國家重點(diǎn)工程大瑞鐵路被行業(yè)內(nèi)稱為“世界上最難修的鐵路”之一,大理至保山段已于2022年7月22日開通運(yùn)營,仍在建設(shè)中的保山至瑞麗段高黎貢山隧道是世界上首條穿越橫斷山脈的超級工程。
高黎貢山隧道全長34.538公里,是大瑞鐵路重點(diǎn)控制性工程,2015年開工建設(shè)以來,經(jīng)過1000多名建設(shè)者9年奮戰(zhàn),這座創(chuàng)造中國鐵路最長隧道、最長斜井、最深豎井等9項紀(jì)錄的超級工程掘進(jìn)完成51.4%。
一直以來,中國鐵路建設(shè)者不斷刷新世界隧道建設(shè)紀(jì)錄,為何不到35公里的高黎貢山隧道9年只完成一半的進(jìn)度?到底難在哪里?
高黎貢山隧道位于橫斷山脈喜馬拉雅地震帶,共穿越19條斷裂帶,埋深達(dá)到1155米,具有“高地?zé)?、高地?yīng)力、高地震烈度;活躍的新構(gòu)造運(yùn)動、活躍的地?zé)崴h(huán)境、活躍的外動力地質(zhì)條件、活躍的岸坡淺表改造過程”的“三高四活躍”復(fù)雜地質(zhì)。
“業(yè)界專家一致認(rèn)為,大瑞鐵路是目前國內(nèi)艱險山區(qū)地形地質(zhì)條件最為復(fù)雜的一條線路,而高黎貢山隧道又是本線艱險中的艱險,施工難度在目前世界隧道工程領(lǐng)域首屈一指。”中鐵隧道局集團(tuán)大瑞鐵路工程項目經(jīng)理部總工程師馬亮介紹。
這座隧道地層種類高達(dá)18種,情況復(fù)雜屬全國罕見,幾乎囊括了隧道施工所有不良地質(zhì)和重大風(fēng)險,施工難度在世界隧道修建史上首屈一指,對于建設(shè)者們來說,施工猶如在荊棘從叢中前行,又如在砂堆里穿洞。
大變形、大涌水、高溫、坍塌等各種疊加在一起超乎想象的復(fù)雜地質(zhì)難題,讓建設(shè)者們吃盡了苦頭,幾乎是一點(diǎn)一點(diǎn)艱難向前掘進(jìn)。
“斜井開挖至600米處開始進(jìn)入順層、偏壓、高地應(yīng)力段落,我們遭遇了施工以來最艱險、最難克服的隧道大變形。高地應(yīng)力把支護(hù)鋼架扭曲為S形Z形,將已經(jīng)成型的隧道擠壓變小,初期支護(hù)擠壓開裂掉塊,壁巖侵入隧道1米多,導(dǎo)致隧道作業(yè)空間狹窄變形。”中鐵隧道局大瑞鐵路工程項目經(jīng)理部斜井工區(qū)工程部部長王欣回憶道。隧道內(nèi)到處都是初支混凝土開裂,搖搖欲墜的混凝土塊隨時可能掉落,不僅考驗著建設(shè)者們的意志,也一直影響隧道開挖進(jìn)度,僅因高地應(yīng)力導(dǎo)致變形、局部坍塌,項目前前后后已進(jìn)行了11次停工處理。
為破解大變形難題,參建單位通過調(diào)整隧道結(jié)構(gòu)曲率、加強(qiáng)鋼架型號、調(diào)整加密鋼架間距,徑向注漿,采取仰拱初支與拱墻鋼架一次成環(huán)等措施,有效控制了圍巖變形,恢復(fù)了掘進(jìn)。同時依托張政創(chuàng)新工作室,針對施工難題開展了大量課題研究,形成了許多論文研究成果,為今后同類軟巖大變形施工提供了重要借鑒參考作用。
施工現(xiàn)場,掌子面處幾名工人坐一堆冰塊上方短暫休息,豆粒般大小的汗珠夾雜著消融的冰水從后背流淌下來。
從2018年7月份開始,隧道內(nèi)的溫度迅速上升,掌子面處的巖溫最高時超過39℃,涌水水溫達(dá)38℃,隧道上方作業(yè)區(qū)更高達(dá)42℃。周邊有上百處溫泉,深孔鉆探實測地下水溫最高達(dá)102℃,高溫涌水使施工現(xiàn)場時刻像桑拿房一般。高溫濕熱的環(huán)境,使得建設(shè)者體力迅速流失,大大降低了工作效率。
為此,項目制定了堵截?zé)崴吹霓k法,對隧道內(nèi)的出熱水點(diǎn)進(jìn)行注漿堵水,購置了大功率風(fēng)機(jī)以及2臺450千瓦大功率機(jī)械制冷設(shè)備,加大通風(fēng)制冷和空氣流動??紤]到長期應(yīng)對高溫復(fù)雜環(huán)境,項目一次性投入150萬元自建日產(chǎn)60噸冰塊的制冰廠,以滿足現(xiàn)場每天近60噸冰塊需求,還為作業(yè)人員配置了工地醫(yī)務(wù)室、應(yīng)急藥品,積極改善工人作業(yè)環(huán)境。
為了提升施工效率,項目部設(shè)計了兩個豎井,增加作業(yè)面,縮短建設(shè)周期。高黎貢山隧道1號豎井主井深762.59米,副井深764.74米,是中國鐵路最深在建鐵路豎井。而這個“地心之旅”尤為艱難,豎井施工過程中,多次發(fā)生突泥涌水、垮塌等險情,涌水最大的時候,每小時達(dá)300多立方米,造成淹井。
“根據(jù)數(shù)據(jù)顯示,僅斜井每天的涌水量就達(dá)3.3萬方,可以填滿17.5個標(biāo)準(zhǔn)游泳池。同時,高黎貢山隧道內(nèi)的水壓一度達(dá)到7兆帕,創(chuàng)下國內(nèi)鐵路隧道施工最高紀(jì)錄,二三十米的鉆頭直接被高壓涌水從巖石中擠壓沖了出來。”中鐵隧道局大瑞鐵路工程項目經(jīng)理部斜井分布總工魏永杰說。每掘進(jìn)一米,前方都面臨著不可控的未知世界,即使綜合了各種先進(jìn)地質(zhì)預(yù)報,也無法準(zhǔn)確預(yù)測前方復(fù)雜的地質(zhì)。
為解決高溫涌水難題,他們采取“打泄水孔引排水”方式提前打孔泄水,既避免涌水險情又能提前散熱。投入450千瓦大功率抽水設(shè)備反坡排水,及時排除高溫涌水。針對性攻克超長斜井高溫富水施工關(guān)鍵技術(shù)和降溫處理技術(shù)課題,為現(xiàn)場降溫排水提供理論支撐。
從2015年年底至今,建設(shè)者堅持刷新“世界上最難修的鐵路隧道”掘進(jìn)進(jìn)度條,用智慧和汗水創(chuàng)造著中國鐵路修建史上又一個奇跡。
高黎貢山隧道創(chuàng)9項中國第一:世界上第一條穿越橫斷山脈的超級工程;隧道規(guī)劃了24條線路,選線1032千米,是中國鐵路選線最多的隧道;隧道設(shè)計周期10年,施工周期10年,是國內(nèi)設(shè)計施工周期最長的隧道;隧道長34.538千米,是當(dāng)時中國第一鐵路長隧;1號豎井主井深762.59米,副井深764.74米,是中國鐵路最深豎井;1號斜井長3870米,是中國鐵路隧道最長斜井;先進(jìn)的TBM工法首次在滇西南復(fù)雜地質(zhì)條件下使用;“彩云號”TBM直徑9.03米,是中國自主研制的國內(nèi)最大直徑硬巖掘進(jìn)TBM;“彩云1號”TBM,是中國第一臺再制造TBM。