以科技创新圆梦兰渝百年夙愿(图)
已阅读:1967次    发布时间:2017-10-16 09:47:00          

在铁路行业有一个形象的比喻:如果说11年前开通的青藏铁路因大范围存在的多年冻土被称作是一块难啃的“冻豆腐”,那么刚刚开通的兰渝铁路则更像是一碗“豆腐脑”,其“第三系富水粉细砂”地层极易涌水涌沙,隧道掘进就像在“豆腐脑”里打洞,难度堪称世界之最。

其实早在孙中山先生的《建国方略》中,兰渝铁路就被列为“中国铁路系统中最重要者”,但没有足够的技术实力,这条铁路就只能停留于想象。

幸运的是,承担全线总体勘察设计任务的中铁一院工程技术人员,面对一系列罕见的世界性难题,顽强攻坚,大胆创新,经受了体力、智力、耐力的重重考验,用整整12年的拼搏,一个一个地啃下了这些在国外专家眼中根本就不可能完成的“硬骨头”,让中国人的百年希冀得以一朝梦圆。

探:综合勘察探明地质情况

早在兰渝铁路线路规划之前,为确立最佳的线路方案,将不良地质的影响降低到最低程度,我院先后进行了多次大范围的方案比选。而由于全线地形、地质条件复杂,区域地质研究程度比较低,可供利用的既有地质资料又很少,2006年1月初至2月底,再次组织精锐力量,对线路所经地区进行了大范围的航测遥感判释和专题加深地质调绘工作。历经千辛万苦,通过遥感解译、地质调绘,钻探、物探、原位测试及试验测试等综合方法,查明了沿线地区的地层岩性、地质构造、特殊岩土、不良地质、地应力、地震烈度分区及地下水等工程地质水文地质条件,为后续设计提供了详实可靠依据。

在全线控制性工程——胡麻岭隧道的施工遇阻后,我院为快速查明掌子面附近的塌方情况以及潜在塌方风险的范围,大范围采用先进的瞬变电磁法等物探手段,以地表发生塌陷、冒顶的重点区域为中心,在线路纵向300米、左右各100米的范围内逐步由外向内展开高精度测试,准确查明了隧道塌陷区的地层岩性、岩层分界线、空腔范围以及地下水埋深地层和空腔的赋水情况,为评估治理及应急施工方案提供了准确、翔实的第一手资料。

创:设计创新破解世界难题

兰渝铁路的设计难度举世公认,其设计总体黄彦彬对此有着深刻的体会:全线共穿越区域性大断裂10条、大断层87条,是我国地质条件最复杂的山区长大干线铁路之一,尤其是广泛存在第三系富水粉细砂岩、高地应力软岩大变形、高瓦斯和岩溶突泥突水四大高风险隧道群,其中第三系富水粉细砂层和高地应力软岩大变形地质,极大地影响着隧道的开挖和掘进,代表性隧道有胡麻岭、桃树坪和木寨岭隧道,也就是后来著名的“胡桃木”隧道。

黄彦彬介绍说,“第三系富水粉细砂岩”极易受到扰动。随着施工的进展,围岩失稳现象将越发严重,已开挖隧道掌子面的水稳性极差,一旦失稳极易发生突涌,一般在开挖2小时后表面开始渗水,4小时后开始软化,6小时后开始流动,10小时后已经成为泥糊。前国际工程地质与环境协会(IAEG)主席CarlosDelgado教授在考察兰渝铁路时曾说:“在这套地层中修隧道,世界上还没有先例,你们很了不起”。

针对“胡桃木”隧道面临的世界性难题,中铁一院成立了以中国工程院院士梁文灏和全国工程勘察设计大师李国良为首的工作组;组织技术骨干与国内顶尖科研院校开展深度合作,针对关键性技术进行专题研究和科研攻关。通过不断试验,全面掌握了第三系富水粉细砂岩的基本工程特性及变化规律,取得一系列重大技术突破,确定了“重降水、密导管、强支护、辅注浆、快挖快支快封闭”的设计原则和一整套系统的设计施工关键技术,其中多项研究属国内首创,部分课题处于国际前沿。

在应对复杂水稳特性方面,中铁一院设计采用了“洞内超前真空+地表深井”综合降水体系,其地表降水井的深度达到280米,为国内外所罕见,可确保将掌子面的含水率控制在10%以下。同时,根据各掌子面含水率的不同,有针对性地选择采用不同的施工工法,如对胡麻岭隧道的不稳定部分采用九部双侧壁工法施工,将隧道开挖面分成九个小断面进行,若小断面中发生突涌,便于及时处理和解决,从而降低了出现大规模突涌的风险,保证了开挖安全。

造:黄土高原再造绿色长龙

兰渝铁路所经区域一头是生态环境脆弱的黄土高原,一头是被称为“生态基因库”的秦岭山区。我院不但秉承“环保设计”理念,在方案设计阶段即对生态敏感区、主要文物保护区进行绕避,最大程度地保护了生态环境,更积极变“保”为“创”,在相对贫瘠的黄土高原再造了一条绿色的钢铁长龙。

建设期间,中铁一院积极参与设计解决涉及沿线群众民生的“顺水、顺渠、顺路”等民生工程490项,累计长度111.63公里;设计复耕和绿化弃渣场、取土场等9697亩,比占用前增加土地174亩;通过对车站和铁路路基进行全部绿化,栽植各种灌木、苗木近115.6万平方米;通过设置防止噪声的声屏障及废水处理和排放、固体废物处置等一系列环保设施,使工程建设对环境的影响降低到最低程度,同时兼顾了民生。

2005年完成预可行性研究报告至今,12年的春华秋实,我院的设计者通过对关键性技术的突破和多管齐下的综合解决措施,有效保障了兰渝铁路的建设和开通,并为“大美兰渝,绿色兰渝”做出了不可磨灭的贡献。

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