)牌號(hào)，以提醒過(guò)往駕駛員不要超速行駛，確保行車(chē)安全。這些被“記錄在案”的車(chē)輛駕駛員將被罰款和扣分。隧道里的高科技信息技術(shù)，24小時(shí)值守，為行車(chē)安全保駕護(hù)航。

穿越多座山嶺，跨過(guò)多條河流，雅瀘高速公路帶給出行者的是便捷、是一路美景。而對(duì)于穿上高科技外衣的大相嶺泥巴山隧道本身來(lái)說(shuō)，已經(jīng)不僅僅是一道風(fēng)景，更是將一路風(fēng)景串聯(lián)的大通道，是為我國(guó)特長(zhǎng)隧道技術(shù)進(jìn)行探索的先行軍。

我們相信，隨著我國(guó)新一輪特長(zhǎng)隧道建設(shè)高潮的到來(lái)，“大相嶺泥巴山深埋特長(zhǎng)隧道關(guān)鍵技術(shù)研究”的成果和經(jīng)驗(yàn)必將應(yīng)用到越來(lái)越多的特長(zhǎng)隧道工程，具有十分廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)和推廣前景。