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每日速讯：洞见新天府⑬ | 不少技术世界首创 成兰铁路隧道这样“跃龙门”

时间：2022-10-13 21:44:42 来源: 川观新闻

四川在线记者 王眉灵/文


(资料图片仅供参考)

10月11日，四川境内的龙门山脉“洞心”深处，铺轨机牵引着铁轨，向阿坝方向行进。每落下一根长轨，距新历史就更进一步。

飞驰的动车、不断延展的铁路线，正在改变中国。截至2021年底，中国铁路运营里程已突破15万公里，位居全球第二；但在占据了四川土地面积一半的川西高原，还没有一寸铁路。正在建设的成兰铁路，将让铁路首次爬上川西高原。

这条被称作“超难”的在建铁路，里程中64%是隧道，其中全线第三长、穿越龙门山断裂带的跃龙门隧道被视为“难上加难”。经过10年奋战，这条长约20公里的隧道于2022年4月实现双线贯通，这是我国铁路隧道第一次成功穿越巨大灾害性断裂带。

“洞穿”龙门山断裂带，背后有哪些奥秘？四川在线记者来到成兰铁路跃龙门隧道。

一洞连接平原区和高原区

堪称“地质博物馆”

从位于绵阳市安州区的铺轨基地，坐工程运输车出发，沿成兰铁路已铺好的轨道前行，过桥梁、穿隧洞，过了高川车站，就是跃龙门隧道的入口。与铺轨基地平坦开阔的地势不同，这里群山环绕，眼前的龙门山脉连绵起伏，一眼看不到头。

“这是成兰铁路高原铺轨段的起点。”中铁八局成兰铁路工程指挥部常务副指挥长张华说，从铺轨基地出来后，就一直在爬坡，整个高原段线路最大坡道为17.8‰，相当于一公里的里程海拔高差为17.8米。为了安全“爬坡”，运送长轨到铺轨现场的专列，运载的长轨要比平原状态下少1/2左右。

从成都平原到川西高原，要翻越中国最长、最宽、最典型的南北向山系群体，因其“横断”东西向交通，故名横断山脉。

复杂的地形、复杂的地质，综合构成了世界罕见的铁路建设之“难”。

中铁二院成兰铁路项目隧道设计负责人姜波介绍，成兰铁路地处青藏高原东部边缘，位于我国第二地貌阶梯（地面高程500～700米）向第一地貌阶梯（地面高程3000～5600米）急切过渡的高山峡谷区，线路横穿龙门山、岷山、西秦岭等山脉，先后跨越盆地区、中低山区、高山区、高原区。作为试验段率先建设的成川段，起自成都青白江止于至阿坝松潘，275.7公里线路，海拔就从600米爬升到了3200米，可说是一路“爬坡上坎”。

“难上加难”的跃龙门隧道又难在哪？他脱口而出：“跃龙门隧道是成兰铁路第一座越岭隧道，而且是翻越川西的龙门山。”

这座双线隧道左、右线单向里程约20公里，进出口海拔分别在981米和1327米，正处于成都平原区到川西高山高原区的过渡带。

成兰铁路选线设计人员进行了超大范围的踏勘，摒弃了都江堰、江油等路线，选择从震害、不良地质相对较小的安州通过。但即便这样，当龙门山1400米深处被“打开”，呈现在大家眼前的，是地震断裂带、断层破碎地带、岩溶富水段、高地温、高地应力、高瓦斯及硫化氢有毒有害气体、软岩大变形、岩爆等10余种不良地质，每一项规模与难度都极为罕见，跃龙门隧道堪称“地质博物馆”。

跃龙门隧道铺轨现场。成兰铁路公司供图

隧洞设计从动物脊柱获得灵感

还有不少技术世界首创

洞内，左线铁轨已经铺完，正在进行的是右线铺轨。从跃龙门隧道入口进洞，约5公里处即是穿越的龙门山断裂带，已经浇筑混凝土的隧洞壁下“藏”着乾坤。

姜波拿出了一张工程剖面图。从图上可以看到，隧洞横着穿过了断裂带，斜交形成约70度的角。断裂带如果活动，会造成山体错位，相应的也让隧洞“折”断。如何让隧洞有韧性，能适应山体一定程度的错位？“动物的脊柱由一段段组成，互相铰接，又能错位，它还是中空的，保护了脊髓。”设计人员从动物脊柱得到启发，有了“脑洞大开”的设计。

他们根据断裂带错动的概率，将受断裂带影响的170米隧洞，分成了22个短节段分别建设，短节间留15厘米的变形缝，并用特殊的止水带进行铰接。这一设计赋予了隧道适应错动及转动的能力，山体错动值在80厘米以内，整座隧道的结构都不会发生大的破坏。这种在铁路隧道建设中短节段宽接缝的设计及应用，为世界首创。

这样的“首创”在跃龙门隧道内不少。为应对龙门山特殊地质带来的软岩大变形，所采取的创新工法就是其中之一。

从2012年开始建设，中铁十九局成兰铁路工程指挥部指挥长王海亮就入驻项目部，已和跃龙门隧道“较劲”10年。他清楚地记得，2017年底，因为高地应力软岩大变形，隧道开挖的左线、平导洞以及右线同时变形加剧，“群洞效应”下，正在挖的一寸难进，已加固的也变了形，20厘米高宽的H型钢像麻花一样被扭曲折断。

既有工法全部失效，2018年1月到8月，没有一米掘进。成兰铁路公司、中铁二院、中铁十九局、北京交通大学积极开展科研联合攻关，结合跃龙门隧道高地应力软岩大变形特点，提出“主动控制大变形”的理念，通过非爆开挖、超前探测地质、长短锚杆结合、双层强支护等方式，提前加固岩体，与变形“抢时间”，有效控制住了变形。

由中铁十九局与中铁二院联合研发的“高地应力软岩大变形两台阶带仰拱（短台阶）快速封闭成环施工法”被全面推广到全国铁路建设中，成为全路推广应用的针对大变形5种工法之一，该技术已获得中国发明专利授权2项、日本发明专利1项，整体技术成果达到国际领先水平。

打通这个“洞”

集纳了多学科之长

跃龙门隧道的3号斜井门口，矗立着一块成人高的纪念石，“龙门赋”镌刻其上，“昆仑练剑蜀水舞，心浇汗筑续天路”浓缩了十年奋战之艰辛。隆重“造石”，是为了致敬为成兰铁路跃龙门隧道建设做出奉献的每一位参建者。

“铁路隧道能成功‘跃龙门’，是多学科、多行业的智慧结晶。”成兰铁路公司成兰指挥部指挥长肖霞林感慨地说。为突破建设难题，成兰铁路公司组织设计单位中铁二院、中铁十九局、中铁五局等参建单位，并与西南交通大学、山东大学、北京交通大学、中铁西南研究院等院校联合科研攻关，集纳了多行业、多学科之长。

“解毒”就借助了矿山通风的办法。跃龙门隧道内瓦斯、硫化氢两种有毒有害气体同时存在，二者结合，轻则中毒，重则燃爆。毒气加上高温，成为一大“拦路虎”。由于龙门山的特别构造，这里的非煤地层附存于岩层表面，有毒有害气体难以用常规办法探测。在川煤集团派来专业通风队伍支援后，中铁十九局又根据铁路隧道建设实际，首创采取“主+局部”的隧道施工通风系统，创造性提出“以风定产”通风管理理念，根据隧道新风量科学分配并进行施工组织管理，在高瓦斯软岩大变形段的综合施工进度从每月10米提高到每月35米。

涌水在铁路建设中不少见，但跃龙门隧道的出水量特别吓人，钻炮眼时炸药放进去就被冲出来，得绑在钢筋上顶着放，雨季出水量每天13万立方米，能装满68个标准游泳池。高涌水量，又要下穿高川河，建设者科学施策，和山东大学李术才院士团队合作，开展超前地质预报探测与灾害防治技术方面的研究，提前揭示前方未开凿岩石内的水压环境。两项课题“深长隧道重大突涌水灾害预测预警与风险控制关键技术”获得山东省科学进步一等奖，《深长隧道多源地质信息融合方法与突涌水动态调控关键技术及应用》荣获中国岩石力学与工程学会科技进步一等奖。

10余年来，跃龙门隧道的建设者们重点聚焦软岩大变形主动控制、穿越活动断裂带节段、富水岩溶超前地质预报与灾害防治、特长高瓦斯隧道施工通风及智能物流组织运输等，开展科研攻关，通过建设已发表核心技术论文40余篇，获得国家授权专利240余项、省部级工法20项、各级科技进步奖14项。

业内评价说，跃龙门隧道的贯通，实现了复杂特长越岭隧道设计施工的新突破，为中国乃至世界高原山区铁路建设提供了宝贵经验。

“

跃龙门隧道相关数据

辅助坑道规模位居全国第一

早古生界非煤有害气体逸出段落长度全国第一

五亿年前寒武系高地应力软岩在变形段落的长度位居全国第一

我国单隧穿越地质地层时空长度居全国第一

跃龙门隧道的防灾救援设计、锚杆设计、大变形设计等直接纳入了《铁路隧道防灾救援疏散工程设计规范》《铁路隧道锚杆支护技术规程》《铁路挤压性围岩隧道技术规范》等相关规范规程

跃龙门隧道大变形处理的“主动控制”理论体系、全断面（含仰拱）机械化开挖工法、激发极化（TIP）超前探水法等成果得到了铁路总公司的高度认可，并在全路推广应用。该技术已获得中国发明专利授权2项、日本发明专利1项，整体技术成果达到国际领先水平。

跃龙门隧道的建设重点聚焦软岩大变形主动控制、穿越活动断裂带节段、富水岩溶超前地质预报、特长高瓦斯隧道通风及智能物流组织运输等开展科研攻关，通过建设已获得工法20项、专利240余项、科技进步奖12项。

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