“我们的减震吸能器就像一个弹簧,它放置在隧道混凝土支护结构层之间,能巧妙吸收地层活动产生的挤压力,提高隧道结构的稳定性。”看着眼前安装完成的一根根塑料管状的减震吸能器,中国交建乌尉高速公路土建5标项目工区主任雷军超欣慰地说。

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泡沫混凝土灌注 (范绍念 摄)

天山胜利隧道全长22.1公里,是世界在建的最长高速公路隧道,也是乌尉高速的控制性工程,共需穿越16条断层破碎带。如果断层发生持续活动,可能成为破坏性地震的主要危险源,加之断层带的隧道自身稳定性极差且含水量大,需要加强围岩的支撑结构防止隧道坍塌。

“这个断层非同一般,它对初支的挤压力实在太大了,就像个定时炸弹,产生的能量足以让我们的隧道支护结构体验7.5级地震。”当天山胜利隧道左右洞掘进到F6断层,支护结构多次坍塌返工后,雷军超向项目经理王贺起汇报了情况。

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泡沫混凝土减震层安装效果 (范绍念 摄)

F6断层是全隧施工中影响范围最大、最危险的一条复合区域深大断裂带,影响天山胜利隧道的部分总宽约440米。按照常规思维,必须设置足够厚的减震层吸收地质活动带来的能量,保证结构安全。尽管项目团队使用了性能更好、重量更大的钢拱架,围岩初期支护仍抵抗不住强烈的挤压力。

“来硬的不行,那我们就想办法给它留出充分活动的空间,‘以柔克刚’让支护结构更稳定。”项目总工程师黄登侠说。他想到通过使用泡沫混凝土作为减震结构,像“打太极”一样以借力打力的方式,巧妙抵消地质活动产生的能量。泡沫混凝土的分子密度小,因此在一定限度内,常规混凝土受力破裂的情况下,泡沫混凝土虽然会变形,但仍保持完整形态。在充当减震层的角色时,泡沫混凝土随地质活动而发生形变,受力较大时收缩变形储存能量,等到地质挤压力变小,泡沫混凝土又会伺机而动,将受到的力以反弹的方式释放能量,慢慢恢复原状。

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俯瞰胜利隧道施工现场 (范绍念 摄)

黄登侠带领技术团队投入到技术攻坚战中,经过多方案比选验证及仿真受力模拟,最终选定使用70厘米厚的泡沫混凝土减震层作为减震吸能结构。可就在混凝土浇筑前不久,项目团队又发现泡沫混凝土需经过7天凝固期才能达到拆模强度,远长于常规所需的24小时。如果直接应用于支护结构,很可能还未凝固,初支结构就因为断层的压力而坍塌。于是,技术团队决定将泡沫混凝土填充进PE管中“度过”7天的凝固期,在隧道内的加工地点待达到强度后再运至施工现场,整体安装于减震层内。

结果不负众望。自方案实施以来,37884根PE管泡沫混凝土仍牢牢固定在乌尉高速天山胜利隧道F6断层区域,抵御住了一次次活跃的地质运动产生的挤压力。目前,乌尉高速天山胜利隧道左、右主洞进口端开挖即将突破18公里,隧道贯通目标指日可待。(范绍念)

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