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        穿越“地質(zhì)博物館”的新成昆鐵路

        2022-05-30 10:48:04郭靜
        知識(shí)就是力量 2022年10期
        關(guān)鍵詞:成昆鐵路建設(shè)者圍巖

        60多年前,老成(四川省成都市)昆(云南省昆明市)鐵路的建成書寫了人類征服自然的奇跡。半個(gè)多世紀(jì)后的2022年6月21日,21世紀(jì)的新成昆鐵路核心控制性工程——小相嶺隧道順利貫通,標(biāo)志著在建新成昆鐵路隧道全線貫通。這不僅是老成昆鐵路傳奇的續(xù)寫,更是中國鐵路建設(shè)者們又一次對(duì)極限的挑戰(zhàn)。

        新成昆鐵路建設(shè)過程中遇到了哪些地質(zhì)難題?中國鐵路建設(shè)者們又是如何用科技的力量攻克這些難題的呢?

        成昆線讀書鋪站是新、老成昆鐵路的交會(huì)車站(攝影/羅春曉)

        新成昆鐵路上的“攔路虎”

        2007年,全長860千米的新成昆鐵路正式開工。新成昆鐵路與老成昆鐵路的走向大致平行,而又截彎取直。隧道,就是“拉直”線路的主要方式。

        不論是老成昆鐵路還是新成昆鐵路,鐵路沿線都是山勢陡峭,深澗密布,溝壑縱橫,地形和地質(zhì)極其復(fù)雜,被稱為“地質(zhì)博物館”,曾被外國專家斷言為“鐵路禁區(qū)”。

        隧道施工中面臨著涌水、涌砂、塌方、活動(dòng)斷裂、斷層破碎帶、軟巖大變形、巖爆、高地溫等工程地質(zhì)難點(diǎn)。

        以新成昆鐵路線上最長隧道——小相嶺隧道為例,水害即涌水是建設(shè)過程中最大的“攔路虎”,水量之大、風(fēng)險(xiǎn)之高國內(nèi)罕見。

        涌水指的是由于隧道的掘進(jìn)破壞了含水層結(jié)構(gòu),使水動(dòng)力條件和圍巖力學(xué)平衡狀態(tài)發(fā)生急劇改變,以致地下水體所儲(chǔ)存的能量以流體高速運(yùn)移形式瞬間釋放而產(chǎn)生的一種動(dòng)力破壞現(xiàn)象。

        涌水是隧道施工中僅次于塌方的地質(zhì)災(zāi)害之一,水的主要來源有地表水體、溶洞及暗河水、老窖積水或古礦洞積水、含水層及斷層水。

        在小相嶺隧道施工過程中,突發(fā)涌水情況(攝影/中新社記者? 劉忠俊)

        在隧道施工過程中,常常會(huì)引起隧道圍巖應(yīng)力(地下洞室周圍巖石中單位面積上的內(nèi)力強(qiáng)度)松弛或集中,使圍巖遭到破壞,也會(huì)使隔水層的有效保護(hù)厚度相應(yīng)減小,導(dǎo)致圍巖穩(wěn)定性降低,從而增加隧道涌水的風(fēng)險(xiǎn)。

        此外,隧道的涌水量隨地形地貌條件及隧道位置的變化而變化,隧道越長、經(jīng)過的水文地質(zhì)單元越多、匯水面積及補(bǔ)給范圍越大,其單位涌水量就越大。

        ?全電腦三臂鑿巖臺(tái)車進(jìn)行鉆爆作業(yè),實(shí)現(xiàn)智能定位和全自動(dòng)高效智能化鉆孔,鑿巖速度快,安全系數(shù)高,爆破效果好(供圖/郭靜)

        濕噴機(jī)械手,其工作范圍最遠(yuǎn)達(dá)16米,用于噴射混凝土(供圖/郭靜)

        如何攻克難“啃”的硬骨頭

        在設(shè)計(jì)之初,小相嶺隧道即在中部設(shè)置了人字排水坡,以應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的嚴(yán)重的涌水問題。施工過程中,建設(shè)者們堅(jiān)持“治巖先治水、治水先泄壓、泄壓先排水”的原則,引進(jìn)國內(nèi)先進(jìn)的全電腦三臂鑿巖臺(tái)車、濕噴機(jī)械手等大型工裝設(shè)備,采取探水、泄水、排水、分水等多種舉措,改善圍巖地質(zhì)條件,使風(fēng)險(xiǎn)頻率和規(guī)模大大降低。通過增設(shè)止水墻,將涌水通過橫洞排至自然河道,或者采取加深加寬排水槽的方式,加大排水量,最終“馴服”了涌水。

        在隧道開挖過程中,受應(yīng)力變化(指日積月累有個(gè)力一直在變化)影響,山體軟巖容易變形。要解決變形問題,就要給巖體減壓,如圖所示,即需要把隧道斷面擴(kuò)大,預(yù)留出變形空間,建設(shè)人員使用鋼制拱架進(jìn)行加固,將突起的不規(guī)則巖石鎖定在拱架上。

        ?為了不讓隧道壁垮掉,要擴(kuò)大斷面,提前預(yù)留由于重力而下墜的范圍并對(duì)其加固(供圖/馬驍)

        ?巖層在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用下,因受力而發(fā)生彎曲,一個(gè)彎曲稱褶曲,如果發(fā)生的是一系列波狀的彎曲變形,就叫褶皺(攝影/馬驍)

        據(jù)統(tǒng)計(jì),小相嶺隧道施工中遇到巖溶暗河,累計(jì)涌水量超過2億立方米,相當(dāng)于15個(gè)西湖的水量。而面對(duì)每一次突發(fā)狀況,建設(shè)者們都臨危不亂、迎難而上,用科學(xué)方法冷靜應(yīng)對(duì),使施工得以順利推進(jìn)。

        終于,小相嶺隧道穿越了10條斷層和2條褶曲,洞身穿越了約4.5千米的可溶巖區(qū)段,經(jīng)過2200多天的艱苦奮戰(zhàn),迎來了全線貫通的勝利。截至目前,新成昆鐵路6段擴(kuò)能工程中,已有5段建成投運(yùn)。

        知識(shí)鏈接

        勇闖“鐵路禁區(qū)”的老成昆鐵路

        20世紀(jì)60年代,30多萬名鐵路建設(shè)者在中國西南地區(qū)的崇山峻嶺間修建起了一條舉世矚目的山岳鐵路——成昆鐵路,在當(dāng)時(shí)開創(chuàng)了18項(xiàng)中國鐵路之最、13項(xiàng)世界鐵路之最,與阿波羅登月、第一顆人造衛(wèi)星被聯(lián)合國并稱為“象征20世紀(jì)人類征服自然的三大奇跡”。

        老成昆鐵路始建于1958年,1970年全線竣工運(yùn)營,全長1085千米,是縱貫中國西南、西北地區(qū)的交通大動(dòng)脈。

        當(dāng)時(shí)中國的施工和裝備水平相對(duì)落后,鋼軌全部靠人工抬運(yùn),隧道施工全靠建設(shè)者們用大錘、鋼釬一點(diǎn)點(diǎn)鑿孔爆破,即使全天24小時(shí)施工,每天掘進(jìn)仍不足一米……老一輩鐵路建設(shè)者們堅(jiān)持不懈、克服萬難,經(jīng)過12年的艱苦鏖戰(zhàn),鑿穿了幾百座大山,修通了427座隧道,架設(shè)了991座橋梁,終使難以逾越的天塹變成了通途。

        ?老成昆鐵路關(guān)村壩站(位于四川省樂山市)

        新成昆鐵路再次穿越“地質(zhì)博物館”,預(yù)計(jì)今年底實(shí)現(xiàn)全線貫通。新成昆鐵路全線建成通車后,新老成昆線將客貨分離,時(shí)速80千米的老成昆線以貨運(yùn)為主,時(shí)速160公里的新成昆線以客運(yùn)為主。新老兩條“天塹之路”,將共同助力沿線地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展,譜寫鐵路建設(shè)發(fā)展新篇章!

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