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发布日期:2018年05月16日
“豆腐花”里打隧道
——中铁八局一公司大瑞铁路秀岭隧道施工侧记
文章字数:1,867
  一条长达17.6公里的铁路隧道,建成后火车通行只要14分钟,现在已经修建了10年,预计还要修4年。14分钟与14年之间,是怎样的一种对比!为何一条隧道会修建这么久,目前修建中的难题解决了吗?

集各种不良地质于一身

  起于大理、止于瑞丽的大瑞铁路,全长330公里,向西连接中缅孟印铁路,是泛亚铁路西线的重要组成部分。现在,这条铁路被多家媒体称为世界上最难修的铁路。
  大瑞铁路穿越我国主要地震带之一的横断山脉。由中铁八局一公司承建的大瑞铁路秀岭隧道全长17.62公里,是全线最长的单头掘进隧道,要穿越7条断裂带,围岩等级非常不稳定,交替变化多达160余次,层间挤压破碎带频繁出现,地质条件十分复杂,是大保(大理到保山)段最大的“拦路虎”。
  更难的是,秀岭隧道洞身大部分位于“滇西红层”软质岩中。当地特有的“滇西红层”是一个以区域命名的土层,由泥岩、粉砂岩、砂岩交替组成,围岩特点是“遇水成泥、遇风则化”。在这样的条件下施工,好比在“水豆腐”里打洞,何况外部还有高地应力挤压,施工难上加难。
  “秀岭隧道位于横断山滇西高山峡谷区,这里因有变化频繁的断层、突泥涌水、软岩变形、层间挤压破碎带等各类地质问题,而被称为‘地质博物馆’。”负责秀岭隧道进口施工的一公司大瑞项目经理吴丽君苦笑着说,从2008年开工以来,他们已经遭遇掌子面小型溜坍143次、初支开裂变形60次、软岩大变形7次、大型坍方4次、突泥涌水3次,还要时常面临岩爆、岩溶、高地热、放射性等不良工程地质施工困难。

红外线报警装置护航隧道安全

  要说这些地质灾害中,哪个最让建设者担心,那无疑是软弱围岩大变形。它是“滇西红层”容易引发的一项严重地质灾害,表现为开挖支护后围岩自稳能力差,软岩变形严重。
  “它的改变是肉眼难以发觉的,能在悄无声息中造成危害。”吴丽君说,2016年,秀岭隧道进口正洞出现严重的软弱围岩大变形,初支拱腰最大收敛变形达到1.2米,在软岩失稳和地应力偏压作用下,用于横竖支撑的工字钢被扭成了“麻花”,整个作业面就像一块被剥离出来的蛋糕,摇摇欲坠。
  为有效防止软弱围岩大变形对施工造成的风险,项目部持续改进隧道超前地质预探及施工连续监控技术。项目部自行研发的红外线观测连续报警装置成功运用到隧道监控量测中。该项技术利用激光发射接收原理及相对位移变化,在施工全过程中实时监控围岩变化,确保第一时间发出危险警报,保证了施工安全。该项技术已经在整个大瑞线的施工中得到推广。

悬臂掘进机攻克速度难题

  人工开挖进度慢、危险因素多。如何能安全地加快施工速度,吴丽君一直在探索机械化施工。由于地质等原因,盾构机等开挖隧道“高手”在此并不适用,他最后想到适用煤矿的悬臂掘进机。悬臂掘进机集开挖、装碴和自动行走于一体,操作灵活,对复杂地质适应性强,便于支护,可以适应中、软岩隧道施工。
  2015年,悬臂掘进机首次运用到秀岭隧道的施工中。由于施工段围岩岩性变化频繁,出现了大量股状水,围岩遇水后迅速成泥,设备陷入泥浆中无法行走,首次试用失败。项目部技术人员分析认为,要让悬臂掘进机在这种环境下应用并不容易,不同的环境要使用不同的设备,全部操作要有配套的施工保障进行支持;为了实用,还要求把支撑系统改为液压式,以实现上下左右自由调节。
  为保证悬臂掘进机的正常使用,项目部成立了以项目经理为负责人的专业技术团队,对设备使用情况进行调研。经过观察研究,他们提出改进施工的方案。在遇到地下水丰富时,项目部对水进行集中引排,减少水与围岩接触量;减少设备移动,避免因设备前后移动造成泥浆增多。同时,他们与厂家共同分析研究解决设备适用性问题,对设备进行小改小革。
  2017年,秀岭隧道进口平导重新采用悬臂掘进机工法组织施工,取得了平导单月掘进115米的良好成绩,体现了悬臂掘进机工法在软弱围岩地段相对于传统钻爆法的优势。
  “以前传统开挖要6个人,除碴要十几个人,而且要在危险区作业,现在只用2个人操作机器,危险区不用有人,不使用传统的爆破法开挖,不使用火工品,消除了传统的重大事故安全隐患。”吴丽君介绍。
  通过悬臂掘进机的使用,项目施工进度比普通钻爆法提升了50%,极大降低了对围岩的扰动,有效防止了隧道塌方,掌子面施工也更加圆顺,避免了超挖导致脱空的质量隐患。
  目前,秀岭隧道是大瑞铁路全线唯一成功使用悬臂掘进机的隧道,进度保持全线领先。他们对悬臂掘进机在铁路隧道的应用正在申报省部级科研成果,将为以后铁路隧道类似施工提供经验。
  秀岭隧道初期计划的平导施工里程为8790米,随着施工难题的逐步解决,现计划最终独头掘进10公里,将成为国内最长的独头掘进隧道。截至5月15日,隧道正洞已掘进6公里、平导掘进7.1公里。 雍黎 罗俊森