大相嶺泥巴山深埋特長隧道關鍵技術研究

　　獲獎等級 一等獎

　　第一完成單位 四川省交通運輸廳公路規劃勘察設計研究院

　　每年4月，在四川滎經大相嶺泥巴山，珙桐花都會漫山遍野地盛開。行進在雅瀘高速公路上，乘客可以一飽眼福，欣賞原生態的自然風光。然而，就在這條高速公路開通前，艱險的路況卻讓人無暇他顧。

　　那時，泥巴山路段以“山高路險彎道多”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個小時，若遇到路滑、堵車、交通管制，則需要6、7個小時才能過山。由于獨特的地理位置，冬季的泥巴山不僅冰雪路面，而且能見度極低，更是讓人望而卻步。

　　雅瀘高速公路的通車，徹底改變了這種困局——不足10分鐘就能跨越以往3小時的路程。實現泥巴山天塹變通途的轉變，靠的是目前西南地區最長的公路隧道——大相嶺泥巴山隧道。

　　全長10 0 0 7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。依托該工程開展實施的“大相嶺泥巴山深埋特長隧道關鍵技術研究”，通過科研人員的鏖戰攻關，取得了一系列“克敵制勝”的技術創新點。

　　一場困難重重的“攻堅戰”

　　泥巴山隧道位于青藏高原和四川盆地交匯的大相嶺處，地質條件復雜：一年有30 0天的降水，全年降水量最高達2700毫米，每年11月下旬至次年3月為冰雪天氣，巖爆、大變形、涌突水等不良地質問題時有發生……給工程建設帶來極大的難度。為保證工程順利實施，在隧道施工過程中，共穿越15條大斷層，埋深達10 0 0米的路段達5公里，最大埋深達1650米，通風斜井長1500米，地下風機房6000平方米，這些都是我國公路建設規模之最。

　　此外，泥巴山隧道在勘察、設計、施工及運營管理中還遇到了四大難題，這些都預示著科研團隊迎來的將是一場困難重重的“攻堅戰”。

　　——隧道長度特長，單洞達10007米，為目前西南地區最長的運營隧道。

　　為保障隧道運營安全，設計通風設備裝機功率達6400k w，僅電費每年就需要934.4萬元，耗能巨大。目前國內外對于特長隧道的運營節能主要通過減少機械通風時間、降低服務水平來實現，急需尋找到真正解決通風節能的技術方法。

　　——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坡，是川西高原向四川盆地的過渡地帶，為亞熱帶季風性氣候，是南北不同自然地理和氣候的主要分界線，使得隧道內自然風速大、風向復雜。目前隧道設計主觀上均視自然風為阻力，極大浪費了自然資源。客觀上來看，由于隧道設計規范中針對自然風沒有計算方法，因此無法確定其風速大小及風向，進而無從利用。另外，由于有斜（豎）井隧道裝有風機，在未開啟的情況下，風道均處于關閉狀態，并且因為沒有可供參考使用的節能風道設計方法，使得斜（豎）井內自然風也無從利用。

　　——隧道地區地形地貌復雜，300平方公里范圍內，沒有可供車輛通行的公路。

　　隧道穿越山體地形復雜，溝壑交錯，叢林密布，人煙稀少，在現場工作居住條件極為惡劣。為此，根據通風規模，泥巴山隧道設置了地下風機房。目前，針對地下風機房的研究主要在于功能、組成及結構的討論，地下風機房內環境、防災設計研究還處于空白。由于地下風機房與外界環境封閉，隧道內的污染空氣和煙塵往往會擴散到風機房中產生積聚，對地下風機房的人員和設備產生影響。同時，風機房內發生災害也會對隧道環境產生影響。

　　由于地下結構的封閉性，發生火災后有煙氣濃度大溫度高、救援困難、危害大等特點。因此地下風機房內環境控制和防災設計是重要的，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1000米的范圍在隧道中線兩側寬度超過5.1公里，隧道長度方向占隧道總長度51%。由此在地質勘察、斜井施工等方面帶來一系列難題，如圍巖級別的確定，高地應力下的巖爆、大變形控制技術，長大陡坡斜井建造技術等。我國公路工程地質勘察規范對深埋特長隧道勘察方面的內容較少，沒有做系統全面的規定，現有規范遠遠落后于深埋特長隧道勘察實踐，急需對有關規范進行修訂和完善。

　　各個擊破的創新“戰術”

　　由于大相嶺泥巴山隧道具有特長、大深埋、山體寬厚、地形地質復雜、氣候獨特幾大特點，并由此產生了一系列工程難題，因此，四川省交通運輸廳公路規劃勘察設計研究院等單位聯合開展了“大相嶺泥巴山深埋特長隧道關鍵技術研究”，對這些難題進行各個擊破，取得了四項創新性成果：

　　——建立了隧道有效利用自然風的節能模式及通風井優選方法。

　　探明了特長深埋隧道自然風影響機理，建立了基于超靜壓差、風墻式壓差和熱位差三要素的隧道內自然風計算理論，提出了有效利用自然風的節能控制模式及實現方法。建立了特長深埋公路隧道通風井設置的智能比選模型，提出了以全壽命經濟效益為目標的隧道通風井經濟斷面和風速優化方法，開發了高效的隧道通風設計輔助系統。建立了多臺大功率軸流風機并聯安全運行控制模式及風機布置優化方法。

　　——建立了地下風機房的設計方法。

　　提出了有（無）人值守地下風機房內環境控制標準。建立了污染物由隧道擴散至地下風機房的計算模型，提出了地下風機房通風設計方法。揭示了火災模式下地下風機房溫升及煙氣濃度隨時間的變化規律，優化了地下風機房逃生通道布置方式，建立了地下風機房防災設計方法。

　　——建立了基于地質構造損傷分區的深埋特長隧道勘察技術。

　　提出了構造損傷概念及分區的評判標準，建立了復雜地質深埋特長隧道的地質勘察方法。建立了4種儲水結構模型及災害性涌水的預測方法，提出了巖爆預測的“巖石變形能潛勢指標法”。

　　——開發了深埋特長隧道及有軌長大陡坡斜井的建造技術。

　　研發了“軌式混凝土攪拌運輸車”及“輪式混凝土輸送泵”，開發了有軌長大陡坡斜井混凝土輸送技術。研發了“斜井噴射混凝土專用固定式礦車”、“陡坡斜井襯砌施工用大噸位襯砌臺車輔助牽引裝置”及“陡坡斜井中隔墻混凝土施工臺車”，開發了有軌長大陡坡斜井噴射混凝土、二次襯砌及中隔墻施工技術。

　　生態與效益的雙贏

　　經過科研團隊的日夜鏖戰，這場科技創新的攻堅戰終于取得了全勝——該工程獲得了生態與效益的雙贏。

　　項目研究過程中，共取得6項授權發明專利，14項授權實用新型專利，4項軟件著作權，8項工法，發表論文100余篇，出版專著4本、規范規程及指南4本。創新成果總體水平很高，其中的深埋特長隧道節能通風技術及通風井智能設置技術，對我國隧道通風節能設計、地質勘察技術、長大陡坡斜井建造技術起到重要的示范和推動作用。

　　其科研成果在泥巴山隧道中應用，利用自然風節能年平均節省運營費用200萬元以上，建造期及運營20年可節省費用1億元以上，并推廣應用到米倉山隧道和藏區公路隧道建設中，共節約費用約2.2億元以上，社會和經濟效益顯著。

　　尤其是“4·20”蘆山大地震發生后，本項目依托工程雅瀘高速公路泥巴山隧道，經受住了大地震的嚴峻考驗，成為震后救援黃金期人員、物資進入重災區的“生命線”。

　　此外，在公路的建設中盡量不破壞生態，也是該項目的一大特點。項目建成后，由于沿線原有生態保存較好，這條公路已經成為名符其實的生態觀光公路。

　　由于滎經大相嶺路段濕度比較大，經常會出現大霧天氣，針對氣候環境對行車安全的影響，從臘八斤大橋到大相嶺隧道入口路段特別設置了霧閃燈標識，以此在霧天進行安全警示。

　　為保障特長隧道里的行車安全，泥巴山隧道還設置了限速行駛設施，并大量采用監控設備對車輛行駛狀況進行監控，抓拍違法行為。并且，路旁的L E D警示屏幕上將滾動超速行駛車輛的車牌號，以提醒過往駕駛員不要超速行駛，確保行車安全。這些被“記錄在案”的車輛駕駛員將被罰款和扣分。隧道里的高科技信息技術，24小時值守，為行車安全保駕護航。

　　穿越多座山嶺，跨過多條河流，雅瀘高速公路帶給出行者的是便捷、是一路美景。而對于穿上高科技外衣的大相嶺泥巴山隧道本身來說，已經不僅僅是一道風景，更是將一路風景串聯的大通道，是為我國特長隧道技術進行探索的先行軍。

　　我們相信，隨著我國新一輪特長隧道建設高潮的到來，“大相嶺泥巴山深埋特長隧道關鍵技術研究”的成果和經驗必將應用到越來越多的特長隧道工程，具有十分廣闊的應用市場和推廣前景。( 來源: 《中國公路》 作者：文/田尚志 周仁強 )