記者 王眉靈/文
10月11日，四川境內(nèi)的龍門山脈“洞心”深處，鋪軌機(jī)牽引著鐵軌，向阿壩方向行進(jìn)。每落下一根長(zhǎng)軌，距新歷史就更近一步。
飛馳的動(dòng)車、不斷延展的鐵路線，正在改變中國。截至2021年底，全國鐵路營業(yè)總里程已突破15萬公里，位居全球第二；但在川西高原，還沒有一寸鐵路。正在建設(shè)的成蘭鐵路，將讓鐵路首次爬上川西高原。
這條被稱作“超難”的在建鐵路，里程中64%是隧道，其中全線第三長(zhǎng)、穿越龍門山斷裂帶的躍龍門隧道被視為“難上加難”。經(jīng)過10年奮戰(zhàn)，這條長(zhǎng)約20公里的隧道于2022年4月實(shí)現(xiàn)雙線貫通，這是我國鐵路隧道第一次成功穿越巨大災(zāi)害性斷裂帶。
“洞穿”龍門山斷裂帶，背后有哪些奧秘？川觀新聞?dòng)浾邅淼匠商m鐵路躍龍門隧道。
一洞連接平原區(qū)和高原區(qū)
堪稱“地質(zhì)博物館”
從位于綿陽市安州區(qū)的鋪軌基地，坐工程運(yùn)輸車出發(fā)，沿成蘭鐵路已鋪好的軌道前行，過橋梁、穿隧洞，過了高川車站，就是躍龍門隧道的入口。與鋪軌基地平坦開闊的地勢(shì)不同，這里群山環(huán)繞，眼前的龍門山脈連綿起伏，一眼看不到頭。
“這是成蘭鐵路高原鋪軌段的起點(diǎn)。”中鐵八局成蘭鐵路工程指揮部常務(wù)副指揮長(zhǎng)張華說，從鋪軌基地出來后，就一直在爬坡，整個(gè)高原段線路最大坡度為17.8‰，相當(dāng)于一公里的里程海拔高差為17.8米。為了安全“爬坡”，運(yùn)送長(zhǎng)軌到鋪軌現(xiàn)場(chǎng)的專列，運(yùn)載的長(zhǎng)軌要比平原狀態(tài)下少1/2左右。
從成都平原到川西高原，要翻越中國最長(zhǎng)、最寬、最典型的南北向山系群體，因其“橫斷”東西向交通，故名橫斷山脈。
復(fù)雜的地形、復(fù)雜的地質(zhì)，綜合構(gòu)成了世界罕見的鐵路建設(shè)之“難”。
中鐵二院成蘭鐵路項(xiàng)目隧道設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人姜波介紹，成蘭鐵路地處青藏高原東部邊緣，位于我國第二地貌階梯（地面高程500~700米）向第一地貌階梯（地面高程3000~5600米）急切過渡的高山峽谷區(qū)，線路橫穿龍門山、岷山、西秦嶺等山脈，先后跨越盆地區(qū)、中低山區(qū)、高山區(qū)、高原區(qū)。作為試驗(yàn)段率先建設(shè)的成川段，起自成都青白江止于至阿壩松潘，275.7公里線路，海拔就從600米爬升到了3200米，可說是一路“爬坡上坎”。
“難上加難”的躍龍門隧道又難在哪？他脫口而出：“躍龍門隧道是成蘭鐵路第一座越嶺隧道，而且是翻越川西的龍門山。”
這座雙線隧道左、右線單向里程約20公里，進(jìn)出口海拔分別在981米和1327米，正處于成都平原區(qū)到川西高山高原區(qū)的過渡帶。
成蘭鐵路選線設(shè)計(jì)人員進(jìn)行了超大范圍的踏勘，摒棄了都江堰、江油等路線，選擇從震害、不良地質(zhì)相對(duì)較小的安州通過。但即便這樣，當(dāng)龍門山1400米深處被“打開”，呈現(xiàn)在大家眼前的，是地震斷裂帶、斷層破碎地帶、巖溶富水段、高地溫、高地應(yīng)力、高瓦斯及硫化氫有毒有害氣體、軟巖大變形、巖爆等10余種不良地質(zhì)，每一項(xiàng)規(guī)模與難度都極為罕見，躍龍門隧道堪稱“地質(zhì)博物館”。
躍龍門隧道鋪軌現(xiàn)場(chǎng)。成蘭鐵路公司供圖
隧洞設(shè)計(jì)從動(dòng)物脊柱獲得靈感
還有不少技術(shù)世界首創(chuàng)
洞內(nèi)，左線鐵軌已經(jīng)鋪完，正在進(jìn)行的是右線鋪軌。從躍龍門隧道入口進(jìn)洞，約5公里處即是穿越的龍門山斷裂帶，已經(jīng)澆筑混凝土的隧洞壁下“藏”著乾坤。
姜波拿出了一張工程剖面圖。從圖上可以看到，隧洞橫著穿過了斷裂帶，斜交形成約70度的角。斷裂帶如果活動(dòng)，會(huì)造成山體錯(cuò)位，相應(yīng)的也讓隧洞“折”斷。如何讓隧洞有韌性，能適應(yīng)山體一定程度的錯(cuò)位？“動(dòng)物的脊柱由一段段組成，互相鉸接，又能錯(cuò)位，它還是中空的，保護(hù)了脊髓?！痹O(shè)計(jì)人員從動(dòng)物脊柱得到啟發(fā)，有了“腦洞大開”的設(shè)計(jì)。
他們根據(jù)斷裂帶錯(cuò)動(dòng)的概率，將受斷裂帶影響的170米隧洞，分成了22個(gè)短節(jié)段分別建設(shè)，短節(jié)間留15厘米的變形縫，并用特殊的止水帶進(jìn)行鉸接。這一設(shè)計(jì)賦予了隧道適應(yīng)錯(cuò)動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)的能力，山體錯(cuò)動(dòng)值在80厘米以內(nèi)，整座隧道的結(jié)構(gòu)都不會(huì)發(fā)生大的破壞。這種在鐵路隧道建設(shè)中短節(jié)段寬接縫的設(shè)計(jì)及應(yīng)用，為世界首創(chuàng)。
這樣的“首創(chuàng)”在躍龍門隧道內(nèi)不少。為應(yīng)對(duì)龍門山特殊地質(zhì)帶來的軟巖大變形，所采取的創(chuàng)新工法就是其中之一。
從2012年開始建設(shè)，中鐵十九局成蘭鐵路工程指揮部指揮長(zhǎng)王海亮就入駐項(xiàng)目部，已和躍龍門隧道“較勁”10年。他清楚地記得，2017年底，因?yàn)楦叩貞?yīng)力軟巖大變形，隧道開挖的左線、平導(dǎo)洞以及右線同時(shí)變形加劇，“群洞效應(yīng)”下，正在挖的一寸難進(jìn)，已加固的也變了形，20厘米高寬的H型鋼像麻花一樣被扭曲折斷。
既有工法全部失效，2018年1月到8月，沒有一米掘進(jìn)。成蘭鐵路公司、中鐵二院、中鐵十九局、北京交通大學(xué)積極開展科研聯(lián)合攻關(guān)，結(jié)合躍龍門隧道高地應(yīng)力軟巖大變形特點(diǎn)，提出“主動(dòng)控制大變形”的理念，通過非爆開挖、超前探測(cè)地質(zhì)、長(zhǎng)短錨桿結(jié)合、雙層強(qiáng)支護(hù)等方式，提前加固巖體，與變形“搶時(shí)間”，有效控制住了變形。
由中鐵十九局與中鐵二院聯(lián)合研發(fā)的“高地應(yīng)力軟巖大變形兩臺(tái)階帶仰拱（短臺(tái)階）快速封閉成環(huán)施工法”被全面推廣到全國鐵路建設(shè)中，成為全路推廣應(yīng)用的針對(duì)大變形5種工法之一，該技術(shù)已獲得中國發(fā)明專利授權(quán)2項(xiàng)、日本發(fā)明專利1項(xiàng)，整體技術(shù)成果達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
打通這個(gè)“洞”
集納了多學(xué)科之長(zhǎng)
躍龍門隧道的3號(hào)斜井門口，矗立著一塊成人高的紀(jì)念石，“龍門賦”鐫刻其上，“昆侖練劍蜀水舞，心澆汗筑續(xù)天路”濃縮了十年奮戰(zhàn)之艱辛。隆重“造石”，是為了致敬為成蘭鐵路躍龍門隧道建設(shè)做出奉獻(xiàn)的每一位參建者。
“鐵路隧道能成功‘躍龍門’，是多學(xué)科、多行業(yè)的智慧結(jié)晶?！背商m鐵路公司成蘭指揮部指揮長(zhǎng)肖霞林感慨地說。為突破建設(shè)難題，成蘭鐵路公司組織設(shè)計(jì)單位中鐵二院、中鐵十九局、中鐵五局等參建單位，并與西南交通大學(xué)、山東大學(xué)、北京交通大學(xué)、中鐵西南研究院等院校聯(lián)合科研攻關(guān)，集納了多行業(yè)、多學(xué)科之長(zhǎng)。
“解毒”就借助了礦山通風(fēng)的辦法。躍龍門隧道內(nèi)瓦斯、硫化氫兩種有毒有害氣體同時(shí)存在，二者結(jié)合，輕則中毒，重則燃爆。毒氣加上高溫，成為一大“攔路虎”。由于龍門山的特別構(gòu)造，這里的非煤地層附存于巖層表面，有毒有害氣體難以用常規(guī)辦法探測(cè)。在川煤集團(tuán)派來專業(yè)通風(fēng)隊(duì)伍支援后，中鐵十九局又根據(jù)鐵路隧道建設(shè)實(shí)際，首創(chuàng)采取“主+局部”的隧道施工通風(fēng)系統(tǒng)，創(chuàng)造性提出“以風(fēng)定產(chǎn)”通風(fēng)管理理念，根據(jù)隧道新風(fēng)量科學(xué)分配并進(jìn)行施工組織管理，在高瓦斯軟巖大變形段的綜合施工進(jìn)度從每月10米提高到每月35米。
涌水在鐵路建設(shè)中不少見，但躍龍門隧道的出水量特別嚇人，鉆炮眼時(shí)炸藥放進(jìn)去就被沖出來，得綁在鋼筋上頂著放，雨季出水量每天13萬立方米，能裝滿68個(gè)標(biāo)準(zhǔn)游泳池。高涌水量，又要下穿高川河，建設(shè)者科學(xué)施策，和山東大學(xué)李術(shù)才院士團(tuán)隊(duì)合作，開展超前地質(zhì)預(yù)報(bào)探測(cè)與災(zāi)害防治技術(shù)方面的研究，提前揭示前方未開鑿巖石內(nèi)的水壓環(huán)境。兩項(xiàng)課題“深長(zhǎng)隧道重大突涌水災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)控制關(guān)鍵技術(shù)”獲得山東省科學(xué)進(jìn)步一等獎(jiǎng)，《深長(zhǎng)隧道多源地質(zhì)信息融合方法與突涌水動(dòng)態(tài)調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用》榮獲中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。
10余年來，躍龍門隧道的建設(shè)者們重點(diǎn)聚焦軟巖大變形主動(dòng)控制、穿越活動(dòng)斷裂帶節(jié)段、富水巖溶超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與災(zāi)害防治、特長(zhǎng)高瓦斯隧道施工通風(fēng)及智能物流組織運(yùn)輸?shù)?，開展科研攻關(guān)，通過建設(shè)已發(fā)表核心技術(shù)論文40余篇，獲得國家授權(quán)專利240余項(xiàng)、省部級(jí)工法20項(xiàng)、各級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)14項(xiàng)。
業(yè)內(nèi)評(píng)價(jià)說，躍龍門隧道的貫通，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜特長(zhǎng)越嶺隧道設(shè)計(jì)施工的新突破，為中國乃至世界高原山區(qū)鐵路建設(shè)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。
“
躍龍門隧道相關(guān)數(shù)據(jù)
輔助坑道規(guī)模位居全國第一
早古生界非煤有害氣體逸出段落長(zhǎng)度全國第一
五億年前寒武系高地應(yīng)力軟巖在變形段落的長(zhǎng)度位居全國第一
我國單隧穿越地質(zhì)地層時(shí)空長(zhǎng)度居全國第一
躍龍門隧道的防災(zāi)救援設(shè)計(jì)、錨桿設(shè)計(jì)、大變形設(shè)計(jì)等直接納入了《鐵路隧道防災(zāi)救援疏散工程設(shè)計(jì)規(guī)范》《鐵路隧道錨桿支護(hù)技術(shù)規(guī)程》《鐵路擠壓性圍巖隧道技術(shù)規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范規(guī)程
躍龍門隧道大變形處理的“主動(dòng)控制”理論體系、全斷面（含仰拱）機(jī)械化開挖工法、激發(fā)極化（TIP）超前探水法等成果得到了鐵路總公司的高度認(rèn)可，并在全路推廣應(yīng)用。該技術(shù)已獲得中國發(fā)明專利授權(quán)2項(xiàng)、日本發(fā)明專利1項(xiàng)，整體技術(shù)成果達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
躍龍門隧道的建設(shè)重點(diǎn)聚焦軟巖大變形主動(dòng)控制、穿越活動(dòng)斷裂帶節(jié)段、富水巖溶超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、特長(zhǎng)高瓦斯隧道通風(fēng)及智能物流組織運(yùn)輸?shù)乳_展科研攻關(guān)，通過建設(shè)已獲得工法20項(xiàng)、專利240余項(xiàng)、科技進(jìn)步獎(jiǎng)12項(xiàng)。
