仿动物脊柱“撑”起这个难点工程

2020-01-13 06:37:11来源:四川日报编辑:陈乐

1月12日,建设者庆祝成兰铁路茂县隧道全线贯通。 新华社发(张可凡摄)

成兰铁路茂县隧道6年多才打通,平均每天掘进不到5米——

作为中国最难的在建铁路,成兰铁路正顽强地在四川境内向北挺进。它有多难建?刚刚贯通的茂县隧道,是个最佳观察视角:长9913米,打了足足74个月才通,平均每天掘进不到5米。

到2019年底,中国铁路营业总里程已达13.9万公里。但在广袤的川西高原地区,却没有一寸铁路。在建的成兰铁路将结束这个历史。

□本报记者 王眉灵

穿越龙门山活动断裂带

动物脊柱给灵感

将500米隧道分成34个短节

成兰铁路先行开工的成都至川主寺(黄胜关)段全长约275公里,其中隧道就有17个,平均里程10.2公里。9.9公里的茂县隧道,里程还不到平均数,但却是全线重难点工程。为什么?

“茂县隧道建设面临两个最大困难:穿越龙门山后山活动断裂带、软岩,这是世界铁路建设尚未完全攻克的难题。”中铁二院成兰铁路项目部副经理姜波说。

龙门山是活动断裂带的密集区,由3条大断裂构成,汶川特大地震就发生在这里。

软岩又是怎么回事?在茂县隧道的围岩加固现场,记者随手捡起一块石头,轻轻一捏就成粉末。中铁十七局成兰铁路项目指挥长侯国强说,岩体破碎似面粉,加上高地应力,在掘进中遇到了铁路建设中罕见的大变形:手掌宽的钢条被挤压成“S”形,直径11米的空间在短时间内“缩小”到了7米多。

两大难题在茂县隧道同时出现,让约700米的段落成了“拦路虎”。

对建设者来说,穿越龙门山活动断裂带,不仅要考虑施工时顺利通过,也要考虑运营后的安全。即便发生地震,也不会破坏隧道结构,便于快速修复。但是,隧道穿山而过。若山体错位,隧道势必相应断裂。难题如何破?“动物的脊柱是一段段组成的。它们互相铰接,又能错位,而且还是中空的,可以保护脊髓。”设计师“脑洞大开”,仿照动物的脊柱,根据断裂带错动的概率,将500米断裂带核心段落分成了34个短节分别建设。各短节间留15厘米的变形缝,并用特殊的止水带进行铰接。

要保持隧道结构不变,还需给短节留够可能错位空间。因此,茂县隧道的断面较一般单线铁路隧道的断面,要“大”6%左右。

如何应对软岩大变形?建设者对施工工艺进行了创新。他们争分夺秒,快速挖掘、支护、锚固、注浆,抢在软岩变形前,给山体注入混凝土增强岩体强度,达到稳固的目的。

应对复杂多样的地形地质

最多时一天抽水3万立方米

9公里多的隧道换了7种开挖工法

其他铁路建设中常遇到的突泥、涌水,也给建设带来不小挑战。

2015年6月,隧道在建设中忽然出现了涌水。含着泥沙的水从正在掘进的掌子面渗出,源源不断。“最初20天,天天都像在打仗。”侯国强回忆。上抽水泵、接抽水管,直到建成一条从掌子面到2公里外、160米高排水的管道,建设才重新推进。此后900多天,抽水泵每天24小时不间断抽水,最多时一天抽水3万立方米,大约相当于20个标准游泳池水量。水中有泥沙,水泵使用一段时间就要更新,几年下来,更换的水泵有400来台。

走进已经贯通的茂县隧道,可以看到,内部结构很复杂:隧道进口紧接茂县车站,有三条铁路线,进洞后短短1.2公里,经历了三线变两线、单洞变双洞的变化。隧道三线的断面面积有261平方米,单洞变双洞时最大截面320平方米,是普通单线隧道截面的4倍,而单洞断面面积仅80平方米,在1200米的距离中断面面积逐渐缩小,共经10次变化,这在铁路建设中极其罕见。

为何要在洞内变化?姜波介绍,成兰铁路沿线地形陡峭,茂县车站难以选择落脚地,不得不设置在茂县隧道入口处;茂县隧道前方穿越段地质太过复杂,只有让隧道变小、断面更窄,才更容易穿越。

结构复杂、地质复杂,为此,中铁十七局转换了7种开挖工法;高峰时段,作业掌子面多达17个。为确保设计措施落实到位,提高施工效率,建设者还专门配置了三臂凿岩台车、锚杆台车等隧道施工专业设备,使关键工序高度机械化,保障了施工安全和质量。

积累铁路建设经验

开建275公里均为试验段

多项难题正在破解

建设虽难,但对建设者来说,最兴奋之处在于,茂县隧道顺利贯通,意味着“成兰铁路高地应力软岩大变形控制技术”得到了成功应用,为我国西南地区软岩隧道施工积累了宝贵的经验。这也是成兰铁路,对中国乃至世界铁路建设的意义所在。

根据中国铁路总公司关于同意成兰铁路试验段开展工程试验有关事项的批复,成兰铁路以16个试验专题为主导、按试验方式先行开工成都至川主寺(黄胜关)试验段,明确结合地质极为复杂、环保重大敏感等地段按动态设计方式进行管理,稳妥有序推进项目建设。

开建275公里均为试验段,这在中国铁路史上绝无仅有。究其原因,还是在于成兰铁路建设太难。它穿越龙门山、西秦岭地震活动构造区大大小小的断裂带,是国内首条穿越南北地震带的铁路,被业内称作“有史以来地质条件最为复杂的路线”。

但成兰铁路又不能不建。作为中国西部铁路网的重要组成部分,它将结束川西高原地区无铁路的历史,打通制约四川藏族、羌族集中居住区发展的交通桎梏,也是联系西南与西北两大区域的纽带。

可喜的是,经过多年建设,成兰铁路试验专题逐步取得成效,多项难题正在破解。成兰铁路公司成兰指挥部副指挥长刘善忠介绍,目前,成兰铁路桥梁和路基工程已完成99%,隧道工程已完成94%,无砟轨道、站房及站后四电工程已全面展开施工。

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