公路隧道 ２０１１年第１期（总第７３期） 包家山特长公路隧道建设管理经验 胡 平 段小平 刘玉慧 （陕西省交通建设集团公司小康建设管理处安康７２５０００） 摘 要 ＩＩ．２ｋｍ的包家山特长公路隧道是我国在建的第３长公路隧道。为了将该隧道建成一条高质量、先进 的、符合科学发展观的公路隧道，建设单位在建设管理过程中采取了一些行之有效的创新机制和管理措施，收到了 明显的经济效益和社会效益。本文着重介绍该隧道的建设管理方法及经验总结。 关键词 包家山隧道建设管理 １ 前言 年１０月１４ Ｅｌ，项目建设单位就包家山特长隧道的 施工组织方案再次召开专题研讨会，对该项工程的 小河至安康高速公路为包茂高速公路在西安以 质量、进度、环保及安全施工等关键因素进行了深层 南路段的组成部分，同时也是陕西省规划的“米”字 次研讨，广泛吸收各方意见，以此制定了包家山隧道 型公路主骨架中南北向的重要经济干线，属陕西省 的招标方案和建设大纲。 生产力布局和经济建设的主轴线之一。路线位于安 ２００６年３月１４日，经过公开招投标，中铁十二 康市汉滨、旬阳两县区境内，始于旬阳县小河镇坪槐 局集团公司、中铁十八局集团公司及中铁隧道股份 村，接在建的柞水至小河高速公路，途经小河、桐木、 有限公司等３家施工单位最终被确认为承包商，武 麻坪、茨沟、谭坝、花园、五里等７个乡镇，接拟建的 汉大通监理咨询有限责任公司中标该隧道的监理单 安康至紫阳（陕川界）高速公路及现有国道３１６线。 位。本工程项目已列人陕西省交通厅公路基本建设 路线全长５７．５２２ｋｍ，计划工期４年，工程投资约 计划，项目法人为陕西省交通建设集团公司，项目执 ５１．６亿元，设计行车速度８０ｋｍ／ｈ，路基宽度２４．５ｍ 行机构为陕西省交通建设集团公司小河至安康高速 （分离式为１２．２５ｍ），双向４车道。 公路建设项目管理处，设计单位为陕西省公路勘察 包家山特长隧道位于小康高速公路的咽喉部 设计院。 位，是最艰巨的工程地段之一。该隧道进口位于旬 阳县桐木沟，出口位于汉滨区茨沟镇路家沟口，穿越 ２工程概况 了南秦岭山脉的青山和玉皇山两道山峰，地形崎岖， ２．１地形与地貌 地势险要，山高沟深，植被茂密，地质构造复杂，地层 包家山隧道位于旬阳县桐木乡与汉滨区茨沟镇 岩性多变，工程施工难度大。 交界的玉皇山分水岭地带。隧道横穿南秦岭山脉， 该隧道不仅在技术而且在工期上都是全线最大 以少土多石的山区为主。旬阳县桐木沟沟床最低， 的控制性工程，因此，作为本项目的建设管理单位深 海拔５３４．８ｍ，玉皇山主峰最高，海拔１３７１．５ ｒｎ，区 感责任重大。项目管理处成立伊始，从初步设计预 内海拔一般在５００￣１５００ｍ之间。隧道南口柴家河 审阶段开始就介入相关工作，通过查询、走访及“走 一带最低高程为６７７．４ｍ，向北至分水岭玉皇山高程 出去、引进来”等多种方式，广泛吸收国内外长大隧 为１３６１ｍ，相对高差约６８４．６ｍ；隧道北口桐木乡一 道建设管理经验，邀请了全国知名专家召开专项咨 带最低高程为５３９．７０ｍ左右，向南至青山梁最高高 询会；会同有关部门在督促协调设计单位落实专家 程为１２４０．２ｍ，相对高差约７００．５ｍ；隧道洞身中部 预审意见的同时，进一步深入细致地多层次、多回合 有麻坪河通过，地势相对较低，高程为８９６．８ｍ，与两 会同专家查找设计中存在的问题。同时，设计院根 侧玉皇山、青山相对高差为４６４．２ｍ和３４３．４ｍ。 据专家咨询意见及部、省领导指示，针对包家山隧道 ２．２气候与气象状况 增加了技术设计阶段，并邀请国内知名专家于２００５ 受地势影响，南秦岭属海拔ｌＯ００ｍ左右的中高 年９月１３日、１０月６日分别对包家山特长隧道的 山区，为温带半湿润一湿润季风气候。由于受山地 通风系统和防灾救援系统进行了专题研讨。２００５ 垂向变化的影响，气候差异也较大，区内气候为亚热 ・ ５Ｏ・ 胡 平，等 包家山特长公路隧道建设管理经验 带山地气候，１月份平均气温０．６￣Ｃ，７月份平均气 ２．５设计指标 温２３．７℃，年平均气温１２．２￣Ｃ，极端最高气温 ３７．４￣Ｃ，极端最低气温一１２．６℃。早霜期始于１０月 下旬，晚霜终于３月下旬，无霜期２２５ｄ，年降水量 ８００￣９５０ｍｍ，雨季一般集中在７月至９月，具春寒、 伏旱、夏洪、秋涝的特点。降雪期为１１月至翌年２ 一隧道净宽：净一２×１０．２５ｍ；隧道限高：净 ５．０ｍ；设计荷载：公路一Ｉ级。 隧道主洞的建筑限界为净宽ｌ０．２５ｍ（０．７５ｍ 检修道＋０．５ｍ左侧侧向宽度＋２×３．７５ｍ行车道 ＋０．７５ｍ右侧侧向宽度＋０．７５ｍ检修道），净空限 界高度５．０ｍ。应急停车带建筑限界净宽１３．００ｍ 月，积雪厚度一般２￣４ｃｍ，最大１８ｃｍ。高山区气候 阴湿，中低山区雨量充沛。 ２．３隧道平、纵面设计 该隧道上行线进口位于曲线半径Ｒ一１１００ｍ的 圆曲线上，进口段曲线长度４６０ｍ；出口位于曲线半 径Ｒ一６０００ｍ的圆曲线上，出口段曲线长度４８０ｍ。 下行线进口位于曲线半径Ｒ＝＝：４０００ｍ的圆曲线上， 进口段曲线长度１００ｍ；ｔｔｌ口位于曲线半径Ｒ＝＝＝ １２４０ｍ的圆曲线上，ｌ叶Ｊ口段曲线长度５９５ｍ。线路 纵断面为人字坡，线路最大坡度均为１．９５ ，上行 线变坡点Ｋ１５９＋５４３．２５６，下行线变坡点Ｋ１５９＋ ５００。 ２．４隧道地质情况 隧址所在地质构造单元属于秦岭褶皱系南秦岭 留坝～白河褶皱带，隧道穿越的山岭位于复式向斜 的南翼，地层总体上向北（起点方向）倾斜；区域主要 构造线以北西一一南东向延伸，与路线走向大角度 交叉。隧道轴线横穿的主要断裂是麻坪河断裂。地 层主要是古生界泥盆系中统大枫沟组（Ｄ２ｄ）、石家沟 组（Ｄ ）和志留系下统梅子垭组（ｓ ）；区内地下水 赋存的主要形式为构造裂隙水和岩溶水，地下水水 质良好，对混凝土无侵蚀性。 由于受区域构造影响，隧道区地质构造相对发 育，沿隧道共发现断层３７条，其中主要断层有１３ 条；主要的褶皱构造有３组，分别为Ｋ１５１＋７００～ Ｋ１５２＋５００地段、Ｋ１５３＋１００～Ｋ１５３＋４９０地段及 Ｋ１６１＋２００～Ｋ１６１＋９００地段；已发现的岩溶异常 区有１７处。隧道同岩级别划分见表１。 表１隧道围岩等级划分表 （Ｏ．７５ｍ检修道＋０．５ｍ左侧侧向宽度＋２×３．７５ｍ 行车道＋３．５ｍ右侧侧向宽度＋０．７５ｍ检修道），净 空限界高度５．０ｍ，衬砌断面内轮廓采用ｉ心圆，应 急停车带长度为４０ｍ。 车行横洞问距为７５０ｍ左右，在两个车行横洞 问加设两个人行横洞，车行横洞采用净宽４．５ｍ、净 高５．０ｍ曲墙式断面；人行横洞采用净宽２．０ｍ、净 高２．５ｍ直墙式断面。行车横洞与行车方向夹角为 ６Ｏ。，两端与路缘带顺坡，并设置半径不小于５ｍ的 转弯喇叭口；行人横洞与行车方向夹角为９０。，其底 面与检修道盖板顶面平齐。 本隧道通风方案采用加射流风机的斜（竖）井送 排式纵向分段通风方式，具体如下：上行线采用１号 斜井＋竖井＋２号斜井的送排式纵向分段通风，将 隧道分为４个段落，分段长度分别为２７４０、３２００、 ３２１０、２０００ｍ。下行线采用单斜井（３号斜井）送排 式纵向通风，将隧道分为２个段落，分段长度分别为 ５９４０、５２４０ｍ。ｌ号竖井直径７．５ｍ，深度２４３ｍ；１ 号斜井长７４６ｍ，综合坡度ｌ１．６６ ，总宽度９．１０ｍ， 总高度６．２０ｍ，断面积４７．２０ｍ ；２号斜井长８９０ｍ， 综合坡度８．３３ ；３号斜井长５８５．１８ｍ，综合坡度 ３６．７４４ ；２、３号斜井断面面积同１号斜井。为了 满足施工工期要求，本工程在建设阶段将通风斜井 （或竖井）作为施工工作面加以利用。 隧道衬砌结构型式均采用“新奥法”复合式衬 砌，其支护衬砌参数见表２。 ３风险评估及控制 根据对地质勘探资料和设计文件的分析，本工 程存在的风险主要为： （１）含水千枚岩地段易发生围岩大变形； （２）软弱围岩地段和断层破碎带可能发生坍塌； （３）岩溶地段和断层破碎带有发生突水、突泥的 可能。 这些都可能对隧道的施工安全、Ｔ期、工程质量 造成较大的影响，要求承包商必须对预见到的风险 制定防止风险发生的措施和风险发生后的紧急处理 ・ ５１ ・ 公路隧道 ２０１１年第１期（总第７３期） 预案；从开＿丁以来发生的地质灾害看，也进一步验证 了上述地质风险存在的广泛性和严重程度。 表２包家山隧道支护衬砌参数表 围岩分项 目 单位—洞口段 —Ｖ 级 Ⅳ Ⅲ 类 超前支护 间 长 型 距 度 ５ ｍｍ ｃｍ ｍ ｃｍ ￣８９ｘ８管棚 ４０ ４０ ２６ ￣５０ｘ５小导管 ４０ ５ ２４ ｑ）２５超前锚杆 ４０ ５ ２２ 喷 土厚度 ｃ２直 初 期 支 护 径 Ｉｎｒｎ ２５ ２５ ２２ 径昙霁统 长度 ｃｍ 锚杆布置 直 钢筋网 径 ｃｍ ｍｍ 。。 １００×７５ ８ ｓｓ。 １００×７５ ８ ｓ。。 １００×１００ ８ 钢筋布置 钢 型钢钢架 间距 ｃＩｎ ｉＴＩＩＴＩ ｃｍ ２０×２０ Ｉ ２０ａ ７５ ２Ｏ×２０ Ｉ １８ ７５ ２０×２０ Ｉ １６ １００ 拱 二次衬砌 Ｃ２５ ｃｍ ｃｍ ５０ ５０ ４５ ４５ ４０ ４０ 仰拱 ４存在主要问题 包家山隧道长度在国内排名第３，仅次于１８ｋｍ ３０ｃｍ，起始喷出高度约４０～５０ｃｍ，水体呈红褐色， 含大量泥沙，水压较大，涌水量约３００～４００ｍ。／ｈ。 同时，在ＸＪＫ０＋０８０、ＸＪＫ０＋１９０及ＸＪＫ０＋２２０等 多处出现线状或股状涌水，整个洞身涌水量达５００ ～终南山特长公路隧道和１２．３ｋｍ的宝天高速公路大 坪里隧道，在施工通风、防灾救援、建设管理等方面 ５５Ｏ ｍ。／ｈ。这次涌水量之大、水势之猛是开工以 无成功的经验可以借鉴，需要进行专门系统的研究。 ２ 来罕见，已开挖成形的２２５ｍ井身及送排风道、左右 ２ 包家山隧道与终南山隧道不同之处还在于没有贯通 ， 的铁路隧道可依托，无法增加工作面，施工条件、地 质条件相对较差。因此，当前及今后将面临如下诸 多问题。 ４．１工期问题 。 运输通道全部被淹，影响工期近一个月，造成损失逾 一 ６００万。 一不良地质条件对工期的影响很大，而且随着掘 进的继续深入，发生地质灾害的机率也将随之加大， 工期影响将进一步加大。 ４．２超前地质预报技术 包家山隧道３号斜井自去年５月份进洞以来， 共穿越断层破碎带２１４ｍ（不包括正洞），发生大型涌 水事件５起，前后停工约３个月左右，进尺耽误约 １０００ｍ。 本隧道复杂的地质条件和紧迫的建设工期，要 求掌握成熟的超前地质预报技术来确保快速施工和 安全生产，但本项目已开展的ＴＳＰ２０３超前地质预 ２００６年９月底，强降雨导致３号斜井大面积涌 水，最大涌水量超过２００ｍ。／ｈ。虽然施工单位按原 报技术暴露出局部路段预报准确率低、对含水岩层 不敏感等弱点，如何改进值得探讨。 ４．３施工通风及排水技术 先制定的应急预案奋力抢险，但由于整个洞身都不 同程度的出现了涌水，最终还是导致３号斜井洞内 被淹４０多米，停工１０ｄ。 ２００７年３月３日下午１７：２０，３号斜井ＸＪＫ０＋ ４９０隧底突然喷出一股管状涌水，水柱直径约 ・ 由于各个斜井（竖井）均为所在标段施工进度管 理的关键线路，集中优势兵力全力加快斜井的施工 进度已成为包家山隧道进度管理的核心。但斜井 （竖井）进入正洞后的施工通风及排水技术又成为一 ５２ ・ 胡 平，等 包家山特长公路隧道建设管理经验 道新的难题，直接影响到施工安全、施工效率及场地 文明条件。 ４．４安全生产 业，经多次抽检，关键指标合格率保持在９５ ９／６以上， 质量状况处于受控并维持优良水平。 （２）建立并完善安全应急预案，确保安全施工。 本工程开１二不久，已发生了３起地质灾害，由于 包家山隧道从一开＿丁，就建立了完善的安全生产制 度，各单位根据地质条件及生产特点，购置了救生 圈、救生衣及灭火器，设置了远程视频监控系统。同 及时启动了紧急预案，未引起人身伤害，但造成了程 度不等的经济损失和工期影响；随着掘进的继续深 入，特别是Ｎ１１标３号斜井、１号竖井在进入正洞施 时，高驻办配备专职安全监理工程师，行使安全管理 职能。从开工至今，未发生一起安全事故。 工后，发生地质灾害的机率也将随之加大，安全形势 不容乐观。 ５工程技术进步及创优规划 为使本隧道建成一条高质量的、先进的、符合科 学发展观的公路隧道，力争国家科技进步奖和詹天 佑土木Ｔ程大奖，本隧道从初步设计预审阶段开始 就广泛吸收国内外长大隧道建设管理经验，多次邀 请全国知名专家召开专项咨询会，对该项工程的质 量、进度、环保、安全及施Ｔ专项技术进行深层次研 讨，广泛吸收参建各方意见，使包家山隧道的整体建 设水平处于国内领先地位。着手开展的技术管理工 作主要有： （１）与长安大学合作，启动《软弱围岩地层系统 锚杆支护效果研究》课题，通过课题研究来确定是否 在一定范围内取消系统锚杆。如果试验成功，将为 加快施工进度、节约建设成本带来很大效益。 （２）与中铁隧道集团公司科研所合作，开展《长 大隧道快速施工技术》研究课题。通过课题研究，发 现并解决各个标段制约快速施工的薄弱环节。 （３）为了减少驾驶人员疲劳，减少安全事故，改 善照明景致，我们目前就设立“特殊灯光照明带”的 可行性及设计原则，正与有关单位和专家积极探讨。 若方案确定，则与主线开挖一并完成。 （４）委托重庆交通科研设计院在２００７年４月底 前完成包家山隧道的机电模型开发，同时按照“机电 咨询会”的意见，正在进行全线机电仿真课题的探讨 和起草。 ６质量、安全及进度保证措施 为了将包家Ｉ』Ｊ特长隧道如期建设成为功能完 善、安全环保、技术先进、国际一流的特长公路隧道， 建设单位从开工开始，就全方位加大管理力度，并取 得了明显的成效。 （１）派驻专业工程师进驻施工现场，督促落实现 场管理和技术管理。同时，管理处每月对该隧道进 行一次集中综合检查，纠正质量问题，规范施工作 （３）尽早实现３号斜井工区与１号斜井工区的 贯通，为包家山进度管理工作的核心。针对这一特 点并结合工程实际，小康管理处２００７年８月２４日 下发了《包家山隧道综合业绩考核奖惩办法》（小康 发（２００７３３２２号）文件，对控制工期的关键＿丁区和关 键工序实现逐月动态考核，在当月生产调度会上专 题通报当月生产任务完成情况，并单独下发考核文 件。文件抄送至集团公司、厅质监站及施工、监理单 位的上级法人单位。对当月完不成任务的施工单 位，项目经理必须书面向管理处作出详细的解释及 确保下月完成计划任务的措施、办法。连续两月完 不成任务的施＿［单位，管理处将通知其法人代表到 场蹲点解决问题，直到完成任务后方可离开工地。 必要时管理处将强行分包，并建议集团公司、省厅将 该单位列人相对后进单位或黑名单。这一制度实行 以来，收到了明显的成效，生产进度明显加快。 ７建议与思考 为了确保实现既定目标，各单位从进场开始就 超常规创造条件投入到快速施工中。应该说包家山 隧道目前的外围施丁环境是有利的。无论从天时、地 利还是人和，均为包家山隧道优质高产建设提供了 良好的平台。同时，在建设过程中，各级领导和地方 政府给予了大力支持和帮助，使得包家山隧道整体 建设在国内保持较高或领先水平。然而，施Ｔ中也 暴露出一些问题，突出表现在“四新”成果应用较少， 投入的施工机具及施工水平与四、五年前相比，无明 显进步和提高。回顾几年来的建设管理Ｔ作，值得 总结和改进的地方很多。 （１）取消技术设计和施１＝图设计阶段，全面引入 动态设计，实施信息化施工。本隧道为了查清地质 条件和进一步完善设计，在初步设计和施工图设计 之间又增加了技术设计阶段，增加设计周期约３个 月。实践证明，这一理念不能解决根本问题，反而使 压缩后的建设工期更加捉襟见肘。笔者建议，像类 似包家山隧道的控制性工程，应全面加大初步设计 ・ ５３ ・ 公路隧道 的深度和广度，在初步设计获得批复后，即可进入招 ２０１１年第１期（总第７３期） （５）选择优秀的承包商投入超特长隧道建设，是 确保工程建设成败的关键所在。承建本工程的３家 施工单位为目前国内山岭隧道施工的优秀单位，整 体施工力量在国内同行中居领先水平，进场后能迅 速兴起大干热潮，目前的施工进度在国内同类型地 标程序，围岩变化及支护参数调整可通过施＿Ｔ阶段 动态设计来完成。这样就可争取到时问用于弥补施 工周期不足所带来的弊端，其效益将会十分显著，希 望得到有识之士的共鸣和响应。 （２）现行的高速公路合同管理办法与灵活的隧 道建设原则冲突较多，建议交通主管部门制定专门 质条件下居较高水平（每个掌子面月均ｌＯＯｍ）。与 的隧道工程招标范本及建设管理办法，使建设管理 行为主动适应地下工程特点。 之相比，设计单位和监理单位的实力和履约能力相 对要差，对工程建设产生一定的不利影响。笔者建 议，像类似包家山隧道这样技术复杂、工期紧迫的控 （３）建议工程造价编制单位尽快推出公路隧道 竖井和有轨运输斜井的预算定额，用于指导招投标 及合同管理。包家山隧道１号竖井和３号斜井在前 期造价编制和招投标过程中，由于交通部门没有现 成的公路隧道竖井和有轨运输斜井的预算定额，只 能套用煤炭、铁道等相关部门的版本，开工后发现施 工过程与预算定额出入很大，给建设管理带来一定 的负面影响。 （４）我省应尽快推出隧道专业学术带头人及研 发基地，使我省在全国乃至国际上形成专业优势和 品牌。从陕西省范围看，从西汉高速公路秦岭隧道 群到包茂高速公路终南山特长隧道，将山岭隧道建 设水平提高到新的层次，在国内处于领先地位。当 前，应尽快推出自己的学术带头人，建立自己的研发 基地，将这一优势发扬光大，形成优势产业，以此推 动隧道专业的进一步发展。 ・５４・ 制性工程，选择设计、施工、监理单位时应优先考虑 综合评标法，其中商务技术得分占６Ｏ ９／６～７Ｏ ９／６，评 标价得分占４０ ～３０ 。只有这样，才能将那些业 绩优秀、履约能力突出的承包商吸引进来，为实现优 质工程打下良性基础。 （６）利用隧道工程结构物开发广告业，促进隧道 工程良性发展。由于种种原因，隧道工程建成投入 运营后，其运营费收入往往无法满足昂贵的电费。 特别是长大隧道，由于其内部拥有相对齐全的照明、 监控、通风等机电设施，耗电费用更是令人咋舌。能 否将隧道内空间（尤其是各类加宽带、通道口）在满 足行车安全要求的前提下，开发建成相适宜的广告 产品，既改善了视觉条件，又可创收一笔较为丰厚的 经济收入，促进隧道工程良性发展，希望得到有识之 士的共鸣和响应。