十年鏖戰(zhàn) 成蘭鐵路隧道“洞穿”龍門山斷裂帶
4月25日,成都至蘭州鐵路躍龍門隧道實現(xiàn)全線貫通。綿陽市安州區(qū)高川鄉(xiāng)龍門山上,中鐵十九局成蘭鐵路工程指揮部洋溢著歡樂的氣氛,建設者們喜不自勝,指揮部副總工程師劉國強百感交集:“修了10年,終于通啦!”
躍龍門隧道穿越龍門山斷裂帶,鐵路建設中遇到的多種難題在這里集中呈現(xiàn)。十年鏖戰(zhàn),躍龍門隧道終于貫通,劉國強也從入職新人成長為公司骨干,隧道建設之難不言而喻。
在成蘭鐵路公司成蘭指揮部指揮長肖霞林看來,躍龍門隧道的貫通為高原山區(qū)鐵路建設提供了寶貴經驗。
突破 攻克建設中的“疊加”難題
地震斷裂帶、斷層破碎帶、巖溶富水段、高地溫……躍龍門隧道建設中遇到的不良地質多達10余種,且這些不良地質的規(guī)模、難度大多首屈一指。
“比如,因為高地應力軟巖大變形,就出現(xiàn)了‘群洞效應’,3個洞、多個段同時變形加劇?!敝需F十九局成蘭鐵路工程指揮部指揮長王海亮記得,2017年底,隧道左線、右線及位于中間的平行導洞,以肉眼可見的速度同時加劇變形,洞內混凝土不斷往下掉,用以支護的鋼架被擠壓得“嘎嘎”響,20厘米高寬的H型鋼扭成了麻花,有的還折斷了。
既有施工工法對“群洞效應”帶來的變形沒用,工法一改再改也不見效,建設進度完全停滯。能否從源頭上改變?建設者們思考著。
建設中遇到的大變形是山體內部的應力發(fā)生變化所致。此前,鐵路建設應對大變形以“放”為主,山體變化會自然達到一個平衡點,或變化到一定程度時再干預。但高地應力軟巖大變形,意味著山體擠壓力更大、巖體更軟,加之躍龍門隧道處于龍門山斷裂帶,巖層較破碎,變形程度加劇。
經過反復研究和試驗,建設者們提出“主動控制大變形”的理念,通過非爆開挖、超前探測地質、長短錨桿結合等方式,提前加固巖體,與變形“搶時間”,有效控制住變形。由中鐵十九局首創(chuàng)的“高地應力軟巖大變形兩臺階帶仰拱(短臺階)快速封閉成環(huán)施工法”被全面推廣到全國鐵路建設中,成為全路推廣應用的針對大變形5種工法之一。
在躍龍門隧道建設取得的眾多關鍵技術成果中,“長大隧道洞內智能物流組織”引發(fā)記者的好奇。工程建設緣何“跨界”智能物流?原來,躍龍門隧道是成蘭鐵路全線長度超過20公里的3個隧道之一,雙洞加輔助施工通道總里程達71公里,規(guī)模為全國第一。建設高峰時,同時布設了20多個工作面,每天200多臺施工車輛進出洞。為了確保安全、提高工效,智能物流組織應運而生,比如,洞內智能交通指揮系統(tǒng)通過紅外感應定位器建立綠波帶,讓關鍵車輛通行能一路綠燈,不堵車。
取經科研創(chuàng)新鏟除“攔路虎”
“這是灰?guī)r,這是輝綠巖……”在中鐵十九局成蘭鐵路工程指揮部的創(chuàng)新工作室里,堆放著上百塊巖石,廖學才興奮地介紹著他的“寶貝”——這些都是隨著建設推進,在不同地點、不同巖性位置取回來的樣品。
廖學才是四川省地質礦產勘查開發(fā)局區(qū)域地質調查隊的退休工程師,2018年被指揮部聘請到躍龍門隧道一線開展技術指導?!褒堥T山有著獨特的推覆結構,斷裂、折疊多,巖層分布極不整齊?!彼f,在建設進度中,根據掌子面巖石的巖性、構造、接觸面,可預測前方巖變,從而進行超前地質預報,為隧道順利掘進提供技術支撐。
巖石取樣帶來意外收獲。廖學才發(fā)現(xiàn),隧道內部分段落的巖性,和同一軸線的地表巖性不同,如果把收集到的上千個樣品按坐標排列,相當于劃出了龍門山區(qū)域埋深1400多米的精準地質圖。此前,受技術局限,對龍門山脈的地質調查主要在地表,經過躍龍門隧道建設,“第一次打開了龍門山”。
進行地質超前預測,廖學才常與瓦斯打交道。躍龍門隧道內瓦斯、硫化氫兩種有毒有害氣體同時存在,尤其瓦斯?jié)舛雀撸O(jiān)測斷面瓦斯逸出量最多時每分鐘有9立方米。在鐵路建設規(guī)范中,這一數字達0.5立方米就屬于高瓦斯隧道。而且,由于龍門山的特別構造,這里的非煤地層附存于巖層表面,有毒有害氣體用常規(guī)辦法難以有效探測,成為施工安全的“攔路虎”。
成蘭鐵路公司向煤礦行業(yè)取經,借鑒礦井的通風方法,從川煤集團請來通風工程師石明燕,進行專業(yè)指導。經多方學習、取經,結合自身實際,躍龍門隧道形成“主+局部”通風系統(tǒng),并確定“以風定產”的建設思路。每天,石明燕作為“通風總指揮”確定能送多少風后,再進行施工組織?!耙燥L定產”后,建設進度從每月10米提高到每月15米。
為解決建設難題,成蘭鐵路公司組織參建單位和科研院校,開展了數十個課題的工程試驗和科技攻關,山東大學、北京大學、西南交大等都參與其中?!拌F路隧道能成功‘躍龍門’,在于建設突破了行業(yè)壁壘,集納多行業(yè)之長?!毙は剂终J為,這體現(xiàn)了我國多行業(yè)、多領域的先進水平。
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