兰渝铁路“头号重难点”胡麻岭隧道胜利贯通

来源:中国经济网-《经济日报》

  被国内外隧道专家定性为“国内罕见,世界难题”的兰渝铁路“头号重难点”工程——胡麻岭隧道6月19日胜利贯通,标志着兰渝铁路全线通车进入最后阶段。

  兰渝铁路是中国西部铁路网主骨架,连接着黄河与长江两大流域,是兰新经济带与川渝经济带的一座重要“钢铁桥梁”,也是“一带一路”沿线的重要交通大动脉。兰渝铁路所经地区被称为“地质博物馆”,是中国地质条件最复杂的山区长大干线铁路。

  中国铁建十九局集团承建的胡麻岭隧道全长13.6公里,是兰渝铁路中最难的一段,也是最后一个节点工程。建设者们几年的时间边施工、边探索、边科研,历经上千次工艺试验,一个个施工难题不断被破解。

  2017年6月19日上午10点30分,手机、电视、网络被同一条新闻刷屏:兰渝铁路胡麻岭隧道贯通。

  一条隧道为何引起如此轰动?胡麻岭隧道是兰渝铁路中最难的一段,施工中遇到了“第三系富水粉细砂岩”这一罕见的世界性难题,其中一段短短的173米隧道,前后打了整整6年,平均下来每天还不到8厘米。

  这么难为什么还坚持要打通?如果把兰渝铁路比作一条蜿蜒的巨龙,那么这条巨龙从“一带一路”重镇甘肃兰州出发,必须首先穿越横亘在兰州榆中县和定西安定区之间的胡麻岭,然后再一路向南,跨越万水千山到达重庆。也就是说一定要从胡麻岭开凿一座双线大断面隧道才行。

  面对胡麻岭隧道这个世界性难题,中国铁路建设者用了8年多的时间通过不断自主创新,探索新的施工工艺,尝试新材料,艰苦卓绝地一点一点啃下这块“硬骨头”。

  遭遇罕见难题

  2009年2月18日,兰渝铁路公司在兰州举行了胡麻岭隧道开工动员大会。随即,承担胡麻岭隧道施工任务的中铁十九局集团在隧道兰州方向入口和重庆方向出口以及一号至四号斜井共6处作业口同时开始施工,当时他们计划用4年的时间完成这座隧道施工。

  早在方案设计阶段,设计单位中铁一院就已经预见到了地层的复杂与困难。但在线路所经过的定西盆地,这种地质构成广泛分布,根本无法回避;而基于沿线经济社会等的综合考量,目前的线路走向又是唯一的选项。

  “开工前勘探单位认为围岩属于隧道地质学上的Ⅳ级和Ⅴ级围岩,全部以泥岩、砂岩夹泥岩和砾岩为主。虽然这样的地质条件施工难度很高,但以我们国家的隧道施工水平,完全可以从容应对。”中铁十九局集团副总经理兼兰渝铁路项目部项目经理曲桂有表示,后面所遇到的难题是他们完全没有想到的。

  胡麻岭隧道的设计是开挖宽度15.02米、高度12.74米。其中,有140米段落下穿水库、99米段落下穿河流。开工不久的一天,当6处作业口逐渐向胡麻岭深处掘进时,三号和四号斜井掌子面地质结构逐渐发生变化,直至变成了一种棕黄色的粉细砂。更让现场作业人员感到吃惊的是,各作业口掌子面突水量也逐渐增大,特别是三号斜井,水流呈喷射状,日均突水量竟达到1200立方米,其他作业面也达到日均400立方米以上,粉细砂在水的作用下,变成了稀泥糊,隧道施工被迫停滞。

  曲桂有解释说,这种地质结构被称为第三系富水粉细砂。第三系是一个年代地层单位,就是说这种地质结构生成于第三系时期。富水就是含水量高的意思。这种粉细砂平均含水量高达20%以上,围岩呈流塑状,如同在“豆腐”中打洞,泥沙颗粒比玉米粥还细。

  施工过程中,富水粉细砂边挖边流,造成开挖及支护无法进行。不仅如此,地层中还存在大大小小的空腔体,里面封存地下水,也会在开挖过程中突然涌出。这已经是隧道施工中遇到的最弱地质,稍有不慎就会变形和塌方,造成人员伤亡。

  “三法合一”破题

  “在如此长段落第三系富水粉细砂地层中修建隧道,国内外尚属首例。特别是这种粉细砂和以前遇到过的差别很大,尤其是和水相互作用后情况更加复杂,国内外都没有成熟工艺可以借鉴应用。”曲桂有说。

  国内知名专家、工程院院士王梦恕、孙永福、梁文灏,以及国家勘察设计大师史玉新和意大利等国外著名专家到胡麻岭隧道现场进行了调研,隧道被专家们定性为“国内罕见,世界难题”,被列为兰渝铁路“头号重难点”工程。

  工程技术人员在实践中不断创新,决定在三号和四号斜井,采用富水地层常用的真空降水和注浆加固方法继续向前掘进。

  “所谓真空降水,就是在掌子面及四周埋设一定数量的排水管,通过真空泵的气压将围岩内的水排出,尽量保持围岩相对干燥;注浆加固就是向掌子面输入数种特制浆液,并调配化学材料,将稀泥状的围岩变成固体后再进行开挖。”中铁十九局技术人员解释说。

  然而,效果并不理想,施工进度十分缓慢。专家们和现场作业人员一起继续探索新的施工工艺,重点是寻找有效措施加固围岩,并解决围岩中水的影响。经过对各种工艺试验的总结分析,专家们提出了以矿山法、新奥法和新意法“三法合一”,辅以综合降水、注浆固结措施解决施工难题的新思路。

  通过创新地将3种施工方法综合运用,胡麻岭隧道终于能暂时安全平稳地施工了,虽然每月只能开挖8至10米,但是现场作业人员看到了曙光。

  齐心协力攻坚

  胡麻岭工程继续推进不久,施工又遇到新问题。随着隧道逐渐进入深埋段落,一号和二号斜井进入长段落高压富水区。所谓高压富水,指的是地质中不但含有大量的水,还有极强的压力,这样的地质条件会不断形成突水涌泥。

  2011年8月下旬,一号斜井掌子面左侧泥沙突然连续向外涌动,现场作业人员紧急设置挡泥坝,涌动仍然不停。“光是涌出的砂土每天多达1600立方米,我们先后建了5道挡泥坝,最后一直到离掌子面210米时,才勉强将泥沙挡住。”现场的施工人员回忆说,同年9月下旬,二号斜井也出现了类似的情况。

  伴随着经常发生的突水涌泥,开挖速度变得更加缓慢。经过日以继夜地研究,工程人员最终确定了地表深井降水方案。通过地表深井昼夜不断抽水,富水粉细砂含水量明显降低,作业面压力减小,隧道施工进度明显加快。

  困难接踵而至,专家们和作业人员不断攻坚克难,最终取得了胜利。通过攻坚胡麻岭隧道,中国铁建十九局技术水平上了一个新台阶,取得了超前辐射状降水通道系统、低渗透性粉细砂地层隧道内降水系统等5项国家实用新型专利。