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仿动物脊柱撑起这个难点工程

2020年01月14日 21:36来源:未知手机版

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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。

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