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奋马疾蹄在白山黑水间
——我国首座高寒地区高瓦斯高风险隧道建设纪实
  编辑:丁明明?孙 振?孙晓宇  时间:2020-06-11  点击量:   
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5月23日,随着一缕光芒在隧道轻轻划过,企业承建的牡佳高铁麻山隧道提前节点工期53天全线贯通,成为我国高寒地区贯通的首座高瓦斯高风险隧道。在年均施工时间不到6个月、掌子面瓦斯绝对涌出量达每分钟4立方米、多次穿越煤层、采空区、浅埋河床和地质断层带的严峻环境下,建设者仅用959天就完成了这座全长9490米、全线风险最高、地质最复杂、难度最大的重难点控制工程,在白山黑水和林海雪原间书写了一曲奋马疾蹄的传奇故事。

“配伍调药”治愈瓦斯顽疾

“麻山隧道穿越地下煤层,90%以上段落都存在瓦斯涌出问题,部分高风险点更是远超临界预警。”谈及隧道施工,项目经理李明芳对瓦斯风险深有感触,隧道就像一个虚弱的“病人”,不仅不能迅猛推进,还必须“温柔以待”。

麻山隧道位于鸡西市麻山区附近,这里地下富含煤矿,是黑龙江省有名的四大“煤城”之一。“隧道穿越21道煤层和6条断层破碎带,两侧遍布煤矿采空区,采空区底板至隧道正洞顶面最小间距仅为11米,成为施工的老大难问题。”项目总工程师刘志瑜先容说,更要命的问题在于隧道内神出鬼没,无色无味、杀人于无形的瓦斯气体,特别是隧道穿越的750米高瓦斯煤系地层如同麻山隧道“火药桶”,稍许的疏忽大意都会造成严重的后果!

由于隧道内部环境封闭,特别容易造成瓦斯聚集,因而对施工管理要求极高。“每每都是蹑手蹑脚进隧道,不能出现火种、不能带静电,甚至要避免机械碰撞。”李明芳说,瓦斯隧道的特点决定了施工必须对人员配置、过程控制、施工组织、机械设备等方面进行全方位的整合改进。

面对瓦斯难题,他们首先从人员配置和过程控制上着手,在麻山隧道各个施工作业面建立标准化瓦斯管理小组,工区长、技术员、瓦检员、安全员和信息观察员一应俱全,构建了从项目部到工区再到施工一线的三级瓦斯监测体系。同时压实安全岗位人员责任,项目分管安全的副总经理和集团区域指挥长对瓦斯工区进行全过程安全包保,责任细化到施工一线,构建瓦斯防控的人员管理体系。

“瓦斯气体无色无味,加之洞内原本就通风不便,常常不经意间就能积蓄到危险临界值。”工区总工程师张冬生先容说,探测和通风成为克制瓦斯难题的两大法宝。循着这个思路,他们按照“加强通风、勤测瓦斯、严禁火源、消除静电”的要求,从内外两个方面开展防控工作。

“洞外防控以人员管理为重点,侧重于过程控制,防范带病作业。”张冬生说,他们在洞外建立了瓦斯安全体验馆、更衣室、岗前教育室三道关口和安检门,对进洞人员进行全过程检测。“人员进入隧道必须穿戴纯棉衣服、通过重重检测消除各种静电,进隧道俨然如同过安检!”洞内则构建了以瓦斯自动检测系统为核心,风机持续通风为辅助的防控体系,探索形成了瓦斯隧道机械化配套施工体系和湿法作业的技术措施,确保人员安全进洞、安全施工。

洞内防控则主要聚焦在瓦斯气体的检测和配套工装技术领域。他们在掘进中应用了煤矿安全监控系统,在洞口监控值班室设主控计算机,与洞内掌子面、下台阶、二衬台车等关键部位布设的终端传感器、自动断电装置、通风启动装置、声光报警装置和手机APPApp相接。建设者通过手机APP即可掌握隧道内甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氧气含量、通风速度、通风量等关键指标。“瓦斯自动检测系统和瓦斯闭锁装置相连接,洞内设备做到瓦斯探头全覆盖,一旦探头的‘鼻孔’嗅到到瓦斯,会立即切断电源,启动应急照明,并发出警报。”刘志瑜先容说。

同时,他们全面推行瓦斯隧道标准化机械配套体系,全面应用并改造混凝土湿喷机械手、仰拱液压栈桥、自行式液压衬砌台车等配套设备,加装防撞垫圈,装配静电导流、防火花系统,应用聚能水压光面爆破等十余项工艺,营造全湿润的隧道施工环境,不仅降低了瓦斯浓度,消除了瓦斯事故的各类诱因,也成为全线工装工艺创新的领跑者,多个工装工艺成为建设单位的制定标准,在全线进行推广实施。

“数字内核”孕育智慧管理

高浓度瓦斯和复杂地质环境决定了麻山隧道建设必须要打破常规,走信息化智慧施工之路。正如李明芳所说,隧道施工技术和信息化管理在麻山隧道擦出“火花”,瓦斯隧道地质探测的技术需求和信息化技术的敏锐感知力在牡佳高铁成功“联婚”,孕育出具有麻山隧道亮点的智慧管理体系。

“施工前期利用BIM+GIS技术在工程实景中建立施工和地质结构三维模型,确定麻山隧道口临建布置、开展图纸会审、工程量复核,预先做好施工风险预控,实现了先发制人。”刘志瑜说,遇到瓦斯涌出高风险区、地下采空区和断层破碎带等复杂地质结构,还可以结合BIM模型深化施工设计,高效规避风险施工段。

正如刘志瑜先容,隧道信息化管理风险预警是前提、数据分析处理是基础、方案优化和技术引导是根本。在BIM+GIS技术应用中涉及最多就是数据:瓦斯涌出量、瓦斯分布区域、破碎带体量、工程数量、工程技术参数……众多数据经过BIM技术的系统整合后构建形成了麻山隧道技术和风险大数据管理体系,实现了工地数字化管理。

“数字化管理的核心在于化物为数,通过构建施工立体模型,提取施工数据,并进行方案优化改进,以此实现施工管理最优化。”李明芳先容说,他们构建了以信息化指挥中心为“大脑”,工地摄像头、监控报告和现场监控为“触手”的数字化管理体系,如同“眼耳口鼻”一样,汇总数据,反馈现场,快速精准引导施工建设,防范各类施工风险。

经过大数据的系统分析,他们在施工中利用BIM技术对重难点工程的施工方案进行仿真、优化,将图纸转化为三维模型,再对平面图纸深化设计,最终对结构不合理处提出优化请求。“举个很简单的例子,受制于超前探测技术制约,瓦斯实际涌出量往往和设计方案偏差较大,利用BIM技术就可以结合现有数据分析结果,对涌出量进行科学预判,并比对原有方案进行持续优化。”李明芳先容说。

在优化方案改进技术的基础上,麻山隧道建设者将数据转化为施工模型,实行模型化管理,特别是技术交底工作全部实现了模型化、数字化和互动化。“相较于传统单向的交底方式,互动式交底可以和现场技术员沟通协商,持续改进和调整技术方案和施工措施,改变了以往一线技术员被动实行的方式。” 刘志瑜先容说,他们利用专业App平台构建BIM模型后,通过数据处理,建立了隧道防排水等多个三维立体交互式3D作业引导书,可以精准描述工程细节,相较传统的技术交底方式更加形象具体,有效地缩短了交底时间,避免了返工问题。

高效精准的技术对接很快让项目建设进入快速化轨道:技术资料和各类报验材料实现了线上管理、进场物资实现了一站式检测通过、技术交底误差率降低到1%以下,返工率更是达到千分之一,再也看不到以往堆积如山的资料、门口排成长龙的汽车、紧张繁琐的交底和苦口婆心的安全教育了,卸掉包袱的工程建设实现了快速推进,信息化技术成果更是成为瓦斯隧道数字化应用管理的典范,赢得了建设单位的高度评价。

2019年3月,一则智慧工地建设的通知从哈牡哈佳客专企业传来:中铁十二局牡佳铁路项目部BIM应用成果作为标准在全线推行,成为全线首个瓦斯隧道信息化技术成果示范点。作为信息化建设的“后起之秀”,麻山隧道建设者将实用高效作为信息化管理的核心要义,在瓦斯隧道的“硬骨头”上做出大文章,建立了适应瓦斯高风险隧道施工的信息化管理体系,为施工铸就了固若金汤般的安全防波堤。

“效率引擎”跑出速度纪录

地处北纬45°附近的麻山地区气温常年在3度徘徊,冬季最低气温可达零下37.5摄氏度,一年有效施工时间不足6个月,地方群众生产生活基本都是“冬守夏战”,正如麻山隧道初期建设的情景:冬天大雪封山、进洞就是瓦斯难关、稍有疏忽迟疑,又是一年冬天!

解决安全施工问题后,建设者没有稍许松懈,他们针对麻山隧道地区气候环境特点,提出了全线出击、进洞施工、转移战场的策略,快速打开隧道作业面,全面转入洞内作业,避开低温影响。“2017年国庆节后,队伍全面开进麻山隧道施工现场,利用即将入冬前极为有限的时间开展临时设施建设,建设混凝土拌和站、钢构件加工厂和工区宿舍,全体管理人员带头施工,不到2周时间就基本完成了施工前的基本准备工作。”项目党支部书记温旭朝先容说,那一年他们美美地过了个团圆春节。

2018年春节刚过,黑龙江的白山黑水间还是一片冰天雪地,面对千里冰封的东北寒原,他们决定先开展物资筹划和运输、配送工作,为施工积攒了一批“口粮”。春回大地冰封解冻后,将手中资源全面投入到现场施工中,打响建设的“全面战役”,当年就实现了4个斜井、10个掌子面的全面开工,隧道全线转入洞内施工,为冬季施工创造了条件。“从那时起麻山隧道的建设者就再也没有回家过春节!”

“冬守夏战”转变为全年连续作战,夏季大兵团作战、冬季小部队突击成为麻山隧道建设的真实写照。按照保障稳产的总思路,建设者快速高效突破瓦斯、断层破碎带施工难题,全面投入生产资源。高峰期1000余名建设者、400余台机械设备活跃在10个掌子面中,实现全面开花。

“进场物资实行夏存冬用的策略,利用短暂的夏天储存资源、攻克难点,为年底和来年施工做足文章。”李明芳先容说,大保障才能实现大推进,大服务才能实现大顺畅,充足稳定的后勤供应让麻山隧道建设跑出了施工加速度。

2020年春节过后,面对防疫复工的双重压力,麻山隧道建设者发出任务不减、目标不变的号召,充分利用上一年“存粮”,始终保持稳定施工状态。节后全面启动疫情战时管理机制,建立一站式检疫防疫体系,全面实行封闭化施工、网格化管理模式,快速集结筑路“大军”,恢复施工生产。“严峻的疫情形势一度迟滞了施工进度,然而现场始终紧紧抓住人员管理这个关键点,从减少人员交流、人员活动抓起,按照划区管理的思路,将队伍固定在作业面,建立单向的物资供应体系。” 温旭朝说,循着防疫先管人的原则,他们对工地进行了封闭式管理,阻断了现场和外界交流的通道,全面确保人员和施工安全。

 “3月的黑龙江大地还是银装素裹,麻山地区的冰雪还未消融,施工现场的隔离食堂已然炊烟袅袅。”来自蒙古族的项目副经理哈斯白音从春节一直守候在现场,带领职工搭建隔离设施,协调物资转运工作。为了减少人员接触,项目部充分利用信息化线上工作的优势,开展资源线上分配,建立单向的供给体系,定时定量为掌子面供应物料,打开了施工局面,成为全线复工复产的“火车头”。

按照以保障促生产、以管理保安全、以考核保进度的思路,麻山隧道各个作业面快速推进,不仅抢回了被耽误的工期,还提前施工节点实现隧道贯通目标。

别怕山高,不停的走就能走到顶;勿怯石重,用力地举就能举得动。正如哈斯白音常说的蒙古族谚语,行走在沃野千里的黑土地上,中铁十二局建设者如同奋蹄疾驰的骏马,纵横驰骋在白山黑水和林海雪原之间,展现着新时代铁路建设者的矫健身姿,为黑龙江东部城市发展,实现脱贫致富迈出了坚实的步伐。

 

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