十年通天塹 今朝躍龍門 成蘭鐵路最難掘進隧道貫通
人民網(wǎng)成都4月25日電 (郭瑩)今日,龍門山腹地傳來喜訊。歷經(jīng)十年艱苦卓絕的建設(shè),成蘭鐵路躍龍門隧道順利貫通,全線建設(shè)最難關(guān)卡被攻克。
今日10時18分,綿陽安州區(qū)高川鄉(xiāng)高川村,大山腹地傳來喧囂,伴隨躍龍門隧道右線最后一米拱部圍巖被鑿?fù)ǎㄔO(shè)者們揮舞著旗幟,快步?jīng)_上圍巖握手擁抱,激動之情溢于言表。堅守十年,心血汗水在這一刻澆灌出勝利的果實。
成蘭鐵路躍龍門隧道右線最后一米拱部圍巖被鑿?fù)ā3商m鐵路公司供圖
向龍門山斷裂帶挺進 挑戰(zhàn)“組團而來”
逶迤于成都平原和川西高原之間的龍門山脈,地形巍峨雄奇,山勢綿亙不絕。受到地殼板塊碰撞擠壓,這里形成活躍的地震斷裂帶,也成為舉世聞名的地質(zhì)天塹。
設(shè)計時速200km的成蘭鐵路,是我國“八縱八橫”高速鐵路規(guī)劃網(wǎng)中蘭廣通道的重要組成部分。線路從盆地向海拔3000米高原的爬升過程中,必須經(jīng)由躍龍門隧道完成對龍門山脈的穿越。因此,這條隧道是否能夠順利貫通,直接影響項目整體建設(shè)進程。
從規(guī)劃圖上看,躍龍門隧道屬于雙洞分修隧道,其進出口分別位于綿陽市安州區(qū)和阿壩藏族羌族自治州茂縣。隧道左線全長19.981公里,右線全長20.042公里,加上接近31公里的輔助坑道,整個項目施工通道總里程超過71公里,居全國之首。2012年12月,隧道啟動施工,左線于2021年11月28日貫通。
作為全線建設(shè)難度最大的控制性工程,躍龍門隧道在建設(shè)過程中,不斷遇到多種不良地質(zhì),各種難題“組團出現(xiàn)”,考驗著建設(shè)者的意志信念。
“隧道穿越高裂度地震活動斷裂帶,途徑巖溶富水帶,下穿激流溝壑,存在高地應(yīng)力、高地溫、軟巖大變形、巖爆等諸多不良地質(zhì)問題。在建設(shè)中期,隧道內(nèi)還發(fā)現(xiàn)了高瓦斯、硫化氫等有毒有害氣體。”中鐵十九局成蘭鐵路躍龍門隧道項目指揮長王海亮介紹,躍龍門隧道被鐵路系統(tǒng)認定為極高風險隧道,也被業(yè)界專家視為世界罕見的高難度隧道,“諸多不利因素在同一個隧道內(nèi)聚集,猶如一座‘不良地質(zhì)博物館’。 ”
躍龍門隧道進口。成蘭鐵路公司供圖
2018年,隧道建設(shè)進入最艱難的階段,軟巖變形、突涌水、高低溫及毒害氣體接踵而至,“掌子面連續(xù)8個月一米未進。施工人員全部投入加固和險情處理中。”
“這些問題單個出現(xiàn),不會構(gòu)成威脅,但一旦所有問題集中于同一條隧道內(nèi),就會變得非常棘手。”面對前所未有的挑戰(zhàn),沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗可參照,施工技術(shù)團隊只能迎難而上,摸索創(chuàng)新,啃下一個又一個“硬骨頭”。
“隧道建設(shè)可以用‘水深火熱’來形容。”王海亮坦言,十年建設(shè)過程中,工地工人更換了至少一萬人以上,“有人剛到項目,一了解隧道情況,轉(zhuǎn)身就走。”
高埋深帶來高巖溫。在躍龍門隧道內(nèi),最高溫度可達48攝氏度,工人們光著膀子在洞內(nèi)作業(yè),十幾分鐘便汗流浹背。濕熱裹挾讓不少工人身上起了大片大片的濕疹,一到夜里就瘙癢難忍無法入睡。“有人直接闖進我的辦公室,脫掉外套露出身上的皮疹,告訴我說不干了。”王海亮說,自己也理解這些工人,“他們不是怕苦,只是身體實在適應(yīng)不了,不得不放棄。”
為了降低洞內(nèi)作業(yè)溫度,指揮部在洞口安裝了3臺制冰機,專門組建送冰隊伍,安排2輛載重5噸的貨車,全年不斷往隧道內(nèi)送冰。高峰時期,車輛24小時不間斷,每天送冰量能超過100噸。此外,項目還通過動態(tài)調(diào)整施工組織,建立完備的洞內(nèi)交通系統(tǒng),讓200多輛工程車有序進出隧道,方便工人即時進出。
不僅有高溫的影響,隧道在掘進過程中還頻繁受到突涌水的影響。
躍龍門隧道下穿高川河淺埋段、穿越龍門山斷層破碎帶巖溶富水段等隧道極高風險段落,涌水、突泥和坍塌成為隧道建設(shè)的“攔路虎”。
山東大學李術(shù)才院士介紹相關(guān)設(shè)備。成蘭鐵路公司供圖
中鐵十九局成蘭鐵路項目副總工程師劉國強說,建設(shè)十年間,高川鄉(xiāng)遭遇了3次降水極值,隧道內(nèi)出水量最高值達到每日13萬立方米。為了解決這一問題,成蘭公司聯(lián)合中鐵十九局、山東大學李術(shù)才院士“隧道超前地質(zhì)預(yù)報探水”科研團隊,針對躍龍門隧道復(fù)雜工程地質(zhì)條件,研發(fā)并成功總結(jié)形成了極高風險巖溶區(qū)富水隧道探水方法、隧道突涌水災(zāi)害預(yù)測預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)與破碎富水段注漿加固關(guān)鍵技術(shù),保障了躍龍門隧道在極高風險富水段施工期未發(fā)生重大突涌水事故,確保了隧道安全高效施工。
向內(nèi)聚力向外借智 創(chuàng)新技術(shù)攻破隧道建設(shè)痛點難點
問題倒逼方法,在隧道建設(shè)過程中,伴隨問題不斷地出現(xiàn),一系列創(chuàng)新技術(shù)工法應(yīng)運而生。
“高地應(yīng)力軟巖隧道大變形控制”是一項鐵路建設(shè)世界性難題。躍龍門隧道地處汶川地震災(zāi)害核心區(qū),埋深達1400米,巖性軟弱,隧道遭遇高地應(yīng)力出現(xiàn)軟巖大變形。2018年1月,軟巖變形引發(fā)嚴重的“群洞效應(yīng)”,原本前期施工的中間平導(dǎo)已穿過軟巖大變形區(qū)段,但在后續(xù)施工中,隧道的左洞、右洞、平導(dǎo)洞在高地應(yīng)力結(jié)構(gòu)變化下,初期支護發(fā)生了大變形,隧道沉降變形速率24小時內(nèi)最大達到6厘米,中間平導(dǎo)洞整個洞口縮進了2米多,從一個直徑6.5米的圓形斷面塌成4米高5米寬的“扁圓洞”。
變形來得猝不及防,用于支撐的鋼拱架加速扭曲甚至發(fā)生折斷,發(fā)出“咔咔”的聲響,混凝土塊不斷地從洞口剝離脫落。按照常規(guī)處理方法,要降低軟巖大變形對施工的影響,需要在初支完畢后快速打錨桿注漿。但隧道內(nèi)同時存在瓦斯和硫化氫兩種有毒有害氣體,錨桿孔打多后,原本賦存在圍巖里的瓦斯就會溢出,施工隊必須立即停工撤離,這嚴重影響工程進度。
為了徹底解決這一問題,隧道技術(shù)團隊通過數(shù)據(jù)模擬、現(xiàn)場試驗、優(yōu)化創(chuàng)新,歷時9個月,提出“兩臺階帶仰拱(短臺階)快速封閉成環(huán)施工方法”,通過改變斷面形狀、創(chuàng)新支護方式、優(yōu)化工序流程,主動控制隧道變形,從2019年起,依托成套機械化施工,隧道洞周應(yīng)力分布得到有效改善,圍巖破碎發(fā)展進程減緩,隧道變形得到有效控制。
俯瞰躍龍門隧道。成蘭鐵路公司供圖
不僅實現(xiàn)自主創(chuàng)新,在躍龍門隧道的建設(shè)過程中,指揮部持續(xù)與高校、科研機構(gòu)、企業(yè)密切合作,群策群力,集中力量解決地質(zhì)復(fù)雜的長大隧道建設(shè)難題。
躍龍門隧道獨頭通風距離長達8公里,多個作業(yè)面縱橫交錯,施工人數(shù)眾多。由于該隧道是國內(nèi)罕見的硫化氫和高瓦斯并存的隧道,要保障安全施工,提升通風系統(tǒng)能級成為關(guān)鍵一環(huán)。
為此,中鐵十九局成蘭項目指揮部聯(lián)合中鐵二院、高校、企業(yè)合作建立“主通風系統(tǒng)+局部通風系統(tǒng) ”模式,借鑒礦山通風技術(shù),根據(jù)通風系統(tǒng)提供風量倒排施工工序,實現(xiàn)了“以風能定產(chǎn)能”。指揮部特地從四川省煤炭產(chǎn)業(yè)集團公司借調(diào)了30多位技術(shù)人員,安排在隧道通風管理、瓦斯監(jiān)控、機電工程和門禁等多個崗位,實現(xiàn)了“專人專職”,確保隧道安全用工。
“不辱使命,攻堅克難。”成蘭鐵路有限責任公司成蘭指揮部指揮長肖霞林透露,躍龍門隧道十年建設(shè)過程中,累計獲得國家專利240項、創(chuàng)新工法20項,刊發(fā)論文50余篇,出版技術(shù)專著4項,累計獲得科技進步獎12項。
有人離開,也有更多人選擇堅守。十年間,中鐵十九局集團項目指揮部來了接近300多名技術(shù)人員,很多人把這里當成了家,在這里扎下根來,踏實工作與生活。躍龍門隧道,成為了他們生命中不可磨滅的印記。
據(jù)介紹,成蘭鐵路成川段全長275.8km,目前全線17座隧道已貫通16座,線路橋梁、路基工程基本完成。線路建成通車后,將結(jié)束川西北地區(qū)沒有鐵路的歷史,與既有寶成鐵路、西成客專及在建的成西鐵路(成都到西寧)共同形成連通西北與西南的重要干線鐵路通道,對于統(tǒng)籌區(qū)域經(jīng)濟社會協(xié)調(diào)發(fā)展、實現(xiàn)民族地區(qū)團結(jié)進步,具有重要意義。
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