（见《隧道建设（中英文）》2018年第10期）
（见《隧道建设（中英文）》2020年第3期“典型工程”，原文为中、英文）
鲜 国
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导语
新建成兰铁路跃龙门隧道穿越我国著名的龙门山，是全线控制工期性隧道工程。跃龙门隧道施工组织在实施过程中受内部高地应力、高岩温、高瓦斯及H2S、软岩大变形、活动断裂带、岩溶富水等不良地质和外部2008年“汶川特大地震”震后山体滑坡、泥石流等次生地质灾害多种因素影响，其中3号斜井工点隧道施工通风独头距离长达8 km，加之该区段受软岩大变形“洞群效应”调整增加外移平导形成“2+1+1”4洞并行的隧洞结构，高瓦斯通风及物流运输难度骤增，最终导致隧道施工组织动态控制难度极大，呈现出“多元化、复杂化、高难度”的特点。
为此，在隧道建设初期与施工过程阶段，跃龙门隧道建立了科学化的动态管控技术和管理研究，尤其是在软岩大变形、活动断裂带穿越，岩溶富水地质预报，特长隧道通风及物流组织运输方面开展了科研攻关，结合国内外已有成果基础上集成创新，并在实施过程中逐步完善和优化，使得跃龙门隧道的工程进展可控有效。
引言
近些年，隧道工程在设计方面逐步呈现出长大、特长的特点。结合我国隧道及地下工程施工技术在多元化发展方面的成熟，随着我国国产隧道机械化施工设备的自主创新和优化完善，在隧道施工组织方面，如何实现“动态管控”机制，充分发挥机械化配置配套工效，实现工法灵活转变、安全风险管控有效等是目前面临的主要难题。
我国铁路隧道工程在施工组织管控方面，普遍存在着以施工单位为主的“管理局限性”，建设单位、设计单位参与作用和功能性缺乏，进而导致国内隧道施工组织动态控制技术一直处于缓慢发展状态，得不到实质性发展，相应成体系的施工组织动态管理研究工作也进展缓慢。
成兰铁路跃龙门隧道工程施工中受地质灾害、辅助坑道设置、地质变化频繁、软岩大变形、高瓦斯发生等多种因素影响，导致其施工组织动态调整呈现出多方面局限性，施工组织困难从“单一性”转变为“多元化”，建设工期压力极大。
本文通过对各阶段、各因素的管控技术措施和动态施工组织管理进行详细介绍，旨在总结经验教训，以期为我国同类型复杂隧道工程建设提供有益借鉴。
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工程概况
跃龙门隧道采用双洞分修，隧道左线全长19 981 m、右线全长20 042 m，左、右线线间距为29.999～62.493 m。线路设计为单面上坡17.8‰，最大埋深1 445 m，由中铁十九局与中铁五局承建施工。
跃龙门隧道穿越我国著名的龙门山山脉，隧道不良地质复杂多变，主要有地震活动断裂带、断层破碎带、岩溶富水、下穿河道、高地应力、高地温、高瓦斯及硫化氢有毒有害气体、岩爆等，同时隧道外部环境受2008年“汶川特大地震”影响，危岩落石、山体滑坡及泥石流等地质灾害频发，属极高风险隧道。
跃龙门隧道平面位置示意图如图1所示。
图1 跃龙门隧道平面位置示意图
为加快施工进度及解决施工场地、弃碴、排水、通风、防灾救援等问题，结合地形、地质条件，隧道辅助坑道采用“1平导+3横洞+2斜井”的设置方案。受2013年“7·9” 四川特大洪灾影响，跃龙门隧道2号横洞变更为3号斜井，增加1号泄水洞，调整3号横洞洞口位置。2016年隧道因穿越高川坪活动段落及下穿高川河总体调整排水系统，又增加2号泄水洞。在后期，跃龙门隧道平导工区施工期间受3号斜井工区平导及正线大变形段“洞群效应”影响，整体平导区间工区总体工期滞后。
变更调整后隧道辅助坑道总体设置为“1平导+2横洞+3斜井+1通风副洞+2泄水洞”布置结构，平导中线距左线线路中线为30 m，左右线间及其与平导之间共计设置75处横通道，均采用无轨运输模式组织施工。
跃龙门隧道线路平面示意图见图2。
图2跃龙门隧道线路平面示意图(单位: m)
跃龙门隧道施工任务划分统计见表1。
表1 跃龙门隧道施工任务划分统计(m）
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跃龙门隧道施工组织管控制约因素
2.1 特长隧道、辅助坑道设置种类繁多且施工条件差
跃龙门隧道属特长型隧道，辅助坑道设计总长为24 118.033 m，全隧75处横通道联络通道设计总长为2 333 m，相较于隧道正线全长40 023 m（左、右线），占比高达65.7％。跃龙门隧道3号斜井工区施工便道长达9.2 km，3号横洞工区施工便道长达9 km。同时，辅助坑道种类繁多，除隧道进出口以外，辅助坑道施工洞口条件、洞内不良地质发育程度高转而造成整体施工条件差，尤其是跃龙门隧道3号斜井坡度高达10.378‰，200 m大高差反坡排水（最大涌水量约40 000 m?/d）和无轨运输安全管控风险高。
2.2 隧道穿越活动断裂带,施工组织安全管控难度大
跃龙门隧道位于我国著名的“南北向地震构造带”的中段（龙门山地震带），是我国活动断裂和地震强烈的集中地带之一。其穿越的高川坪断层属于龙门山中央断裂带（隧道通过长度130 m），最新活动时代为第四系全新世（Q4），历史最大地震为2008年“汶川特大地震”；断层破碎带宽度50～100 m；未来发震能力为8级；活动断裂变形复杂，隧道的施工安全、结构安全及后期运营安全风险极高，控制难度大。
2.3 隧道围岩复杂多变,软岩大变形显著,群洞效应明显
跃龙门隧道挤压性围岩大变形发生区段位于大屋基倒转背斜核部附近,有岩浆热液侵入、多次褶曲等构造活动，处于较高地应力（20～31.5 MPa）环境中，最大水平主应力方向平均值为北偏东31°，与隧洞轴线方向(N66°W)交角仅约9°。围岩含炭质板岩、页岩软弱岩体较多，软弱围岩与该区段整体辉绿岩不规则侵入，原设计为左右线夹中间平导“3洞并行”的线路结构，群洞效应极为明显，造成跃龙门隧道软岩大变形复杂多变的显著特点。
2.4 复杂型高瓦斯隧道、独头掘进隧道施工通风难度大
跃龙门隧道整体采用双线分修设计，在3号斜井与3号横洞区间设置中间平导，而后由于高瓦斯、高地应力等原因在右线右侧增设外移平导，整体上形成“2+1+1”4洞并行的复杂型线路结构，大变形区段与高瓦斯区段叠加，导致原本隧道通风方案整体需风量骤增，施工过程中高峰时期多达7个工作面同时施工，最长独头通风距离长达8 km（3号斜井2 025 m+左线大里程5 989 m=8 014 m），施工通风难度极大，安全管控风险高。
2.5 隧道线路结构复杂,多工作面隧道施工组织物流运输困难
跃龙门隧道的施工组织不仅仅是施工技术措施和地质难点，受整体大变形及高瓦斯通风系统影响，洞内交通路线布置受限于运输路线上通道空间、隧道通风管道布置净空、中间平导变形段安全风险变化频繁等方面，进而导致隧道施工组织在物流交通管理方面变成突出问题。仅跃龙门隧道3号斜井工区施工高峰期最多高达7个作业面（左线3个、右线3个、外移平导1个）同时掘进施工，如何确保在复杂线路结构、多工作面交叉作业、洞内车辆交通安全、设备物流调度等方面形成高效运转，成了施工组织过程中的难题。
2.6隧道机械化配置配套动态调整难度大,工期压力大
跃龙门隧道在3号斜井至3号横洞关键线路区段采用机械化组织施工，但是受该区段地质变化频繁、软岩大变形、高瓦斯等多种原因影响，导致机械化配置如何实现快速有效的配套、工法灵活性的转变、机械化优势的发挥、施工安全风险的管控等方面均出现了前所未有的困难，使隧道施工组织多方面呈现出多元化的特点。
2.7 隧道外部施工环境受2008 年“汶川特大地震”地质灾害影响严重
2008年“汶川特大地震”震后次生地质灾害频发，属于震中强烈影响区域，在每年7—9月雨季期间，原松动破碎的山体极易引发大面积山体滑坡和泥石流，并时常伴随山区洪灾等地质灾害，期间遭遇2013年“7·9”百年不遇的特大洪灾、泥石流，2018年“7·11”建国以来最大的洪灾，2019年“8·20”特大强降雨引发山体滑坡、洪灾，造成施工电力、交通、信号、供水等全部中断，临建设施被冲毁或者淹没，对施工人员生命和国家财产安全造成巨大威胁。
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跃龙门隧道动态施工组织管控措施
3.1 超前地质预报措施
跃龙门隧道受到2008年“汶川特大地震”强烈影响，地形切割极其明显，同时隧道穿越龙门山中央断裂带、龙门山活动地震带和雎水河，施工不良地质条件包括浅埋、偏压、软岩大变形、岩溶、岩爆、高地应力、活动断裂带、断层、突水、山洪泥石流、有毒有害气体等14类，使该隧道为成兰铁路控制工期性工程，也是极高风险隧道。
隧道超前地质预报是保证隧道施工安全的重要环节和技术手段，但是面临多种多样的隧道超前地质预报方法，如何能有针对性地选定方法，并且进行合理化组合，发挥高效作用，是现阶段研究的重点。
地质条件复杂的隧道应采用多种手段进行综合预报。综合超前地质预报结果准确性高，通过对多种超前预报方法的遴选，总体上形成“长距离预报与短距离预报相结合，二维宏观探测与三维精准探测相结合，超前地质预报与靶向钻孔验证相结合”的新型超前地质预报方法，超前地质预报综合分析技术可起到“综合预报、精确定位、风险判识”的明显效果。
1）宏观定性预报——TSP法。属于地震波探测法，对可能给隧道施工带来安全隐患的断层、破碎带、采空区、岩溶富水区等不良地质构造具有较好的定性预报效果，但很难实现不良地质体的精准定位。
2）二维定位预报——瞬变电磁法。是一种时间域电磁法，对低阻体有着异常的敏感性，因此，在探水方面有其独特的优越性，可实现掌子面前方含导水构造及富水区域的二维精准定位。
3）三维定位定量预报——激发极化法。是电法勘探的一个重要分支，该方法通过采用多同性源阵列式观测方式，可以实现隧道掌子面及其周边区域（30 m×30 m）、掌子面前方区域（30 m）含导水构造及富水区的三维精准定位；通过二电流半衰时之差可以对探测范围内的静水量进行估算。
3.2 跃龙门隧道平导区段动态施工组织管控措施
1）根据全线轨道铺架工期的要求，原设计隧道左线要求土建工期为48个月；左线隧道土建工程施工工期为47.47个月（包括准备工期），右线隧道土建工程施工工期为61.92个月（包括准备工期）。其中，跃龙门隧道3号斜井与3号横洞区间为全隧关键线路，采用中间平导设置，整体按照“平导超前、左右增开、长隧短打”的施工组织原则，集中主要资源加快平导施工进度，从而增加正线左右线超前工作面缩短整体工期。
跃龙门隧道关键线路为3号斜井工区至3号横洞工区区间左线施工任务，施工进度指标见表2。表2施工进度指标(m/月）
2）跃龙门隧道3号斜井工区平导、3号横洞工区平导各采用1套无轨运输中度机械化设备配置，3号斜井工区左线采用2套无轨运输高度机械化设备配置，3号横洞工区平导对应左线段施工采用1套无轨运输高度机械化设备配置，左线隧道施工完毕后可将高度机械化设备使用在对应右线段落，其余各工区作业面均采用基本机械化配置。跃龙门隧道无轨运输机械化设备配置见表3和表4。表3跃龙门隧道无轨运输机械化设备配置
( 平导中度机械化设备配置)
表4跃龙门隧道无轨运输机械化设备配置
( 正线高度机械化设备配置)
跃龙门隧道施工组织示意图如图3所示。
图3跃龙门隧道施工组织示意图
3）跃龙门隧道从2012年12月进场，2013年10月正式开工，截至2020年1月，隧道整体仅剩3号斜井至3号横洞区段剩余施工任务，截至目前施工周期已60个月，超出原计划左线工期12个月。
4）跃龙门隧道在施工过程中整体采用动态管理体系，受地质条件复杂多变、长大隧道通风、物流运输组织、机械化配置配套及高瓦斯设备改造工效损耗等原因，仅跃龙门隧道3号斜井工区在高峰期最多达7个工作面同时掘进施工，在确保安全和质量的前提下，施工组织管理难度极大。
跃龙门隧道始终坚持利用平导超前形成动态调整，在确保左线施工组织为最关键线路的前提下，动态调整左右线各个作业面的施工顺序、施工配置、支护措施以及变形控制等，实现针对围岩变化条件下最大化的施工组织目标动态管控模式。
3.3 3号斜井至3号横洞区段大变形动态设计及施工组织
1）跃龙门隧道的大变形段落预测总体上分为2种情况。
①软质岩大变形预测发生段落。大变形发生可能性较高，需要重点防护，并加强超前支护。根据发生大变形的危害情况，可分为：轻微大变形、中等大变形及严重大变形3个等级。②隧道地质条件极其复杂，而软质岩大变形影响因素也是复杂多样，综合判断过程中除去预测发生段落，还有部分段落在多因素叠加情况下可能发生软质岩大变形。
预测长度分别为左线4 346 m、右线4 536 m、平导4 189.033 m。
2）根据开挖揭示情况，大变形段落较施工图预判里程段落有很大差别。开挖揭示震旦系邱家河组（Zbq）炭质板岩、页岩夹砂质板岩发生了挤压型大变形，共有3个工区发生大变形，分别为1号斜井工区、3号斜井工区和3号横洞工区。
3）跃龙门隧道大变形段落中，3号斜井工区大变形发生最严重且最具代表性。23#～24#（D2K99+735～+890）横通道区间对应的左线、中部平导、右线大变形最为严重。变形区段位于大屋基倒转背斜核部附近的节理密集带，受地质构造、高地应力、围岩破碎、水体软化等综合因素引发，其中平导最大变形PDK99+805断面竖直方向累计变形96.7 cm，水平方向累计收敛41.4 cm，其中仰拱上鼓达55 cm。
由于跃龙门隧道为“左右线+中间平导+联络通道”3线并行的“复杂型洞群”结构，平导大变形通过区段在后期受邻近左线、右正线对应段施工的“洞群效应”影响，先期平导第1次发生大变形段落变形情况加剧，对比最严重的平导PDK99+805断面，竖直方向累计变形220.4 cm，水平方向累计收敛122.9 cm,其中仰拱累计上鼓达140 cm；对应区段的正线拱顶累计最大下沉35 cm，水平方向累计最大收敛62 cm，仰拱累计最大上鼓25 cm；初期支护钢架出现扭曲、折断、错位断开等现象。
跃龙门隧道平导及正线大变形平面位置三维示意图见图4。
图4跃龙门隧道平导及正线大变形平面位置三维示意图
4）支护措施及工法动态调整。
①为了降低中间平导未施工段群洞效应的影响，确定将平导平面位置进行优化，采用中部平导外移方案，中部平导外移至右线右侧70 m处，如图5所示。
图5外移平导平面布置示意图(单位: m)
②结合前期跃龙门隧道软岩大变形发生情况及过程措施优化调整控制效果，并依托成兰铁路软岩大变形科研成果，在后期大变形段落施工中，遵照“主动控制”的理念，重点采取“双层支护”和“长短锚杆结合”措施，通过及时有效的支护和采用分层分次的支护，可有效改善洞周应力分布和减少围岩破碎范围的发展。
一次支护采用HW200型钢拱架，二次支护主要采用HW175型钢拱架，钢架间距60 cm。
拱部短锚杆：φ22组合中空锚杆施工组织设计论文，每根长3 m，1.2 m×1.0 m（环×纵）交错布置。
拱部长锚杆：φ25树脂锚杆，每根长6 m， 1.2 m×1.2 m（环×纵）交错布置。
边墙及隧底长锚杆：φ32自进式锚杆，每根长8 m，1.2 m×1.2 m（环×纵）交错布置。
③采用“二台阶带仰拱（短台阶）快速封闭成环施工方法”，可完全满足隧道大变形段的施工过程控制，将大变形隧道的变形量分解到各施工环节，分步控制，快速封闭，进而控制总变形量。拱顶下沉及周边收敛均可控制在8～10 cm，隧底隆起可控制在5～8 cm。经过现场后续的施工验证，其大变形控制效果显著。
5）跃龙门隧道作为复杂特殊型、特长单线隧道，其施工组织进度受多方面的影响，相较于原设计进度指标要求，实际施工过程中整体工效降低明显；特别是软岩大变形区段，施工进度受制约更为明显。实际施工进度指标见表5。表5实际施工进度指标(m/月）
3.4 高瓦斯隧道通风措施
由于跃龙门隧道是高瓦斯隧道，而且由于隧道具有线路结构复杂、多工作面和动态施工组织的特点，增加了高瓦斯情况下的隧道施工通风难度和施工组织难度。
1）根据原设通风方案，跃龙门隧道3号斜井工区整体采用“自然通风为主+机械局部通风为辅”的组合模式，隧道掌子面内属于“正压通风模式”，即隧道掌子面内气压大于洞外气压。从整体通风方式分类，跃龙门隧道属于利用“自然通风”的巷道式通风方式。跃龙门隧道通风方案平面布置示意图见图6。
图6跃龙门隧道通风方案平面布置示意图
2）结合实地测量情况分析，跃龙门隧道目前采用“自然通风为主+机械局部通风为辅”的组合模式，在整体施工组织第1阶段完毕并进入第2阶段施工组织中，受多种因素的影响，整体通风系统的效果将在一定程度上影响现场的安全生产，而且在《煤矿安全规程》中也有明确规定，必须采用机械通风方式。
3）针对通风形式的选择及评定分析，结合铁路隧道通风技术要求、矿山通风技术要求和目前进入第2阶段通风系统优化改造工作量、安全风险等方面，综合分析认为，最终确定跃龙门隧道3号斜井高瓦斯工区通风方法总体采用“全机械式压入通风方法”，并结合跃龙门隧道3号斜井工区剩余工程动态施工组织，形成隧道通风动态实施方案。
4）针对3号斜井高瓦斯工区安全风险和通风管理，必须遵守“以风定产”的根本原则，加强隧道主风机进风量、局部风机吸风量、风筒出风量、总回风量这“四量”的监测计算，按照洞内防瓦斯积聚、施工生产综合确定施工组织方案，调整施工作业面个数，做到科学化管理。
5）跃龙门隧道在通风模式方面引入矿山通风技术，同时也成功地将隧道通风能力和施工组织有效结合，形成“以风定产”科学化、安全高的施工组织，其实就是“有多少供风就开多少作业面，不能超过通风系统本身的供风能力，风不够瓦斯就超标，所以必须严格控制高瓦斯隧道施工中瓦斯超标的安全风险”。
3.5 加强信息化管理,自主研发特长隧道无轨运输智能交通调度管控系统
隧道无轨运输智能交通调度管控系统由中铁十九局自主研发，基于城市智能交通管控理念，总体上可分为隧道机械车辆定位和交通信号灯远程控制2套操控平台。调度室内设置显示装置，在隧道指定交叉路口设置对应车辆运行方向的交通红绿信号灯，通过联网式调度平台，经后台模块组合软件计算处理车辆移动数据，施工车辆安装无线射频装置，实现车辆精确定位。通过隧道施工组织调整，研究隧道出渣工序环节中车辆运行轨迹和流量统计分析，在操控平台中预设对应工作面出渣特权线路，可一键式修改出渣线路所经交叉口信号灯参数，行车区间内“绿波带”畅通的特权线路；远程控制联网式交通信号灯控制器，最后实现联动式交通控制指挥平台。跃龙门隧道无轨运输智能交通调度管控系统见图7。
图7跃龙门隧道无轨运输智能交通调度管控系统
平导的快速掘进是整个工期的关键，由此在系统研发中针对5 m×6 m小断面平导作业面，采用在通道内安装红外感应线，结合避车段信号灯控制器形成“重车避让预控”功能，即在重车驶出方向上提前控制下一个避车段信号灯，以指示对向行驶的车辆，自动避让，形成平导重车驶出路线的“绿波带”优势。
该系统还配备了应急救援功能，当洞内发生紧急情况，驾驶员可击碎“车载无线射频装置”顶壳，按下SOS按钮即可向洞外调度室发出“告警”并在显示屏显示定位信息，且可通过该模块为洞内车辆和人员撤离提供救援线路引导作用。
成兰铁路隧道无轨运输智能交通调度管控系统可实现跃龙门隧道平导施工区段机械车辆的精确定位、智能调度、交通违章、交通管控的功能，整体洞内车辆物流运输效率提高约25％以上，单隧道出渣工序环节效率提高近33％，效果极为显著，彻底解决了施工阶段机械车辆运输安全、物流调度的施工难题。
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解除施工组织动态管控边界约束管理措施
依据目前跃龙门隧道最新动态施工组织优化方案施工组织设计论文，针对如何全力保证跃龙门隧道的剩余工程施工组织，主要从机械设备、人员配置、制度保障、安全管理、质量控制等进行细化管控，旨在解除边界约束条件的制约，推进各项重点工作的推进和落实。1）隧道机械化设备采取合理化的“双配套”配置，保证关键线路和关键作业面的设备高效出勤率，确保工效。2）加强专业化维修班组，加强过程管控和维修保养。3）推行隧道机械化架子队管理模式，施行专业化隧道施工管理人员队伍建设，增加执行力和落实力，实现机械与人的有效结合。4）针对特长型隧道工效降低问题，在工班配置方面，以专业化施工班组为管理单元，工班组在配置方面由原来的“二班制”人员配置增加调整为“三班制”人员配置，并且通过整体优化资源配置，将3号斜井整体作业班组和管理人员采用“三八换班制”，通过合理分配工作量，实现工作效率最大化。5）结合目前整体施工组织和重难点工点，相继组织开展了序节点考核、节点工期考核、劳动竞赛考核等活动，通过“科学化、合理化、信息化、标准化”施工组织结合全面考核，形成多控奖罚机制，充分调动全体施工人员的积极性，最大限度解除边界约束条件。① 重点以工序为控制对象，把进度责任层层分解，落实到人，实现工序转换“负时差”转换交接；制定严格的循环时间考核奖罚标准。② 进一步推进和实行工序量化及工序卡控管理，建立内部考核标准，将工序循环压缩空间重点放在工序总体时间较长的“锚喷支护”环节，通过工装设备、工艺调整、混凝土配合比优化等措施的调整，将1个掘进段落工序总循环时间压缩10%～20%。
6）结合智能交通调度管控系统，设置专职调度人员进行管控系统的操作和日常运行维护，同时增设洞内外车辆专职协同调度，配合专职调度人员完成洞内外机械设备、车辆管理的调度工作，形成“人机结合、协同管控”的高效施工物流组织。
结语
跃龙门隧道作为成兰铁路全线控制工期性工程，其工程特点主要从隧道本身不良地质条件复杂多变、外部施工环境地质灾害频发、内部隧道组织及辅助施工技术困难3方面概述。跃龙门隧道是越岭隧道施工组织动态化管控中一个极具代表性的“组合型困难户”系统工程。
通过对跃龙门隧道科学化的动态管控技术研究，结合实施过程中逐步完善和优化，使得跃龙门隧道的工程进展可控有效，可为以后同类特长、复杂隧道工程建设提供有益借鉴。
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专家简介
鲜国（1965—），男，教授级高级工程师。大学毕业后一直从事铁路建设技术、施工、管理工作。2010年5月至今，任成兰铁路公司副总经理，全面负责成兰铁路建设管理工作。
曾荣获“国家重点工程建设青年贡献奖”、“火车头奖章”（2次）、茅以升科学技术铁道工程师奖等荣誉。近5年来发表《软岩隧道台阶法与全断面（含仰拱）法施工比较研究》等科技论文15篇，编著出版《成兰铁路不良地质隧道建造关键技术创新与实践-典型案例汇编》等著作。