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2020年2月16日    星期日
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仿動物脊柱“撐”起這個難點工程
人氣:1243    發布時間:2020/1/13

成蘭鐵路茂縣隧道6年多才打通,平均每天掘進不到5米——

作為中國最難的在建鐵路,成蘭鐵路正頑強地在四川境內向北挺進。它有多難建?剛剛貫通的茂縣隧道,是個最佳觀察視角:長9913米,打了足足74個月才通,平均每天掘進不到5米。

到2019年底,中國鐵路營業總里程已達13.9萬公里。但在廣袤的川西高原地區,卻沒有一寸鐵路。在建的成蘭鐵路將結束這個歷史。

□本報記者 王眉靈

穿越龍門山活動斷裂帶

動物脊柱給靈感

將500米隧道分成34個短節

成蘭鐵路先行開工的成都至川主寺(黃勝關)段全長約275公里,其中隧道就有17個,平均里程10.2公里。9.9公里的茂縣隧道,里程還不到平均數,但卻是全線重難點工程。為什么?

“茂縣隧道建設面臨兩個最大困難:穿越龍門山后山活動斷裂帶、軟巖,這是世界鐵路建設尚未完全攻克的難題!敝需F二院成蘭鐵路項目部副經理姜波說。

龍門山是活動斷裂帶的密集區,由3條大斷裂構成,汶川特大地震就發生在這里。

軟巖又是怎么回事?在茂縣隧道的圍巖加固現場,記者隨手撿起一塊石頭,輕輕一捏就成粉末。中鐵十七局成蘭鐵路項目指揮長侯國強說,巖體破碎似面粉,加上高地應力,在掘進中遇到了鐵路建設中罕見的大變形:手掌寬的鋼條被擠壓成“S”形,直徑11米的空間在短時間內“縮小”到了7米多。

兩大難題在茂縣隧道同時出現,讓約700米的段落成了“攔路虎”。

對建設者來說,穿越龍門山活動斷裂帶,不僅要考慮施工時順利通過,也要考慮運營后的安全。即便發生地震,也不會破壞隧道結構,便于快速修復。但是,隧道穿山而過。若山體錯位,隧道勢必相應斷裂。難題如何破?“動物的脊柱是一段段組成的。它們互相鉸接,又能錯位,而且還是中空的,可以保護脊髓!痹O計師“腦洞大開”,仿照動物的脊柱,根據斷裂帶錯動的概率,將500米斷裂帶核心段落分成了34個短節分別建設。各短節間留15厘米的變形縫,并用特殊的止水帶進行鉸接。

要保持隧道結構不變,還需給短節留夠可能錯位空間。因此,茂縣隧道的斷面較一般單線鐵路隧道的斷面,要“大”6%左右。

如何應對軟巖大變形?建設者對施工工藝進行了創新。他們爭分奪秒,快速挖掘、支護、錨固、注漿,搶在軟巖變形前,給山體注入混凝土增強巖體強度,達到穩固的目的。

應對復雜多樣的地形地質

最多時一天抽水3萬立方米

9公里多的隧道換了7種開挖工法

其他鐵路建設中常遇到的突泥、涌水,也給建設帶來不小挑戰。

2015年6月,隧道在建設中忽然出現了涌水。含著泥沙的水從正在掘進的掌子面滲出,源源不斷!白畛20天,天天都像在打仗!焙顕鴱娀貞。上抽水泵、接抽水管,直到建成一條從掌子面到2公里外、160米高排水的管道,建設才重新推進。此后900多天,抽水泵每天24小時不間斷抽水,最多時一天抽水3萬立方米,大約相當于20個標準游泳池水量。水中有泥沙,水泵使用一段時間就要更新,幾年下來,更換的水泵有400來臺。

走進已經貫通的茂縣隧道,可以看到,內部結構很復雜:隧道進口緊接茂縣車站,有三條鐵路線,進洞后短短1.2公里,經歷了三線變兩線、單洞變雙洞的變化。隧道三線的斷面面積有261平方米,單洞變雙洞時最大截面320平方米,是普通單線隧道截面的4倍,而單洞斷面面積僅80平方米,在1200米的距離中斷面面積逐漸縮小,共經10次變化,這在鐵路建設中極其罕見。

為何要在洞內變化?姜波介紹,成蘭鐵路沿線地形陡峭,茂縣車站難以選擇落腳地,不得不設置在茂縣隧道入口處;茂縣隧道前方穿越段地質太過復雜,只有讓隧道變小、斷面更窄,才更容易穿越。

結構復雜、地質復雜,為此,中鐵十七局轉換了7種開挖工法;高峰時段,作業掌子面多達17個。為確保設計措施落實到位,提高施工效率,建設者還專門配置了三臂鑿巖臺車、錨桿臺車等隧道施工專業設備,使關鍵工序高度機械化,保障了施工安全和質量。

積累鐵路建設經驗

開建275公里均為試驗段

多項難題正在破解

建設雖難,但對建設者來說,最興奮之處在于,茂縣隧道順利貫通,意味著“成蘭鐵路高地應力軟巖大變形控制技術”得到了成功應用,為我國西南地區軟巖隧道施工積累了寶貴的經驗。這也是成蘭鐵路,對中國乃至世界鐵路建設的意義所在。

根據中國鐵路總公司關于同意成蘭鐵路試驗段開展工程試驗有關事項的批復,成蘭鐵路以16個試驗專題為主導、按試驗方式先行開工成都至川主寺(黃勝關)試驗段,明確結合地質極為復雜、環保重大敏感等地段按動態設計方式進行管理,穩妥有序推進項目建設。

開建275公里均為試驗段,這在中國鐵路史上絕無僅有。究其原因,還是在于成蘭鐵路建設太難。它穿越龍門山、西秦嶺地震活動構造區大大小小的斷裂帶,是國內首條穿越南北地震帶的鐵路,被業內稱作“有史以來地質條件最為復雜的路線”。

但成蘭鐵路又不能不建。作為中國西部鐵路網的重要組成部分,它將結束川西高原地區無鐵路的歷史,打通制約四川藏族、羌族集中居住區發展的交通桎梏,也是聯系西南與西北兩大區域的紐帶。

可喜的是,經過多年建設,成蘭鐵路試驗專題逐步取得成效,多項難題正在破解。成蘭鐵路公司成蘭指揮部副指揮長劉善忠介紹,目前,成蘭鐵路橋梁和路基工程已完成99%,隧道工程已完成94%,無砟軌道、站房及站后四電工程已全面展開施工。

 

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