铁一院隧道专业(图)
已阅读:11527次    发布时间:2011-04-18 08:37:46          

世纪回眸:铁骨丹心穿险阻

——院隧道专业历史回顾

代代传承,隧道设计迈出稳健步伐

在艰难险峻的崇山峻岭间、在罕无人烟的大漠高原上、在亘古沧桑的黄土高坡前,我院的“隧道人”写下了一个时代的辉煌。

  自1953年建院至今,我院已设计建成铁路单双线隧道、车站隧道、公路隧道2000余座,累计设计里程2000多公里,先后获得30余项国家、省、部级优秀设计和科技进步奖,引领了中国隧道建设领域的多项技术革新,在祖国的大江南北树起了一座座丰碑!

隧道,看似不起眼的土木工程,却凝聚了几代人的智慧结晶。

  上世纪五十年代,由于自然和技术条件限制,中国交通运输业可谓是一穷二白,工程设计及施工领域比西方发达国家落后近一个世纪,计算工作只能凭借双手演算完成,设计人员没有现成的经验借鉴,只能摸着石头过河。宝成线、西延线等多条交通枢纽的隧道设计工作,不得不在干干停停的节奏中蹒跚推进。

  但就是在那样落后的技术条件下,我院的“隧道人”在宝成铁路宝略段山岭地区最长的秦岭隧道,设计了井深136、直径4.5的隧道竖井;天兰段大改建时,首次采用了框架柱式棚洞特殊设计;青藏线老关角隧道首次完成了当时高原第一长隧……正是一代代设计者点滴的积累,成就了我院隧道专业从量变到质变的飞跃。从1950年到1985年期间,我院隧道专业设计人员历经几十载辛勤耕耘,为我国纵横交错的铁路网奉献出自己的青春,塑造出多座举世瞩目的里程碑式的隧道建筑。

穿越秦岭,隧道建设发展史上的里程碑

  弹指一挥间,80年代后期,随着“请进来走出去”的技术理念开始在设计领域渗透双线及多线隧道、特长隧道相继在主要铁路干线中出现,新技术、新工艺、新材料、新结构逐步应用隧道设计迈出稳健的步伐。

  在秦岭深处,一座当代中国最雄伟的地下建筑正发挥着越来越重要的作用。这就是由我院勘察设计、荣获国家科学技术进步一等奖的秦岭特长铁路隧道。它的贯通,在中国铁路建设史上具有划时代的意义,标志着中国建设特长隧道的技术和水平迈上了一个新台阶。

  “我国隧道建设发展史上的一个新的里程碑”,这是写在国家科学技术奖励推荐书中的结论性意见中的一句话。

  秦岭隧道是西安安康铁路的控制工程,位于青岔车站与营盘车站之间,呈南北方向纵穿秦岭山腹,由两条相距30的平行单线隧道组成,单线长度18.46公里,居世界山岭隧道第六位、亚洲第二位。隧道顶部距地表的最大埋深1600,为世界之最。由于不具备特长隧道施工技术,中国以往的铁路建设只能在浅山地区和山谷中绕行,西安至安康铁路原线路长达800多公里,而现在的西康铁路基本沿直线延伸,正线长度只有267.8公里,足足少了500多公里!

  1995年元月,秦岭II线隧道采用机械化钻爆法先期开工,先后战胜岩爆、高温、涌水等灾害,安全度过13条地质断层带,比预定工期提前3个半月贯通二线平行导洞,4次刷新中国铁路单线隧道独头掘进速度的最高纪录。

  I线隧道首次引进德国先进的大型隧道掘进机(TBM)设备与施工技术,可连续完成掘进,初期支护,仰拱块安装,风、水、电延伸和自行轨道铺设等作业。施工全过程采用电脑PLC程序控制,实现了无爆破、无振动、无粉尘的工厂化快速掘进,达到国际先进水平,创造了单口月掘进528和日掘进40.5两项全国最高记录。

  TBM的引入,掀开了交通隧道机械切削施工的新篇章,大大拓宽了工程修建的方法和手段,同时也降低了工程造价,使得长度更长、规模更大、技术难度更高的隧道及地下工程的修建成为可能,推动了中国隧道及地下工程技术的快速发展。

迎难而上,黄土隧道阻不断高速之旅

  郑西客运专线沿线80%区段为黄土覆盖,湿陷性黄土区施工技术是最大的技术难题。其中秦东隧道是全线重点控制工程之一,设计为单洞双线隧道,为特大断面黄土隧道。

  该隧道面临诸多设计难点,如黄土隧道结构松散、自稳能力差、开挖断面达164平方米,国内外均无类似的工程实例。另外,隧道内铺设无砟轨道,工后沉降要求不大于15毫米;隧道洞口基底位于湿陷性黄土地层中,应采用有效基底处理措施,但隧道施工空间有限,施工难度及风险极大。同时,设计人员还需考虑郑西客专设计时速为350公里,列车在隧道内高速运行产生的空气动力学效应在洞口以微压波的形式进行释放,易对邻近建筑物和周边环境造成不利影响。

  由于时间紧迫、问题棘手,设计者常常加班到深夜,甚至几十个小时不合眼。当繁华都市的霓虹璀璨闪烁时,与之相映的是办公大楼的灯火通明。为了打造世界一流的高速铁路,他们放弃了无数个节假日,牺牲了多少次与家人团聚的机会。

  经过缜密研究,一套套解决方案成功地应用于实践。为了确保大断面黄土隧道施工安全,针对不同地段,设计者分别采用了留核心土台阶法、CRD法及双侧壁导坑法等工法;为了确保工后沉降满足要求,隧道内采用冲击挤密水泥土桩法,有效地消除了基础黄土的湿陷性……随着一个个疑难问题的迎刃而解,郑西高铁得以顺利地开通运营,我院在湿陷性黄土地区的高速铁路修建技术也得到了进一步完善,形成了具有自主知识产权的“拳头产品”。

动态设计,哪里有问题哪里就有技术支撑

  在孙中山先生的《建国方略》中,兰州至重庆铁路就被列为“中国铁路系统中最重要者”。新建铁路兰渝线是我国路网中连接西北与西南的重要通道,由我院承担设计的兰州至广元段总长492.956公里,由北向南分别经过黄土高原、秦岭高中山区两大地貌单元,全段隧道工程集中,地质条件复杂,长大隧道比例较高,共分布有隧道66座,隧道总长343.263公里,占线路总长度的69.6%,其中特长隧道9座,总长143.96公里,占隧道工程的41.9%

  我院设计人员在传统测量阶段的基础上,增加了加深地质及稳定方案研究阶段,对兰州至广元段境内的不良地质进行彻底调查,并进行了多方案研究。为最大限度地绕避不良地质,在理论基础充分的条件下,大胆使用了3‰隧道内不折减的技术标准,不仅节省了7.5亿元的工程投资,而且改善了工程设置条件,降低了桥梁高度,减少了通过膨胀软岩带的隧道长度,使暗工程隧道改善为明线桥工程,提高了工程的安全可靠性。

兰渝铁路控制性咽喉工程之一的西秦岭隧道设计为两座单线隧道,左线长28236,右线长28236.58,为全线第一长隧道,采用钻爆法和TBM相结合施工,是目前国内采用钻爆法和TBM相结合施工最长的隧道。木寨岭隧道地质条件复杂,其中洞身大段落穿越炭质板岩,设计和施工难度极大,是极高风险隧道。设计人员根据实际情况采用动态设计,在现场设立动态设计组,他们天天泡在工地,哪里有问题就第一时间出现在哪里,为隧道建设的顺利推进提供了强有力的技术支持。

同心同力,开创我国公路特长隧道新纪元

  我院设计的秦岭终南山公路隧道全长18.02公里,是当时世界上最长的双洞高速公路隧道,拥有世界口径最大、深度最高的竖井通风工程,拥有全世界高速公路隧道最完备的监控技术,拥有世界高速公路隧道最先进的特殊灯光带等六项“世界第一”。

  一次建成18公里特长高速公路隧道在国内外尚属首次,该隧道涉及的运营通风、监控、防灾救援、系统集成及运营管理等关键技术均属世界性难题,这对我院隧道设计者来讲无疑是一次严峻的考验。为此,设计者翻阅大量相关资料,密切合作,从选线踏勘初期到调研设计后期,一点一滴收集各方资料,不管环境多么恶劣,不管条件多么艰苦,经历了无数个不眠之夜。

  终南山隧道在选线初期,在国内首次采用卫星定位技术进行无通视测量,采用了大地音频测深技术、钻探、物探、遥感等立体化综合勘探技术和地应力测试等技术,在460平方公里范围内进行综合勘察,最后选定了地质条件最好、线路走向较短、对自然环境影响最少的石砭峪垭口作为主隧道的越岭通道。通过广泛调研和借鉴国内外铁路、煤炭、矿山等行业的技术成果,设计采用了节能、高效、可靠的三竖井分段纵向式通风技术;建立了集监控、报警、通风、救援和灭火为一体,具有国际先进水平的综合防灾救援体系,隧道全程采用火灾自动报警系统和具有火灾事件检测功能的视频事件检测系统,提高了隧道异常事件的检测率。2007年曾发生一例火灾事件,视频事件检测系统和火灾自动报警系统先后在火情发生30秒内发现异常并报警,救援人员及时赶到现场并成功处置,未造成人员伤亡事故;隧道还首次建立了超大规模、智能先进、安全可靠的特长公路隧道监控系统,已经成为我国公路隧道建设史上一个新的里程碑。

拓展业务,挑战多方建设领域

  进入21世纪,随着社会的发展,土地资源日趋紧张,地下通道和地下空间的开辟利用因具有安全可靠、经济便利、环保节约用地等优势,越来越多地被采用。我院隧道专业依靠多年积累的技术优势,已逐步扩展到地铁、市政、引水排水工程等多项领域,生产规模逐步扩大,产值逐年增长,不断创造出新的辉煌成绩。

  全暗挖的劲松站是北京地铁的代表之一,受车站周边环境限制,该车站不具备明挖条件,需暗挖施工,开创了我院在地铁设计领域的先例。设计人员通过对单跨两层大断面、双跨两层联拱、三跨两层联拱等几种断面在空间利用率、土建规模、施工风险、废弃工程量等方面综合比较后,确定采用施工安全性高,风险小、空间利用率高的双柱三跨两层联拱结构。而在重庆地铁设计中,考虑到重庆以岩石地层为主,传统钻爆法施工不仅会带来爆破振动、扰民、环境污染、阻碍交通等不利影响,其施工进度也较慢。为此,我院成立了以隧道专业为支撑的专家组,决定采用两台敞开式硬岩隧道掘进机施工,并解决了诸如敞开式TBM设备参数要求、支护技术、沉降控制技术、小间距施工技术、过站技术及隧道防排水研究等六大难题,使重庆地铁成为国内首条采用TBM施工的地铁工程。

  在市政设计领域,隧道设计者大展拳脚,不断研发创新,在攻克难关的同时,自主开发出了效率高、实用性强的设计软件,并广泛应用于实践中。

  广州康王路延伸段下穿流花湖隧道工程,位于广州市繁华地段,隧道下穿影响的建筑物有市政管线、高架桥、流花湖、高层民用建筑等,工程边界条件复杂,工法多变,面临着零距离下穿既有高架桥深基坑支护及桥桩保护、立体十字交叉异形多层地下结构及施工工法技术以及湖底双层隧道结构耐久性技术等多项技术难题。广州鱼珠至长洲岛隧道工程是我院历史上第一次主持设计的沉管隧道工程,推荐采用沉管隧道方案,工程越珠江段江面宽度780,最大水深超过15,隧道多次下穿既有铁路,方案设计过程中涉及航道、港务、海事、水利、渔政、铁路、市政、规划、码头等部门,方案论证内容非常广泛。该工程的实施,将为我院更大力度参与跨越大江大河的隧道工程奠定雄厚的基础。

  西安水荒始于1969年,曾有40%的地区实行定时供水,1995年几十家工厂因无水停产,数十万居民在缺水中度日。为解决这一“顽疾”,引乾济石调水工程应运而生。我院承担了穿越秦岭终南山的输水隧洞设计工作。设计人员打破传统思路,将邻近铁路、公路隧道已探明的地质情况及相关资料在输水隧洞建设中直接利用,实现了资源共享;并将输水隧洞与公路隧道建设相结合,同步实施利用在公路隧道内开设横通道的方式将输水隧洞分成若干段,实现了长隧短打、缩短工期、节省投资的目的。无独有偶,在南水北调的骨干工程引汉济渭调水工程中,长达97公里的秦岭隧洞是控制性关键工程,所经区间地质情况复杂、地形变化极大。设计人员经过多方案比选,针对特殊地形反复研究,确定了隧洞以TBM施工为主、钻爆施工为辅,将全隧洞分为三大段,即进口钻爆法施工段、岭脊TBM施工段、出口钻爆法施工段,有力确保了隧洞的顺利建设。

团队协作,大会战中再创时代辉煌

  桥隧处目前拥有隧道及地下工程专业技术人员60余名,高级工程师30名。这支风华正茂的团队充满了激情和创造力,打造了一项又一项的精品工程。

  从1953年以来,我院隧道专业设计项目先后获得国家科技进步一等奖1项,国家级铜质奖1项,部优、省优共28项。其中秦岭特长铁路隧道修建技术获“国家科技进步一等奖”,参与设计的青藏铁路工程获“国家科技进步特等奖”,乌鞘岭隧道修建技术获“铁道部特等奖”,青藏铁路多年冻土隧道关键技术获“铁道部科学技术二等奖”,编制的单、双线铁路隧道防坍建筑物“棚洞”部标准和轻型明洞部通用图、单线铁路棚洞获部优秀设计二等奖;“浅埋及偏压隧道设计定量分析计算办法”填补了铁道部的空白,并先后编制了模筑衬彻及复合式衬彻部标准及通用图,获得部优秀设计二、三等奖……

  “业精于勤,行成于思”。多年来,隧道专业一直注重“两条腿走路”,一方面多方引进高素质、高能力的优秀人才,补充新鲜的血液;另一方面,隧道所秉承了“传、帮、带”的培养方式,在实际工作中经验丰富的同志只要发现问题,就随时随地启发、传授新同事。所里多次组织新进人员到施工现场参观学习,并聘请院士、教授结合设计、施工中遇到的疑难问题进行专业知识传授,在团队内部掀起了互帮、互学、互问的学习高潮。

  无论严寒酷暑,只要工作需要,这些“隧道人”都会马上放下个人的一切,迅速奔赴第一线。哪里有隧道,哪里就有他们的足迹;哪里有隧道抢险,哪里就有他们的身影。近年来,我院隧道专业先后参与了北京地铁、西安地铁、重庆地铁等项目,设计中不断涌出技术难点,为了便于讨论研究,相关设计人员常常集中在一起办公,他们需要处理来自业主、总体单位及相关专业单位的各项意见,承受着巨大的压力,精神常处于高度紧张之下,大家开玩笑地说:“工作已经渗透到我们的血液里,就连晚上做梦也不放过。”

  进入新世纪,中国铁路的现代化建设走向了由量的积累向质的转变的黄金时期。2011年,不但是我院“十二五”规划的开局之年,也是我院“三次创业”伟大征程的关键一年,铁一院的所有“隧道人”必将抓住机遇,开拓进取,在新的起点上描绘出更加壮丽的篇章!

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