挑战滇中引水隧洞掘进高难度科创赋能世纪民生工程“硬核”突围

初夏时节，承载着滇中六州输水“渴”望的生命线——滇中引水工程建设正酣。这是国家水网在建规模最大、技术及施工难度最高的引水工程之一。

日前，笔者一行跟随长江科学院一线科研人的脚步，深入地下一千多米的隧洞掘进现场，实地探访这项深藏于崇山峻岭中的世纪民生工程，探寻其诞生背后的“科技密码”。

让隧洞变形无处遁形

在滇中引水工程大理段关键线路香炉山隧洞7号支洞洞口，“知难不怕难、有难敢克难，全力打好香炉山隧洞建设攻坚战”的醒目标语牌赫然矗立。不远处，“深埋长隧洞软岩大变形机理与防控技术研究工程应用示范基地”的金色招牌在阳光的照射下熠熠生辉。

伴着通风管道传出的阵阵轰鸣声，施工列车缓缓驶向隧洞深处。洞室上方，一排排经过改良设计的箱型约束混凝土钢拱架与锚杆紧密配合，共同构建了一个结构稳固的环形“保护伞”，为隧洞提供着坚实的支撑。

这正是长科院针对滇中引水工程深埋长隧洞软岩大变形这一世界级难题研发提出的“表、浅、深”分层分序与主动、被动双控技术。

滇中引水工程地区的地质构造极为复杂。经初步分析预测，该工程可能产生软岩大变形的洞段累计长度约为88.85公里，如大理Ⅰ段需穿越三叠系、二叠系地层中泥质岩、泥页岩、断层破碎带等，尤以香炉山隧洞深埋洞段的软岩大变形问题最为严峻。

“深埋软岩隧洞围岩变形量大、持续时间长，支护困难，对隧洞工程的建设与运行构成极大的威胁。”水利部岩土力学与工程重点实验室副主任、长科院岩基研究所副所长黄书岭指着眼前一处变形洞段解释道。

只见原本平整的洞壁上，突然“鼓出”一大片向洞内挤压的岩体，扭曲变形的钢拱架、剥落开裂的混凝土喷层无声地控诉着所承受的巨大压力。

软岩大变形被公认为深埋隧洞工程迄今尚未攻克的三大高发“癌症”之一。在参建各方支持下，黄书岭带领团队深入香炉山隧洞现场，运用多种自主研发的测试设备和技术，对香炉山隧洞实施了多手段的综合监测与测试，向攻克洞室软岩大变形发起一次次科技攻关——

在埋深1300m的洞段内成功开展了水压致裂法测试，获得滇中引水工程实测地应力的最大量值；提出“表、浅、深”分层分序和主、被动相结合的双控支护策略，在拱架与喷层之外，采用锚杆/锚索调动不同深度围岩的承载力，以预应力提供主动支护，研发的内锚式可伸缩锚杆，拉力可长期保持高位，为现场大变形处治提供了技术支撑；开发串联式位移计和三维激光扫描联合的变形监测技术，可测量“米”级围岩变形、长隧洞大范围的表面变形，为大变形监测预警提供技术方案参考。

寒来暑往，他们用一次次现场试验，成功掌握了香炉山隧洞软岩洞段变形规律和成因机理，提出新型支护结构承载力计算理论，并形成了一套完整的设计方法，为今后解决类似问题提供了可借鉴的方案。

“四超前”给工程“治未病”

半蹲在简陋湿滑的矿车中，顺着近25度的斜井，滑进滇中引水工程香炉山隧洞5号支洞后，可以看到长科院科研人员正有条不紊地进行超前探测工作。

滇中引水工程香炉山隧洞5号支洞需要穿越一片广域富水的断层带，施工过程中曾多次遭遇严重的塌方、突涌水等地质灾害，不仅严重制约施工进度，更给工程安全带来巨大挑战。2020年11月，长科院临危受命开展滇中引水工程香炉山隧洞5号施工支洞专项研究。

面对如此复杂的地质条件，科研人员创新提出以“超前探测、超前注浆、超前支护和超前泄压”四项措施为核心的“四超前”理念。

超前探测，是运用基于孔内声波与电视定量分析方法，精确评估掌子面安全厚度，提前识别地质风险，为后续掘进提供科学依据；超前注浆，结合洞内注浆与地面预注浆，不仅能有效堵住地下水，还可加固岩体，增强围岩的稳定性；超前支护，主要由超前管棚、小导管和掌子面锚杆组成。超前支护体系参数的定量化设计方法，为岩体穿上一层坚固的“盔甲”，有效避免了掌子面塌方；超前泄压，针对高压富水洞段，实施掌子面前方的泄压措施，降低突涌水风险，保障施工安全。

“‘四超前’理念的提出和应用，是滇中引水工程在复杂地质条件下的一次创新探索。”长科院滇中引水工程香炉山隧洞综合测试现场项目部经理马旭强介绍说，通过改变传统的被动应对模式，将安全隐患消灭在萌芽状态，真正实现了给工程“治未病”。

“通过‘四超前’理念的运用，有效提高了5号支洞的掘进速度。”马旭强介绍说，目前，5号支洞的月掘进速度已由原来的不足10米提升到现在的超50米，科研成果的应用效果非常显著。