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壁板坡隧道（英文名：Wainscot Slope Tunnel），是沪昆高铁隧道的重点控制性工程，也是全线3座I级风险隧道之一，其进出口两端分别位于贵州省盘县红果镇和云南省曲靖市富源县。[1][2][5]
壁板坡隧道全长14756m，因穿越断层、岩层接触带、高压富水区、煤层采空区，受到煤层瓦斯、高地应力等不良地质现象的影响，洞身最大埋深达到735米。[1][2]隧道线如同一个“人”字穿越大山，这样的设计在中国铁路隧道建设中尚属首次。其中，合修段长1363米，分修段13412米，加上为隧道正洞开挖探明前方地质以及起到排水、出碴、进料和通风作用的隧道平导，相当于是3条隧道同时施工，全隧总计开挖长度超过45000米，是隧道全长的3倍。[4]
壁板坡隧道由中铁五局集团有限公司承建，于2010年12月3日开工建设，2015年6月7日贯通。该隧道的贯通标志着该线上横跨云贵两省的难度工程被拔除，沪昆高铁云南段进入快速建设时期。[4][3][1]
建造沿革
壁板坡隧道全长14756m，由中铁五局集团有限公司承建，于2010年12月3日开工建设，2015年6月7日贯通，是全线第一长隧道，也是亚洲最长高铁隧道[注1]。[3]
施工过程中，项目部遵循“平导超前，左线紧跟，右线正常推进”的原则组织施工。开挖壁板坡隧道的“三台阶七步开挖法”“水压爆破法”“长大隧道通风消烟降尘法”作为经验在沪昆云南段全线推广。[3]
此外，施工方投入约1.6亿元资金购置了国内外先进施工机械，在璧板坡隧道施工的高峰时期，洞内集结了各类设备达71套，其中有德国进口的ITC312扒渣机、意大利进口的C6钻机、西班牙进口的阿里瓦湿喷机、小松380装载机等，取得显著成效，连续6个月实现平导月进尺500m，出口创单口月掘进336m的全线最高施工纪录，提前5个月实现了平导安全顺利贯通。[3]
璧板坡隧道的贯通，标志着入滇高铁大门的打开，为中国“四纵四横”的快速客运通道——沪昆高速铁路的全线通车奠定了基础。[3]
位置境域
壁板坡隧道进出口两端分别位于贵州省盘县红果镇和云南省曲靖市富源县。该隧道是沪昆高铁全线最长的隧道和重点控制性工程，也是全线3座I级风险隧道之一。全长14756m，因穿越断层、岩层接触带、高压富水区、煤层采空区，受到煤层瓦斯、高地应力等不良地质现象的影响，洞身最大埋深达到735米。[1][2]
地质地貌
壁板坡隧道地质地貌较为特殊，先后多次穿越断层、岩层接触带、高压富水区、煤层采空区等不良地质，日均涌水量达到7.57万立方米，相当于每个月挖一个昆明湖，[6]最大日涌水量达32万方。[4]
壁板坡隧道地跨云南和贵州两省，地质条件极其复杂，围岩主要以泥岩、砂岩为主，断层破碎带为断层角砾，围岩软弱、施工中主要不良地质有软岩大变形、断层、瓦斯、岩爆、高地应力、煤层采空区、岩溶、断层破碎带等问题，属于级风险隧道。[3]
概况
壁板坡隧道为沪昆高铁全线最长的隧道和重点控制性工程，全长14756m，进口合修、出口分修，隧道工程规模巨大，除平导外，无其它辅助坑导，平导进口和出口相向掘进，单口独头掘进距离达8000m。隧道地质条件复杂，施工风险极高。施工中，确定了“平导超前，左线加快，右线紧跟”的施工组织原则，突出平导的龙头作用平导快速掘进是保障隧道按期建成的关键。[2]
隧道线如同一个“人”字穿越大山，这样的设计在中国铁路隧道建设中尚属首次。其中，合修段长1363米，分修段13412米，加上为隧道正洞开挖探明前方地质以及起到排水、出碴、进料和通风作用的隧道平导，相当于是3条隧道同时施工，全隧总计开挖长度超过45000米，是隧道全长的3倍。[4]
工程勘察
超前地质预报
按铁建设【2010】120号文《关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知》第四条“施工图阶段经评估为高风险和极高风险的软弱围岩及不良地质隧道，超前地质预报的责任主体单位为设计单位，其超前地质预报工作由设计单位负责组织实施”要求。沪昆公司安排中铁二院负责本隧超前物探TSP203、地质雷达、红外探水工作;超前钻探、加深炮孔、隐伏岩溶探测由施工单位完成。[2]
全隧共实施超前水平钻孔124236m，TSP45466M，地质雷达5875m，红外探水37180m，回深炮孔326838m，周边隐伏岩溶钎探290880m（仅出口）。通过超前水平钻探、TSP203、地质雷达、红外探水等超前地质预报辅以加深炮孔等手段，探明开挖面前方围岩特性、软弱地层段、高应力段、岩爆、断层破碎带、涌水突泥等不良地质构造情况，根据得出的结果，选择正确合理的施工方法、优化文护、采取有针对性的处理措施，有效地预防了突发性涌水突泥、坍塌的发生，确保了施工安全及施工质量。[2]
通风系统
通风设计原则
按照洞内工作面布置和作业人数、内燃机械数量、工作面允许最小风速、一次性爆破产生的炮烟量等各类情况计算，取最大值作为设计供风的风量，按照计划通风长度和风管直径计算管道风阻，确定风机工作的最小风压，按照风量和风压两项指标进行风机选型，最后通过合理设置通风系统、加强通风管理，提高通风效果，保证空气质量和施工人员身体健康。[2]
设计思路
①壁板坡隧道为特长隧道，辅助坑导只有一条贯通平导，且大部分为左右线分修，通风组织较困难。为简化通风组织，施工安排原则为“平导超前，左线加快，左右线拉开距离”，也就是先按平导和左线两条隧道进行通风组织，等左线成段贯通后，再安排从横通道进右线施工。[2]
②根据施工进度情况，分阶段采取不同的通风方式，进洞初期采用压人式通风方式，在洞口安装轴流式通风机，直接对工作面通风;随着工作面前移，横通道与正洞贯通具备巷道式通风条件后则采用巷道式通风，考虑到平导施工超前，断面较小不利于污风排放，拟利用平导作为新鲜风进风巷道，利用左线正洞排出污风，左线正洞工作面与横通道贯通后，平导主风机移至平导内，利用风管给各个工作面通风。[2]
③系统布置。采用巷道式通风系统设计，平导供风距离3000m，正洞供风距离2600m，根据平导断面尺寸选用直径1.5m的风管。[2]
隧道各阶段通风方案（以出口工区为例）
根据平导和正洞的实际进度情况大致分为五个阶段进行通风设计。[2]
①第一阶段通风。轴流风机设在平导口和正洞出口，通风方式为压人式。[2]
②第二阶段通风。平导与左线间24#横通道贯通后:轴流风机移到平导24#横通道，在24#横通道处设置风墙，平导、24#左、23#右、出口右线，采用压入式方式，23#左、22#左、21#左、21#右抽取平导内风。平导作为进风巷道左线作为污风排出通道，24#横通道处形成巷道式通风。[2]
③第三阶段通风。平导与左线间20#横通道贯通后，轴流风机移到平导21#横通道，在21#横通道处设置风墙平导、21#左、21#右、23#右线、出口右线采用压人式方式，17#左、19#左、19#右抽取平导内风。平导作为进风巷道左线作为污风排出通道，21#横通道处形成巷道式通风。[2]
④第四阶段通风。平导贯通前，轴流风机移到平导17#横通道，在17#横通道处设置风墙，平导、17#左、17#右采用压人式方式，13#左、15#左、13#右、15#右抽取平导内风。平导作为进风巷道，左线作为污风排出通道，17#横通道处形成巷道式通风。[2]
⑤第五阶段通风。平导贯通后到左线贯通前，13-2#左、13-1#左13-1#右13#左、13#右、15#左、15#右17#右抽取平导内风。平导作为进风巷道，左线作为污风排出通道。[2]
⑥第六阶段通风。左线贯通后，13-1#右抽取平导内风。平导作为进风巷道，左线作为污风排出通道。[2]
沪昆客专第一长隧
工况十分复杂
隧道进口合修，出口分修，合修段为双线隧道，分修段左右线均为单线隧道，分合修过渡采用超大断面过渡，正洞左侧设贯通平导长14717m。平导、正洞呈3洞并行，之间通过横通道和联络通道将三洞联同形成网络状的复杂工况。合修段长1363m，分修段左线长13393m，分修段右线长13412m，左右线隧道之间设置了联络通道33个2559m，平导与左、右线间设置了42个横通道总长2400m，把平导、双线段、单双线过渡段、左右线单线段横通道和左右线联络通道的长度加起来总长度达到了49km，隧道工程规模巨大，除平导外无其他辅助坑导，平导进口和出口相向掘进，单口独头掘进距离达8000m。[2]
地质条件复杂
隧道地质条件复杂，洞身不良地质为软岩大变形断层破碎带、煤层瓦斯、岩溶、高压水、不整合接触带等不良地质，隧区岩溶发育，地下水丰富，雨洪期最大涌166000m/d，施工风险极高。[2]
工期非常紧张
隧道工期56个月，进出口段为、V软岩共计6510m占比44%，合修与分修过渡大跨段440m位于进口合修段加上不良地质段落的影响，施工工期非常紧张。[2]
总体方案
根据隧道特点，确定了总体施工组织方案。
①考虑施工通道较多，选用无轨运输方式组织施工更具灵活性，更经济，安全性更高。[2]
②确定“平导超前，左线加快，右线紧跟”的施工组织原则，突出平导的龙头作用，平导作为正洞施工唯一的辅助坑道，平导超前既可为正洞提供地质探测资料又能够为新开正洞工作面提供条件，平导快速掘进是保障隧道按期建成的关键。[2]
③采用巷道式通风方案，确定平导作为新鲜风进风通道，正洞作为污风排出通道。[2]
④加大平导断面以满足通风和运输要求。[2]
大型临时设施规划
施工供水
隧道工程量大，施工时间长，必须设置独立的供水系统，保证稳定充足的水源，设蓄水池供水管路和增压泵站向洞内供水，在洞顶高差200m位置处设容积为60m”的高压蓄水池蓄水，采用110mm高压水管接到洞内，在每横通道口平导内设置矩形水箱，并设7.5kW的增压泵供平导及左右线工作面用水，进口水箱及高压水管布置在平导右边墙、出口水箱及高压水管布置在平导左边墙上。[2]
施工供电
隧道工作面多，用电量大，停电对施工影响很大，各工作面应备与设备功率相当的发电机。临电规划时应当设置双电源。采用专用高压电力专线、地方电、自发电相结合的系统供电模式，在平导洞顶设10kV高压真空断路器进行电源快速转换，以确保电力的连续供应;隧道开挖向前推进每600~800m时需在洞内设置变压器室，安装630kW的变压器增压，采用3x70mm?的电缆线，确保电压需求。[2]
混凝土生产
进出口单独设置混凝土拌合站，不应与相邻工点供用，规划时，二衬混凝土拌合站和喷射混凝土拌合站应分开设置，要根据施工组织计划计算混凝土最大用量确定拌合站型号，一定要有富裕的产能，有条件的可根据隧道岩性适时建设砂石材料生产线。[2]
施工供风
采用螺杆式电动空压机供风，随着平导开挖长度的增加，左右线工作面逐渐开始，空压机组应随之进洞，布置在通道口附近，进口空压机组布置在平导左边墙，高压风管布置在右边墙;出口空压机组布置在平导右边墙、高压风管布置在左边墙;空压机组首先为平导开挖供风，当平导掘进长度超过一个通道间距后平导另行安装空压机组供风，原空压机组转为正洞左右线供风。[2]
钢筋及钢构件加工
洞口附近设置钢筋及钢构件加工厂，按生产线要求建设。[2]
平导施工组织
平导快速掘进是施工组织的主线，一切工作都要围绕平导开展，必须保证平导运输通畅快捷，必须保证平导通风良好，必须保证平导快速施工，为此，在施工中采取了以下措施。根据工期目标，通过优化平导断面、通道间距、大型机械设备配置等加快施工进度。同时通过有效的物流组织解决工程量大、多通道交叉作业施工于扰大、组织困难等难题。[2]
优化平导位置
原设计平导平面位置布置较为复杂，进口段PDK977+683-PDK980+450（2767m）、出口段989+750-PDK992+400（2650m）布置于左线左侧，其余中间段9300m布置于两线之间，进口段在PDK980+450处拐人两线，出口段在989+750处由两线拐出至左线左侧平导;考虑到通风和排水的要求，将平导由原设计沿左右间布置变更为沿左线左侧30m平行布置，优化前后线形布置图。[2]
优化后平导沿左线布置，减小了平导与左线正洞的施工干扰，解决了正洞的供风、排水及运输干扰问题，同时解决了平导洞口场地狭窄的问题，实现了提前进洞。[2]
优化平导断面
平导作为新鲜风进风巷道，其断面应满足平导、左右线正洞3条洞多工作面供风管布设的要求，设计平导断面尺寸为5.6mx6m，无法同时满足通风和运输的要求经计算断面改为7mx6.7m，加大断面后，既解决了会车问题和通风管道布置问题，运输效率大大提高，尽管断面加大开挖支护量有所加大，但由于运输效率改善很多进度反而加快了。[2]
大型机械配套
为了提高工率，实现平导快速施工，选用了先进的德国进口的ITC312电动挖装碴，用于平导纵向式装渣，采用Sika喷浆机械系统（Sika，PMSW-PC）进行支护混凝土快速喷射施工，选用C6（意大利产）和RPD-150C（日本产）多功能地质钻机进行超前钻孔，预报掌子面前方地层地质和水文情况，采用大型自卸汽车运输，大功率轴流风机配合串联式射流风机进行通风。形成了一套适合施工现场工况的大型设备系统，主要设备配置。[2]
优化横通道和联络通道设置形式
原设计平导至左右线横通道与左右线联络通道错开布置，横通道按斜交450分正向和反向两种形式设置，断面净空尺寸为5.6mx6.0m，这种布置不利于通风组织和汽车运输，施工中，对横通道和联络通进行了如下优化。[2]
①设计要求联络通道设置间距不大于500m，按正交设置，同时，应避开正洞接触网预埋槽道的位置，宜使交叉口位置在一环二衬施工缝范围内设置。联络通道可兼做横通道，按无轨双错车道断面净空尺寸7.5mx6.2m设置。[2]
②）横通道由45度斜交改为正交设置，与联络通道致，横通道间距应尽量按500m左右设置，尽量与联络通道一致，即可利用横通道作为联络通道，避免重复开挖。[2]
③）横道道按无轨双错车道断面净空尺寸7.5mx6.2m设置;优化后横通道由原设计42个变为27个，减小了横通道的开挖工程量，优化后横通道布置。[2]
正洞施工组织
进、出口正洞工作面作为主工作面，当平导超前正洞距离大于1000m时，则具备了较好新开正洞多工作面的条件，通过平导施工横通道进入左右线，增加1~2个正洞工作面，有效的加快施工进度，这是施组要求达到的理想工况，只有通过平导快速施工方能实现。正洞施工组织与一般隧道施工方法相同。施工过程中正洞一直保持多工作面平行施工，最多时进、出口工点各有6个工作面平行作业，大大加快了施工进度。[2]
技术运用
四新技术应用，施工中，大力推广和采用“四新”技术，开挖中采用了三台阶七步法、水压爆破等工法。[2]
三台阶七步法
在进口合分修及出口浅埋软弱围岩地段均采用三台阶七步开挖法，取得了良好的效果，有效地抑制了隧道的变形、坍坍的发生。因隧道围岩破碎，且施工任务紧，施工过程中，多次对三台阶七步开挖法进行多次调研和讨论，并进行反复优化。本工法是以弧形导坑开挖以上台阶预留核心土为基本模式，分上、中、下3个台阶7个开挖面，各部位的开挖支护沿隧道纵向错开、平行推进的隧道施工方法，及时闭合仰拱构成稳固的初期支护体系，利用围岩的天然承载力，有效抑制围岩塑性变形，并利用监控量测信息化反馈指导施工，及时调整支护参数和拱墙混凝士衬砌施工时间。[2]
核心土预留可以有效地防止掌子面围岩坍塌、突出，三台阶七步法的成功应用，出口工区顺利地穿过了洞口段浅埋段和村庄，穿过了长达2685m的不良地质段确保了施工的安全及质量。[2]
水压爆破
隧道出口段Ⅱ、Ⅲ级围级长约5.4km，采用全断面法开挖，施工中通风不良、环境差，爆破粉尘超标、可见度差，给施工作业带来了极大的于扰。合理的爆破设计与水压爆破相结合的应用，可以解决炸药单耗大，降低爆破粉尘含量、减少通风时间、改善作业环境、提高了光爆质量等施工难题。[2]
水压爆破的原理:①利用水的不可压缩性，使爆炸能量在几乎无衰减的情况下，通过水“钢性”传递到炮眼周围的岩体中，减少岩石的炸药消耗量。[2]
②水在爆炸气体膨胀作用下产生大量的“水弹”，进一步击碎岩石。[2]
③炮眼中的水在爆炸气体膨胀作用下产生雾化，捕捉粉尘，降低粉尘浓度。[2]
影响价值
参考资料 7
- 沪昆高铁施工顺利 怀化至贵阳段预计明年月开通 — 贵州省人民政府
- 参考 2
- 参考 3
- 沪昆高铁第一长隧壁板坡隧道贯通 被称为“地质博物馆” — 环球网国内
- 沪昆高铁最长隧道贯通 — 中央政府门户网站
- 沪昆高铁全线最长的一条隧道 壁板坡隧道 — 看看新闻
- 沪昆高铁第一长隧壁板坡隧道平导贯通 — 中国新闻网
注释
- 截至2018年