泥巴山上的西南第一長隧

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每年4月，在四川滎經(jīng)大相嶺泥巴山，珙桐花都會漫山遍野地盛開。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(xiàn)泥巴山天塹變通途的轉(zhuǎn)變，靠的是目前西南地區(qū)最長的公路隧道——大相嶺泥巴山隧道。

全長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。依托該工程開展實施的“大相嶺泥巴山深埋特長隧道關(guān)鍵技術(shù)研究”，通過科研人員的鏖戰(zhàn)攻關(guān)，取得了一系列“克敵制勝”的技術(shù)創(chuàng)新點。

一場困難重重的“攻堅戰(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)問題時有發(fā)生……給工程建設(shè)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(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1500米，地下風(fēng)機房6000平方米，這些都是我國公路建設(shè)規(guī)模之最。

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

——隧道長度特長，單洞達(dá)10007米，為目前西南地區(qū)最長的運營隧道。

為保障隧道運營安全，設(shè)計通風(fēng)設(shè)備裝機功率達(dá)6400k w，僅電費每年就需要934.4萬元，耗能巨大。目前國內(nèi)外對于特長隧道的運營節(jié)能主要通過減少機械通風(fēng)時間、降低服務(wù)水平來實現(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)計主觀上均視自然風(fēng)為阻力，極大浪費了自然資源。客觀上來看，由于隧道設(shè)計規(guī)范中針對自然風(fēng)沒有計算方法，因此無法確定其風(fēng)速大小及風(fēng)向，進(jìn)而無從利用。另外，由于有斜（豎）井隧道裝有風(fēng)機，在未開啟的情況下，風(fēng)道均處于關(guān)閉狀態(tài)，并且因為沒有可供參考使用的節(jié)能風(fēng)道設(shè)計方法，使得斜（豎）井內(nèi)自然風(fēng)也無從利用。

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

隧道穿越山體地形復(fù)雜，溝壑交錯，叢林密布，人煙稀少，在現(xiàn)場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)機房。目前，針對地下風(fēng)機房的研究主要在于功能、組成及結(jié)構(gòu)的討論，地下風(fēng)機房內(nèi)環(huán)境、防災(zāi)設(shè)計研究還處于空白。由于地下風(fēng)機房與外界環(huán)境封閉，隧道內(nèi)的污染空氣和煙塵往往會擴散到風(fēng)機房中產(chǎn)生積聚，對地下風(fēng)機房的人員和設(shè)備產(chǎn)生影響。同時，風(fēng)機房內(nèi)發(fā)生災(zāi)害也會對隧道環(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。因此地下風(fēng)機房內(nèi)環(huán)境控制和防災(zāi)設(shè)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(cè)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(zhì)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(yīng)力下的巖爆、大變形控制技術(shù)，長大陡坡斜井建造技術(shù)等。我國公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范對深埋特長隧道勘察方面的內(nèi)容較少，沒有做系統(tǒng)全面的規(guī)定，現(xiàn)有規(guī)范遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于深埋特長隧道勘察實踐，急需對有關(guān)規(guī)范進(jìn)行修訂和完善。

各個擊破的創(chuàng)新“戰(zhàn)術(shù)”

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(zhì)復(fù)雜、氣候獨特幾大特點，并由此產(chǎn)生了一系列工程難題，因此，四川省交通運輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院等單位聯(lián)合開展了“大相嶺泥巴山深埋特長隧道關(guān)鍵技術(shù)研究”，對這些難題進(jìn)行各個擊破，取得了四項創(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。

探明了特長深埋隧道自然風(fēng)影響機理，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)計算理論，提出了有效利用自然風(fēng)的節(jié)能控制模式及實現(xiàn)方法。建立了特長深埋公路隧道通風(fēng)井設(shè)置的智能比選模型，提出了以全壽命經(jīng)濟效益為目標(biāo)的隧道通風(fēng)井經(jīng)濟斷面和風(fēng)速優(yōu)化方法，開發(fā)了高效的隧道通風(fēng)設(shè)計輔助系統(tǒng)。建立了多臺大功率軸流風(fēng)機并聯(lián)安全運行控制模式及風(fēng)機布置優(yōu)化方法。

——建立了地下風(fēng)機房的設(shè)計方法。

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

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

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

——開發(fā)了深埋特長隧道及有軌長大陡坡斜井的建造技術(shù)。

研發(fā)了“軌式混凝土攪拌運輸車”及“輪式混凝土輸送泵”，開發(fā)了有軌長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(fā)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(shù)。

生態(tài)與效益的雙贏

經(jīng)過科研團隊的日夜鏖戰(zhàn)，這場科技創(chuàng)新的攻堅戰(zhàn)終于取得了全勝——該工程獲得了生態(tài)與效益的雙贏。

項目研究過程中，共取得6項授權(quán)發(fā)明專利，14項授權(quán)實用新型專利，4項軟件著作權(quán)，8項工法，發(fā)表論文100余篇，出版專著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)，對我國隧道通風(fēng)節(jié)能設(shè)計、地質(zhì)勘察技術(shù)、長大陡坡斜井建造技術(shù)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(yīng)用，利用自然風(fēng)節(jié)能年平均節(jié)省運營費用200萬元以上，建造期及運營20年可節(jié)省費用1億元以上，并推廣應(yīng)用到米倉山隧道和藏區(qū)公路隧道建設(shè)中，共節(jié)約費用約2.2億元以上，社會和經(jīng)濟效益顯著。

尤其是“4·20”蘆山大地震發(fā)生后，本項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，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)，也是該項目的一大特點。項目建成后，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)常會出現(xiàn)大霧天氣，針對氣候環(huán)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(shè)置了霧閃燈標(biāo)識，以此在霧天進(jìn)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(shè)置了限速行駛設(shè)施，并大量采用監(jiān)控設(shè)備對車輛行駛狀況進(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(shù)，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(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，是為我國特長隧道技術(shù)進(jìn)行探索的先行軍。

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