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蜀道难于上青天 隧道6年掘进173米

火烧 2019-06-14 00:00:00 产业研究 1034
兰渝铁路胡麻岭隧道穿越复杂粉细砂地层,施工面临突水涌砂等挑战,通过降水和超前支护等技术攻克难题,实现月进20米,填补全球技术空白。

  在兰渝铁路线上,有这样一座隧道,它的所在地原本是一片寂寥无人的黄土岭,在地图上连标注都没有,但在隧道工程的行业内,这条隧道却鼎鼎有名,它就是胡麻岭隧道。

  这条全长13.61公里的隧道,运用世界顶级的隧道施工技术,居然耗时8年才彻底建成。要知道,在“基建狂魔”中国人手中,即使是被称为“世纪工程”的港珠澳大桥,全线建成也不过只用了九年的时间。

  

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  (一)又含水又含砂,隧道穿越粉细砂地层犹如“在豆腐脑里打洞”

  短短的3.25公里穿越第三系饱和富水粉细砂地层,上面有一座水库和一条河流,使得土层中形成众多大小不等的水囊。测量发现,每立方米富水粉细砂中,含砂76%,含水24%。

  受施工扰动的影响,围岩液化十分严重,还有突水、涌砂等安全隐患。在问题最严峻的“豆腐土层”里,平均每个月只能前进四五米,堪称“蜗牛爬行”。

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  (地下水示意图)

  粉细砂地层是最令岩土工程师头疼的地质环境之一。

  粉砂土是岩石经过风化作用后的产物,颗粒介于细砂土和粉土之间,透水能力极强,当底层的附近存在大量水源,如水库、河流时,土层里就会形成许多含水量丰富的水囊。

  这些地下水原本与人相安无事,但修建隧道时,一旦要穿过这些水囊,其中蕴含的水就会突涌出来,轻则阻碍施工,重则造成事故。

  

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  (隧道突水)

  在这种条件下打隧道,被形象地比喻为“在豆腐脑打洞”,任何现代化机械都无计可施,整个施工如同“拉锯战”,掘进,淹没,再掘进,进度变得异常缓慢。

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  (发生突泥的隧道)

  如果照这样挖下去,再过十年也挖不完。

 

  (二)在豆腐脑一般的土层里施工,隧道里的大水如何破解?

  首先是洞内降水。用自动抽水设施进行24小时连续不断的抽水,将隧道附近的地下水位降低。

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  (正洞降水设施)

  除了预先降低水位外,工程师们还采取了超前支护的方法来减小施工对围岩的扰动。

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  (隧道外深井降水)

  这样一来,隧道壁就实现了基本稳固,不会在下一步的开挖时发生坍塌。

  由于土层较软,新开挖的隧道时刻都有发生变形的趋势,甚至会由于土体内应力的改变而发生整体下移,这种掌子面超前加固的工法使得隧道壁的受力更加均匀,有利于隧洞结构的稳定,提高整体安全度。

  就是用这套办法,中国人将施工速度提高到了每月20多米,使得总工期变得可以承受,填补了全球范围内第三系富水粉细砂隧道修建技术空白,攻克了第三系饱和富水粉细砂地层上打隧道这个国际难题。

 

  (三)这么难修的隧道为什么一定要修?

  

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  兰渝铁路是中国境内一条连接甘肃省会兰州市与直辖市重庆的国铁Ⅰ级双线电气化客货共线快速铁路,正线全长886千米,全线桥隧比例72%,设计旅客列车速度目标值为时速160千米,有条件路段预留时速200千米。

  兰渝铁路是中国中长期铁路网规划中西北至西南区域间客货并重的大能力运输新通道,第三条纵贯中国南北的铁路大动脉。

  从兰州到重庆,恰好要跨过“一夫当关,万夫莫开”的秦岭,这里除了山就是峡谷,几乎没有一处是平地,绵延上千公里的山脉根本绕不过,只能和它硬刚。因此,兰渝铁路886公里的路程中有72%不是桥梁,就是隧道。

  

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  (秦岭地形,在业内人士看来有些恐怖)

  兰渝铁路通过的黄土高原区和秦岭高中山区,位于青藏高原隆升区边缘地带,在区域地质上位于华北、扬子、青藏(柴达木、羌塘等)诸小板块相互汇集部位,地质环境极为复杂特殊,地震、暴洪、泥石流灾害多发,号称“地质博物馆”。

  兰渝铁路需要穿越区域性大断裂10条、大断层87条,而这已经是经过精挑细选,最好走的道路了。

  如果不走胡麻岭,兰渝铁路就必须要面临更为严峻的地质环境——地应力。

  在这些地方,由于地壳的变动,岩层遭受挤压和扭曲,内部蕴藏着大量的能量,这时的地层就类似于一根弯曲到了极致的筷子,只要稍微增加一点扰动就会突然断裂。在地质学上,这就是我们所熟知的地震。

  相比起来,胡麻岭隧道的困难还算可控。

  兰渝铁路也是精准扶贫的长大干线,沿线22个县市区中分布着六盘山区、秦巴山区的十多个国家扶贫重点县。随着全线开通运营,沿线丰富的农牧业资源、有色金属资源、煤炭矿产资源有了廉价、快速的铁路运输通道,从而加速沿线地区经济发展、加快沿线群众脱贫致富。

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