国家重点工程大瑞铁路被行业内称为“世界上最难修的铁路”之一,大理至保山段已于2022年7月22日开通运营,仍在建设中的保山至瑞丽段高黎贡山隧道是世界上首条穿越横断山脉的超级工程。
高黎贡山隧道全长34.538公里,是大瑞铁路重点控制性工程,2015年开工建设以来,经过1000多名建设者9年奋战,这座创造中国铁路最长隧道、最长斜井、最深竖井等9项纪录的超级工程掘进完成51.4%。
一直以来,中国铁路建设者不断刷新世界隧道建设纪录,为何不到35公里的高黎贡山隧道9年只完成一半的进度?到底难在哪里?
高黎贡山隧道位于横断山脉喜马拉雅地震带,共穿越19条断裂带,埋深达到1155米,具有“高地热、高地应力、高地震烈度;活跃的新构造运动、活跃的地热水环境、活跃的外动力地质条件、活跃的岸坡浅表改造过程”的“三高四活跃”复杂地质。
“业界专家一致认为,大瑞铁路是目前国内艰险山区地形地质条件最为复杂的一条线路,而高黎贡山隧道又是本线艰险中的艰险,施工难度在目前世界隧道工程领域首屈一指。”中铁隧道局集团大瑞铁路工程项目经理部总工程师马亮介绍。
这座隧道地层种类高达18种,情况复杂属全国罕见,几乎囊括了隧道施工所有不良地质和重大风险,施工难度在世界隧道修建史上首屈一指,对于建设者们来说,施工犹如在荆棘从丛中前行,又如在砂堆里穿洞。
大变形、大涌水、高温、坍塌等各种叠加在一起超乎想象的复杂地质难题,让建设者们吃尽了苦头,几乎是一点一点艰难向前掘进。
“斜井开挖至600米处开始进入顺层、偏压、高地应力段落,我们遭遇了施工以来最艰险、最难克服的隧道大变形。高地应力把支护钢架扭曲为S形Z形,将已经成型的隧道挤压变小,初期支护挤压开裂掉块,壁岩侵入隧道1米多,导致隧道作业空间狭窄变形。”中铁隧道局大瑞铁路工程项目经理部斜井工区工程部部长王欣回忆道。隧道内到处都是初支混凝土开裂,摇摇欲坠的混凝土块随时可能掉落,不仅考验着建设者们的意志,也一直影响隧道开挖进度,仅因高地应力导致变形、局部坍塌,项目前前后后已进行了11次停工处理。
为破解大变形难题,参建单位通过调整隧道结构曲率、加强钢架型号、调整加密钢架间距,径向注浆,采取仰拱初支与拱墙钢架一次成环等措施,有效控制了围岩变形,恢复了掘进。同时依托张政创新工作室,针对施工难题开展了大量课题研究,形成了许多论文研究成果,为今后同类软岩大变形施工提供了重要借鉴参考作用。
施工现场,掌子面处几名工人坐一堆冰块上方短暂休息,豆粒般大小的汗珠夹杂着消融的冰水从后背流淌下来。
从2018年7月份开始,隧道内的温度迅速上升,掌子面处的岩温最高时超过39℃,涌水水温达38℃,隧道上方作业区更高达42℃。周边有上百处温泉,深孔钻探实测地下水温最高达102℃,高温涌水使施工现场时刻像桑拿房一般。高温湿热的环境,使得建设者体力迅速流失,大大降低了工作效率。
为此,项目制定了堵截热水源的办法,对隧道内的出热水点进行注浆堵水,购置了大功率风机以及2台450千瓦大功率机械制冷设备,加大通风制冷和空气流动。考虑到长期应对高温复杂环境,项目一次性投入150万元自建日产60吨冰块的制冰厂,以满足现场每天近60吨冰块需求,还为作业人员配置了工地医务室、应急药品,积极改善工人作业环境。
为了提升施工效率,项目部设计了两个竖井,增加作业面,缩短建设周期。高黎贡山隧道1号竖井主井深762.59米,副井深764.74米,是中国铁路最深在建铁路竖井。而这个“地心之旅”尤为艰难,竖井施工过程中,多次发生突泥涌水、垮塌等险情,涌水最大的时候,每小时达300多立方米,造成淹井。
“根据数据显示,仅斜井每天的涌水量就达3.3万方,可以填满17.5个标准游泳池。同时,高黎贡山隧道内的水压一度达到7兆帕,创下国内铁路隧道施工最高纪录,二三十米的钻头直接被高压涌水从岩石中挤压冲了出来。”中铁隧道局大瑞铁路工程项目经理部斜井分布总工魏永杰说。每掘进一米,前方都面临着不可控的未知世界,即使综合了各种先进地质预报,也无法准确预测前方复杂的地质。
为解决高温涌水难题,他们采取“打泄水孔引排水”方式提前打孔泄水,既避免涌水险情又能提前散热。投入450千瓦大功率抽水设备反坡排水,及时排除高温涌水。针对性攻克超长斜井高温富水施工关键技术和降温处理技术课题,为现场降温排水提供理论支撑。
从2015年年底至今,建设者坚持刷新“世界上最难修的铁路隧道”掘进进度条,用智慧和汗水创造着中国铁路修建史上又一个奇迹。
高黎贡山隧道创9项中国**:世界上**条穿越横断山脉的超级工程;隧道规划了24条线路,选线1032千米,是中国铁路选线最多的隧道;隧道设计周期10年,施工周期10年,是国内设计施工周期最长的隧道;隧道长34.538千米,是当时中国**铁路长隧;1号竖井主井深762.59米,副井深764.74米,是中国铁路最深竖井;1号斜井长3870米,是中国铁路隧道最长斜井;先进的TBM工法首次在滇西南复杂地质条件下使用;“彩云号”TBM直径9.03米,是中国自主研制的国内最大直径硬岩掘进TBM;“彩云1号”TBM,是中国**台再制造TBM。