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兰渝铁路胡麻岭隧道贯通 "软豆腐里打洞"破解世界难题

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(原标题:兰渝铁路胡麻岭隧道贯通 "软豆腐里打洞"破解世界难题)

中国经济网北京6月27日讯(记者 齐慧 通讯员 张振宇)2017年6月19日早上10点30分,手机、电视、网络先后被同一条新闻刷屏了:兰渝铁路胡麻岭隧道贯通。

只是一条隧道而已为何如此轰动?原来打此隧道遇到了“第三系富水粉细砂岩”这一罕见的世界性难题,让其中一段短短的173米隧道,前后打了整整6年,平均下来每天还不到8厘米,甚至不足一支烟的长度。

一定要打吗?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。

面对胡麻岭隧道这一罕见的世界性难题,中国铁路建设者用了将近9年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地啃下这块“硬骨头”。

遭遇“国内罕见、世界难题”

2009年2月18日,天还冷着,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六处作业口同时开始施工,当时他们计划是用四年的时间完成这座隧道。

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

知道会困难,中铁十九局集团决定把最优秀的专业技术人才和最富经验的作业队伍、最先进的机械设备都配置到了胡麻岭。

“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说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。

困难来的总是很突然。开工不久的一天,当六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,距今大约六千五百万年至一百六十四万年之间。富水就是含水量高的意思。经过检测,这种粉细砂平均含水量竟然高达20%以上。

第三系粉富水细砂如同稀泥糊糊一样,施工过程中边挖边流,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。

中外专家齐上阵 “三法合一”解难题

“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,隧道被专家门定性为“国内罕见,世界难题”,被列为全路“头号重难点”工程。

鉴于兰渝铁路的特殊性和复杂性,兰渝公司和当时的铁道部在项目初期就给予了高度关注,决定以兰渝铁路为依托,在特长隧道修建技术、复杂地质条件下的隧道施工安全技术措施等方面进行一系列科研攻关。其中铁道部科研项目共设13个子课题,中国铁建科研项目3项、中铁一院科研项目5项。

在实践中创新!工程技术人员首先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,导致施工进度十分缓慢。专家们继续指导现场作业人员探索新的施工工艺,重点当然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。

曲桂有说专家的办法很是管用,“这里所说的矿山法、新奥法和新意法,都是经典的隧道施工方法,创新地将三种施工方法综合运用,达到了意想不到的效果。”

就这样,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到10米,但是毕竟让现场作业人员看到了一线曙光。

地表深井助阵 施工终上正轨

本就寸步难行,胡麻岭施工又遇到新危机。

随着隧道逐渐进入深埋段落,一号和二号斜井首先进入了长段落高压富水区。所谓高压富水,指的是地质中不但含有大量的水,而且还有极强的压力,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,而涌动仍然不停。

“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,开挖速度十分缓慢,每月平均只能掘进8.2米,要实现隧道贯通仍然遥遥无期。

直到2013年8月,工程人员想到了曾一度被否定的地表深井降水方案。

“当时被否定的原因是在第三系富水粉细砂中打井,容易塌孔、卡钻,成井率很低。在埋深100米以内尚能勉强成井,如果超过100米成井率不足3成,超过150米基本是打一眼、废一眼。”曲桂有说,胡麻岭隧道埋深基本都超过150米,个别段落甚至超过200米。

但是工程技术人员并没有放弃这一线希望,找到专业打井队伍。深井完成后,立即进行抽水作业。当抽水到第15天时,隧道内水量突然大幅减少:方案成功了!

就这样,通过地表深井昼夜不断抽水,富水粉细砂含水量明显降低,作业面压力明显减小。从2014年年初开始,隧道施工进度明显加快,每月平均掘进达到15米,其中五号洞单月开挖达到27米,功效平均提高了两倍以上。找到了解决问题的金钥匙,现场作业人员无不欢欣鼓舞、干劲倍增。

可接下来的困难还在源源不断接踵而至,到了后期还有700米的时候,新的状况又出现了……中国铁路总公司、兰渝铁路公司、设计单位、监理单位以及中铁十九局集团,共同成立工作组进驻隧道现场。工作组30余名成员中,有的管理经验丰富,有的是业内知名专家,大家都明确包保洞口,签下责任状,穿上工作服,进入隧道在泥水中跟班作业。就这样,难题一个一个被破解,近9年时间隧道终于打通了,我们也找到了破解“第三系富水粉细砂岩”这一罕见的世界性难题的“金钥匙”。

记者感言:创新往往在煎熬中开花结果  

有时创新是灵光一现,有时创新需要苦苦煎熬。胡麻岭隧道正是后者。

近九年的时间对在胡麻岭隧道战斗过的工作人员来说,可谓是一种煎熬。全长13公里多的隧道,前两年就修到了只剩163米,可其后发生大面积溜塌、突涌,让隧道施工陷入停滞。

据说,国内外几十批次顶级专家都曾前来会诊,但一次次试验无果。连在铁路隧道施工中享有盛誉的德国专家,也曾专门亲自带顶级设备和施工团队到胡麻岭应战,但试验几次都没成功,撤离时认为“不可能在这种地层中打隧道”。

“在这种软豆腐中打洞”,还找不到好的办法,让人感到绝望。大家都认为要打通胡麻岭隧道是一件不可能的事。作为兰渝铁路的必经之路,放弃也是不可能的。也就是在这苦苦煎熬,咬牙坚持的时候,办法被“熬”出来了。

从新技术到新设备,从新材料到新工艺,一项项尝试,一次次探索。攻坚6年,终于拿下这163米,使兰渝铁路全线通车进入最后阶段。虽然过程曲折,熬的辛苦,但最终还是找到破解难题的办法,获得解决问题的能力,工程开花结果,就连煎熬9年建设者也是认为值得的。

(责任编辑:佟明彪)

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