西南高原群山中，為了你的3分鐘，他們勇闖五關(guān)苦戰(zhàn)六年

坐高鐵穿過隧道時(shí)，

窗外會(huì)突然暗下來。

有人繼續(xù)刷手機(jī)，有人閉目休息，

幾分鐘后，列車便重新駛?cè)腙柟狻?/p>

對乘客來說這只是

旅途中短暫的一瞬，

但要讓列車安全穿過大山，

建設(shè)者們往往需要用數(shù)年時(shí)間，

探明山體內(nèi)部的復(fù)雜地質(zhì)，

與各類難題一次次交鋒，

才能把一條隧道從巖層深處一點(diǎn)點(diǎn)打通。

近日，位于烏蒙山腹地的由中鐵二院勘察設(shè)計(jì)、中鐵隧道局負(fù)責(zé)施工的昭通隧道全隧貫通。

作為渝昆高鐵全線最后貫通的隧道，

這里要穿越多套復(fù)雜地層和區(qū)域斷裂帶，

煤層、瓦斯、巖溶涌水、軟巖大變形

等難題集中出現(xiàn)，

像一座藏在山腹中的“地質(zhì)博物館”。

昭通隧道全長16.26公里，

按照350公里的設(shè)計(jì)時(shí)速估算，

列車穿越隧道不到3分鐘；

但從2019年12月先期開工到全隧貫通，

建設(shè)者們在山體中

持續(xù)攻堅(jiān)了6年多。

一條隧道穿過復(fù)雜山體，

究竟要闖過哪些難關(guān)？

日前，小新來到現(xiàn)場，

從昭通隧道的建設(shè)過程中，

找到了答案。

第一關(guān)：

隧道還沒開挖，怎么摸清大山底細(xì)？

從外面看，大山連成一片；

進(jìn)入山體后，內(nèi)部卻可能一段一個(gè)樣。

隧道施工的第一道關(guān)，

就是在開挖之前弄清前方藏著什么。

昭通隧道要穿越18套復(fù)雜地層和2條區(qū)域斷裂帶。

為摸清山體“底細(xì)”，

中鐵二院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)采用

“空天地一體化綜合勘察”模式。

分三階段完成全域地質(zhì)摸排，

簡單說，就是天上看、地上鉆、洞里探。

南線方案（昭通城區(qū)附近設(shè)站方案）和北線方案（貴州中和鄉(xiāng)設(shè)站方案）比選示意圖

“天上看”就是通過衛(wèi)星遙感和無人機(jī)航拍，

從整體上識別地表落水洞、煤窯、巖溶洼地等風(fēng)險(xiǎn)線索。

在線路比選階段，

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通過抬升隧道標(biāo)高、調(diào)整平面曲線，

避開大型暗河主通道，

將連續(xù)煤層段壓縮至4290米。

僅選擇一條最優(yōu)的線路，就持續(xù)了14個(gè)月。

“地上鉆”就是在初步確定線路位置后，

布設(shè)126個(gè)深孔地質(zhì)鉆探點(diǎn)，最深鉆至1020米。

鉆探取出的巖芯，就像從大山深處取出的“樣本”，

能幫助判斷巖層是否完整、

瓦斯含量高不高、地下水壓力大不大。

項(xiàng)目還同步規(guī)劃橫洞、斜井等20.4公里輔助坑道，

實(shí)現(xiàn)“長隧短打、多點(diǎn)探測”。

“洞里探”就是在隧道開挖后繼續(xù)驗(yàn)證。

項(xiàng)目建立長距離物探、短距離雷達(dá)和

超前鉆探相結(jié)合的預(yù)報(bào)體系，

每掘進(jìn)100米開展一次長距離物探，

每30米實(shí)施雷達(dá)掃描，

遇疑似含水、瓦斯區(qū)段，

再通過30米超前探孔進(jìn)一步驗(yàn)證。

第二關(guān)：

遇到煤層？怎樣把瓦斯“請出來”？

探明前方地質(zhì)后，

建設(shè)者們需要面對的一類高風(fēng)險(xiǎn)地層

就是煤層。

煤層和普通巖層不同，

煤體在形成過程中會(huì)吸附、儲存瓦斯。

隧道開挖后，原有壓力平衡被打破，

瓦斯就會(huì)向新形成的空間釋放；

壓力過高時(shí)，還可能裹挾破碎煤體

突然沖出，形成煤與瓦斯突出。

昭通隧道要穿過4290米煤系地層，

其中包括575米瓦斯突出地層和1630米高瓦斯地層，

山體內(nèi)部瓦斯最大壓力達(dá)到1.83兆帕，

約為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的18倍。

為此，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)

“高低位鉆場分區(qū)抽排+

三臺階煤層消突”防突開挖設(shè)計(jì)。

通俗地說，

就是從不同高度、不同方向布置鉆孔，

分區(qū)域抽排瓦斯，盡量減少盲區(qū)；

同時(shí)通過水力沖孔擴(kuò)大煤體裂隙，

為瓦斯增加排出通道。

抽排完成后，施工人員把開挖面分成三個(gè)臺階，

分層、分步揭煤，減小開挖對煤層壓力狀態(tài)的擾動(dòng)。

為了通過9層突出煤層，

建設(shè)團(tuán)隊(duì)用了近兩年。

鉆孔、沖孔、抽排、檢測、驗(yàn)證、揭煤，

每一道程序都要反復(fù)實(shí)施并優(yōu)化，

最終完成9層突出煤層安全揭煤。

第三關(guān)：

一天涌入50個(gè)泳池？怎么處理？

挖隧道時(shí)，遇到少量巖層滲水并不罕見。

但真正需要警惕的，

是隱藏在山體內(nèi)部的高壓地下水。

在巖溶地區(qū)，地下水長期溶蝕可溶性巖石，

會(huì)在山體內(nèi)部形成孔洞和水流通道。

一旦開挖面打通這些通道，

地下水就可能夾帶泥沙、碎石突然涌入，

形成突水、突泥，

威脅施工人員、設(shè)備和隧道結(jié)構(gòu)安全。

昭通隧道要穿過近10公里可溶巖區(qū)。

項(xiàng)目施工期間曾遇到

單個(gè)工作面單日最大涌水量

13萬立方米，

按一個(gè)50米長、25米寬、水深約2米的

泳池估算，

相當(dāng)于約50個(gè)泳池的蓄水量。

面對如此規(guī)模的突泥涌水，

建設(shè)團(tuán)隊(duì)形成了

“探、堵、引、排”相結(jié)合的治理方式。

開挖前先探明前方裂隙和地下水分布；

發(fā)現(xiàn)含水區(qū)域后，

通過超前帷幕注漿形成地下止水屏障；

對于不適合完全封堵的地下水，

則通過迂回導(dǎo)坑提前泄水，

把水引離主要施工區(qū)域；

剩余水量再由智能多級排水系統(tǒng)分級處理。

通過這些舉措，

建設(shè)團(tuán)隊(duì)逐步控制住近10公里巖溶區(qū)內(nèi)的地下水，

為隧道繼續(xù)掘進(jìn)創(chuàng)造了條件。

第四關(guān)：

挖出來了，還要防止“擠回去”？

深埋山體中的巖石承受著巨大壓力。

隧道開挖前，山體內(nèi)部的巖石彼此支撐；

隧道形成后，原本由巖石占據(jù)的位置突然空了出來。

如果圍巖較軟、埋藏較深，

周圍巖體就可能不斷向隧道內(nèi)部擠壓。

昭通隧道最大埋深980米，

最大地應(yīng)力達(dá)到44.42兆帕。

在高地應(yīng)力作用下，軟巖可能持續(xù)變形，

表現(xiàn)為拱頂下沉、兩側(cè)向內(nèi)收縮，

嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致已經(jīng)完成的支護(hù)結(jié)構(gòu)變形。

這類風(fēng)險(xiǎn)不是突然出現(xiàn)的，

而是在施工過程中持續(xù)擠壓已經(jīng)開挖的隧道。

為控制軟巖大變形，

現(xiàn)場采用多重強(qiáng)支護(hù)體系，

并嚴(yán)格執(zhí)行“快挖、快支、快封閉”。

這里的“快”，不是單純追求施工進(jìn)度，

而是盡量縮短軟巖在缺少

完整支撐條件下持續(xù)變形的時(shí)間。

每完成一段開挖，就立即開展初期支護(hù)，

并盡快讓支護(hù)結(jié)構(gòu)閉合成環(huán)，

使整套結(jié)構(gòu)共同承受周圍巖體壓力。

與此同時(shí)，自動(dòng)化監(jiān)測設(shè)備持續(xù)記錄

拱頂沉降、隧道周邊收縮和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力，

施工團(tuán)隊(duì)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整

開挖范圍、支護(hù)強(qiáng)度和施工節(jié)奏。

逐步控制高地應(yīng)力下的軟巖變形，

使挖出的隧道不僅能夠成形，也能保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

第五關(guān)：

多種難題同時(shí)出現(xiàn)如何破題？

瓦斯、地下水、軟巖變形，

是昭通隧道面臨的三類突出難題。

但在實(shí)際施工中，

它們很少像試卷上的題目一樣，

一道做完再做下一道。

更常見的情況是：

前方巖石本來就破碎，裂隙里又含著水；

煤層附近不僅有瓦斯，也夾雜軟弱巖層；

隧道中段還要下穿既有鐵路，

施工爆破、圍巖擾動(dòng)必須嚴(yán)格控制，

避免影響線上行車安全。

面對這些“組合風(fēng)險(xiǎn)”，

建設(shè)過程中，京昆高鐵西昆公司

組織設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理單位

和院士專家團(tuán)隊(duì)共同研判；

中鐵二院根據(jù)掌子面揭示出的地質(zhì)變化

持續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)；

中鐵隧道局則將防爆、開挖、

注漿、二次襯砌和應(yīng)力監(jiān)測等裝備工序配套起來，

根據(jù)現(xiàn)場情況動(dòng)態(tài)調(diào)整施工方案。

在一次次破解現(xiàn)場難題的過程中，

項(xiàng)目累計(jì)形成國家專利10余項(xiàng)、

省部級工法2項(xiàng)，

以及多項(xiàng)省級QC成果和創(chuàng)新獎(jiǎng)項(xiàng)。

這些成果對應(yīng)的都是

復(fù)雜地質(zhì)隧道施工中的真實(shí)問題，

也為今后類似工程積累了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

渝昆高鐵建成通車后，

昆明至重慶的行車時(shí)間將壓縮至2.5小時(shí)左右，

昆明至成都將縮短至3小時(shí)以內(nèi)。

成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟(jì)圈與滇中城市群之間，

將增加一條快速鐵路通道，

沿線人員往來、貨物流動(dòng)和城市聯(lián)系也將更加緊密。

未來，當(dāng)列車駛?cè)胝淹ㄋ淼溃?/p>

乘客感受到的，

仍然只是不到3分鐘的黑暗。

為了這短短3分鐘，

數(shù)千名建設(shè)者持續(xù)攻堅(jiān)了6年188天。

把藏在烏蒙山腹的重重險(xiǎn)關(guān)，

轉(zhuǎn)化為高鐵平穩(wěn)通行的坦途，

在西南高原群山間，

書寫下中國復(fù)雜地質(zhì)高鐵隧道建設(shè)的全新答卷。

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責(zé)任編輯丨商進(jìn)

校對丨陳伊南

執(zhí)行主編丨張灝然 李虹縈

內(nèi)容來源 | 中國中鐵