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亞洲鐵路第一長隧
——大瑞鐵路高黎貢山隧道

1 工程意義

大瑞鐵路是我國《中長期鐵路網規(guī)劃》中完善路網布局和國家實施西部大開發(fā)戰(zhàn)略的重要舉措，是一條貫通滇西，走向南亞、東南亞的戰(zhàn)略之路； 更是一條事關國家“一帶一路”戰(zhàn)略、重塑南方古絲綢之路，促進滇西地區(qū)跨越發(fā)展的交通大動脈。大瑞鐵路對進一步凸顯云南面向東南亞、南亞開放的橋梁和紐帶作用，促進沿線地區(qū)經濟社會發(fā)展，提升云南對外開放水平，推動我國與東南亞、南亞國家的交流與合作，將產生重大而深遠的影響。高黎貢山隧道是亞洲鐵路第一長隧，為全線重點控制性工程。

2 工程概況

大理至瑞麗鐵路(見圖1)位于云南省西部地區(qū)，東起廣大鐵路終點大理站，向西經永平、保山和潞西等市縣，穿蒼山、筆架山、大光山、怒山和高黎貢山等山脈，跨西洱河、漾濞江、順濞河、瀾滄江、怒江和龍川江等大江大河，西至瑞麗，線路長330.103 km。其中，大理至保山段全長133.660 km，保山至瑞麗段全長196.443 km。

圖1 大瑞鐵路平面布置圖

高黎貢山隧道平面布置見圖2。隧道位于怒江車站與龍陵車站之間，全長34 538 m，最大埋深為1 155 m。設計速度為140 km/h，隧道進口(里程D1K192+302)緊鄰怒江特大橋，怒江車站部分進入隧道進口段，出口(里程D1K226+840)位于龍陵縣，龍陵車站部分進入隧道出口段。

圖2 高黎貢山隧道平面布置圖

高黎貢山隧道施工平面布置見圖3，分為一、二期施工。一期為Ⅰ線隧道+輔助坑道(1座貫通平導+1座斜井+2座豎井)施工。Ⅰ線隧道全隧線路中線為直線，隧道內線路縱坡為人字坡，最大線路坡度為23.5‰。進口段21.198 kmⅠ線隧道及23.077 km平導采用鉆爆法施工，出口段13.340 kmⅠ線隧道及11.518 km平導以TBM施工為主，TBM施工困難段及洞口段均采用鉆爆法施工，TBM步進通過，Ⅰ線TBM直徑為9.0 m，平導TBM直徑為6.36 m。1號斜井位于線路右側，按主副井設置，主斜井平長3 850 m，副斜井平長3 870 m； 2座豎井均按主副井設置，其中1號豎井主井深762.59 m、副井深764.74 m，2號豎井主井深640.22 m、副井深640.36 m，主井內徑均為6.0 m，副井內徑均為5.0 m。二期將貫通平導擴挖為Ⅱ線隧道。

圖3 高黎貢山隧道一期施工平面示意圖(單位： m)

2 工程地質情況

2.1 區(qū)域地質構造分布

高黎貢山隧道區(qū)域地質構造分布見圖4。隧道位于印度板塊與歐亞板塊相碰撞縫合帶附近，地跨揚子亞板塊、印支亞板塊和滇緬泰亞板塊，穿越其兩兩相互碰撞匯聚的金沙江縫合帶、瀾滄江縫合帶、保山地塊與騰沖地塊碰撞匯聚之怒江縫合帶，褶皺、斷裂構造相當發(fā)育。

(a) (b)

2.2 工程地質特征

本線是我國第一條穿越橫斷山脈、地形地質條件極為復雜的國家Ⅰ級干線鐵路，沿線工程地質條件差，不良地質及特殊巖土發(fā)育，具有“三高”(高地熱、高地應力和高地震烈度)、“四活躍”(活躍的新構造運動、活躍的地熱水環(huán)境、活躍的外動力地質條件和活躍的岸坡淺表改造過程)的特征。

2.3 工程主要不良地質

2.3.1 高烈度地震

隧道區(qū)域位于滇西南地震帶，地震活動強度非常大，頻度高。測區(qū)地震動峰值加速度為0.20g，地震動反應譜周期為0.45 s。強震與活動斷裂分布的相關性極高，大部分6級以上強震沿活動斷裂分布。場址歷史上遭受過強震，1976年5月龍陵發(fā)生7.3級地震。區(qū)域內龍陵—瀾滄斷裂具備發(fā)生7級及以上地震的構造條件，估計未來百年可能發(fā)生的最大震級M=7.5級。

2.3.2 活動斷裂

隧道沿線斷層分布和活動斷裂分別見圖5和表1。隧道洞身D1K206+020～+200段、D1K213+000～+280段分別穿越鎮(zhèn)安活動斷層及勐冒活動斷裂，均屬龍陵—瀾滄斷裂，該斷裂的水平滑動速率為1.07～2.59 mm/年，其未來百年內最大右旋位移量估計值為(2.51±0.66) m，為晚更新世—全新世活動斷裂。

圖5 隧道沿線斷層分布示意圖

表1 隧道活動斷裂一覽表

2.3.3 高地溫

高黎貢山越嶺段地熱成因類型主要為斷裂深循環(huán)型，高黎貢山隧道位于邦臘掌—黃草壩水熱活動帶排泄區(qū)以南，朝陽—平達水熱活動帶補給區(qū)附近，黃草壩阻水隔熱斷裂之下盤(南東盤)相對低溫通道內，深孔鉆探實測最高溫度40.6 ℃，路肩面最高溫度36.7 ℃。

與隧道關系密切的導熱斷裂主要為邦邁—邵家寨斷層(F1-2)、邦邁—邵家寨次級斷層、怒江斷裂(F1-1)、鎮(zhèn)安斷裂(F4-2)，導熱斷裂附近可能出現局部熱水突出。前2個斷層預測最高溫度43 ℃，后2個斷裂(F1-1、F4-2)預測最高溫度50 ℃，均熱害中等。

2.3.4 巖爆

隧道鉆爆法施工7段1 840 m及TBM掘進段180 m位于花崗巖地層，為弱富水性硬質巖，可能產生輕微巖爆。埋深較大，區(qū)域地應力較高，根據深孔鉆探揭露，局部巖芯餅化現象十分明顯，反映了埋深較大處應力集中的狀態(tài)，可能發(fā)生輕微或中等巖爆。預測全隧巖爆段落總長2 020 m，其中，輕微巖爆段累計長度770 m(含TBM施工段180 m)，中等巖爆段累計長度1 250 m。平導可能發(fā)生巖爆段落及巖爆等級與正洞對應里程一致。

2.3.5 軟質巖變形

隧道穿越軟弱巖層，遇地下水極易軟化而發(fā)生軟質巖控制性大變形。另外隧道穿越9條區(qū)域性斷裂，也易發(fā)生結構控制型大變形。Ⅰ線隧道軟巖大變形段落總長3 185 m，其中輕微變形1 435 m；斷層破碎帶中局部斷層黏粒易發(fā)生中等大變形，長1 750 m。

2.3.6 放射性

隧道內放射性背景值較高的地層主要為花崗巖、混合花崗巖、花崗片麻巖和片巖等，隧道正洞、平導局部段落地層環(huán)境中，輻射照射對公眾產生的年有效劑量當量He大于5 mSv，小于15 mSv，屬放射性場所監(jiān)督區(qū)。

2.3.7 有害氣體

區(qū)內斷裂切割深度大，隧道通過地段大面積出露巖漿巖，反映出區(qū)內地殼一定深度內巖漿活動及熱力變質作用強烈，巖石變質作用復雜，礦物變質、富集可能伴生有毒氣體，隨著地熱流體的流動可能造成隧道局部有毒氣體富集。此外，隧道還存在巖溶、滑坡體、順層、表層溜塌和特殊巖土(軟土及膨脹土)等不良地質。

3 工程重難點

3.1 高溫熱害問題突出

中國目前還沒有成熟的隧道高溫環(huán)境下施工技術綜合配套成果，施工難度很大。高溫環(huán)境容易造成人員和施工設備效率降低，除危及人的健康安全以外，也直接影響到工程實體質量。施工階段如不能采取有效的防治措施，將可能導致人身傷害或安全質量事故，進而影響工期和成本。如何減少熱水對隧道施工和結構的影響，解決高溫環(huán)境下混凝土的施工工藝以保證襯砌結構的質量，滿足耐久性要求，需要進一步結合實際作業(yè)環(huán)境和條件進行研究，并采用新技術(隧道制冷技術、高溫水環(huán)境下的注漿堵水技術、高溫環(huán)境下的混凝土材料研究及施工技術)降低高溫環(huán)境對施工人員和設備的不利影響，避免對工程實體質量的損害。

3.2 軟巖大變形

軟巖變形段施工歷來屬于隧道施工質量的關鍵控制點，到目前為止，該問題仍未完全解決，施工難度非常大。高黎貢山隧道軟巖段落較長、埋深較大，而軟巖段圍巖的自承能力不足，易發(fā)生大變形，影響隧道施工安全，延誤工期。在有些高地應力條件下的軟巖甚至在二次襯砌施作完成以后仍長期發(fā)生持續(xù)緩慢的變形，導致二次襯砌開裂，結構侵入限界，需進行返工處理。TBM在軟巖地段施工過程中則可能發(fā)生卡機受困事故。

3.3 隧道涌水量大

根據設計，預測隧道正常涌水量為12.77×104m3/d，最大涌水量為19.2×104m3/d。斜、豎井施工中可能存在涌水突泥事故，輕則造成淹井，重則可能導致重大的人員、設備和財產損失。地下水的存在嚴重影響隧道施工作業(yè)條件，對安全質量均有重要影響； 更有可能在運營期間發(fā)生滲漏水，危及結構使用壽命和功能，嚴重影響運營安全。

3.4 軟弱破碎圍巖地段TBM施工易卡機

Ⅰ線TBM施工共有20段總長1 280 m屬于巖體破碎-極破碎地段，平導TBM施工有15段總長980 m屬于巖體破碎-極破碎地段，而且2臺TBM均要穿越240 m的蝕變巖段，為不宜使用TBM掘進段。TBM掘進后易坍塌掉塊，對刀盤的旋轉形成很大阻力。如果圍巖同時是軟巖，則可能存在掘進后收斂變形的風險，對TBM形成較大的擠壓應力。花崗巖地層富水節(jié)理密集帶的突水涌砂會造成設備被困和安全事故，這些都將直接影響施工進度和安全，甚至可能引起工法的改變。

3.5 安全風險極高，組織管理管控要求嚴

高黎貢山隧道屬于特長隧道長度特大、地質條件極復雜、工期緊張，屬于Ⅰ級風險隧道。在深豎井及長斜井施工中就存在極高的風險，同時隧道存在高地溫、涌水突泥、高地應力巖爆、軟巖大變形、斷層破碎帶及活動斷層等不良地質，在不良地質地段施工，易發(fā)生安全質量事故，稍有不慎就可能造成重大的人員、設備和財產損失。

在Ⅱ線平導擴挖施工階段中后期，大瑞鐵路已經正式運營，擴挖施工屬于臨近既有線施工，需要采取控制爆破措施，完善安全預案，避免對既有線正常運營的影響，確保擴挖施工順利進行。

施工過程中如果對風險點識別不完全，方案不合理，把控不到位，則可能發(fā)生嚴重事故，甚至造成重大損失。因此，需要制定周密的安全防控措施，并落實到每個環(huán)節(jié)； 制定隧道施工風險應急預案，配備必要的報警、應急通訊、應急照明和應急排水等系統(tǒng)。

3.6 通風效果要求高

隧道各作業(yè)面獨頭掘進距離都很長，且施工工況變換頻繁，對通風方案的設計和選擇及通風管理均要求較高。地質條件特殊，環(huán)境復雜，施工過程中可能存在高溫熱害及有害氣體，對于施工通風的要求相對于常規(guī)隧道更高。

4 工程主要技術創(chuàng)新

高黎貢山隧道施工主要圍繞高地熱，活動斷裂地層，深豎井、復雜地質條件下TBM研制等問題。目前隧道高地熱環(huán)境施工關鍵技術，復雜地質條件新型TBM研制及應用，鐵路隧道超深豎井施工關鍵技術和深埋特長隧道高地溫地段混凝土技術已立項并實施，其中復雜地質條件新型TBM研制及應用已在中國鐵路總公司立項并開始實施。

5 工程工期及進度安排

工程進口工點于2014年12月29日開工，1#斜井、1#豎井、2#豎井及出口工點于2015年12月1日開工。其中： 一期計劃于2022年5月30日竣工，工期為89個月； 二期平導擴挖計劃2018年10月14日開始，2025年11月30日竣工，總工期131個月。

6 工程參建單位

建設單位： 云桂鐵路云南有限責任公司。

設計單位： 中國中鐵二院工程集團有限責任公司。

施工單位： 中鐵隧道集團有限公司(施工28.647 km)； 中鐵十八局集團有限公司(施工5.891 km)。

監(jiān)理單位： 中鐵二院(成都)咨詢監(jiān)理有限責任公司。

7 供稿人

中鐵隧道集團有限公司： 司景釗。