鞏江峰,王 偉,王 芳,楊昌賢,袁 溢

(1.中國鐵路經(jīng)濟規(guī)劃研究院有限公司,北京 100038; 2.中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司,四川 成都 610031; 3.中國鐵路設(shè)計集團有限公司,天津 300308; 4.中國第一勘察設(shè)計院集團有限公司,陜西 西安 710043)

1 中國鐵路隧道情況

截至2023年底,中國鐵路營業(yè)里程達到15.9萬km。其中,投入運營的鐵路隧道18 573座,總長23 508 km。

1)新增運營。2023年新增開通運營線路鐵路隧道622座,總長度為1 292 km。其中,10 km以上的特長隧道23座,總長約320 km。

2)在建。在建鐵路隧道2 668座,總長約7 110 km。

3)規(guī)劃。規(guī)劃鐵路隧道5 460座,總長約13 313 km。

2 中國高速鐵路隧道情況

截至2023年底,中國已投入運營的高速鐵路總長超過4.5萬km,共建成高速鐵路隧道4 561座,總長7 735 km。其中,長度大于10 km的特長隧道115座,長約1 471 km。

1)新增運營。2023年中國新增運營有隧道工程項目的高速鐵路共13條,總長2 507 km,共有隧道383座,長約703 km。其中,10 km以上的特長隧道10座,長約129 km。2023年中國新增運營的高鐵特長隧道見表1。

表1 2023年中國新增運營的高鐵特長隧道

2)在建。中國正在建設(shè)的有隧道工程項目的高速鐵路共56條,總長10 474 km,共有隧道1 534座,長約3 617 km。其中,長度大于10 km的特長隧道有78座,長約1 073 km。長10～15 km的高速鐵路隧道有58座,長15～20 km的高速鐵路隧道有16座,20 km以上的高速鐵路隧道有4座。在建的高速鐵路隧道中,設(shè)計速度目標(biāo)值為300～350 km/h的高速鐵路隧道共1 331座,長約3 245 km;速度目標(biāo)值為250 km/h的高速鐵路隧道共203座,長約372 km。2023年中國在建的高鐵特長隧道見表2。

表2 2023年中國在建的高鐵特長隧道[1-2]

3)規(guī)劃。截至2023年底,中國規(guī)劃高速鐵路項目中含隧道2 171座,長約4 975 km。其中,長度大于10 km的特長隧道有83座,長約1 111 km。規(guī)劃的高速鐵路隧道中,速度目標(biāo)值為300～350 km/h的高速鐵路隧道共1 597座,長約4 043 km;速度目標(biāo)值為250 km/h的高速鐵路共574座,長約932 km。

3 中國特長鐵路隧道概況

截至2023年底,中國投入運營的特長鐵路隧道共286座,總長約3 869 km。其中,長度20 km以上特長鐵路隧道13座,長約312 km。中國已投入運營的長度20 km以上的特長鐵路隧道見表3。

表3 中國已投入運營的長度20 km以上的特長鐵路隧道[1-2]

1)新增運營。2023年新增運營特長鐵路隧道23座,長約320 km。其中,長10～15 km的特長鐵路隧道有17座,長15～20 km的特長鐵路隧道有5座,長20 km以上的特長鐵路隧道有1座。2023年中國新增運營的特長鐵路隧道見表4。

表4 2023年中國新增運營的特長鐵路隧道

2)在建。在建特長鐵路隧道163座,長約2 511 km。其中,長度20 km以上的特長鐵路隧道24座,長約643 km。

3)規(guī)劃。規(guī)劃特長鐵路隧道253座,長約3 538 km。其中,長度20 km以上的特長鐵路隧道14座,長約392 km。

4 2023年新開通重點項目隧道概況

4.1 貴南鐵路隧道

4.1.1 項目概況

貴南鐵路連接貴州貴陽市與廣西壯族自治區(qū)南寧市,正線長約481.1 km,設(shè)計速度為350 km/h,正線隧道108座,總長約259 km,隧線比為53.8%。全線最長的隧道為九萬大山1號隧道,長17 128 m。工程于2017年10月開工建設(shè),2023年8月31日開通運營。

4.1.2 項目特點

隧道沿線通過地層主要為可溶巖,地表溶蝕洼地、槽谷、落水洞等巖溶形態(tài)極其發(fā)育,洞身附近地表大型溶蝕洼地共計約320處。隧道穿越巖溶中等—強烈發(fā)育段約150 km,通過垂直滲流帶約31 km、季節(jié)變動帶約130 km、水平循環(huán)帶約12 km、深部緩流帶約2.5 km。受峰叢卡斯特地貌影響,沿線溶洞及暗河眾多、洞口危巖落石發(fā)育。

4.1.3 主要技術(shù)經(jīng)驗

1)空間選線,規(guī)避重大巖溶風(fēng)險。在勘察期間,揭示九萬大山區(qū)域內(nèi)發(fā)育有大型暗河與隧道交叉,且平面上無法繞避。通過大范圍現(xiàn)場調(diào)繪、物探、鉆探手段對暗河發(fā)育范圍、走向、匯水區(qū)、宣泄區(qū)等進行綜合探查,并通過大地電磁技術(shù)精準(zhǔn)鎖定暗河發(fā)育高程范圍。結(jié)合輔助坑道(橫洞)的設(shè)置,隧道設(shè)計創(chuàng)新采用“M”型縱坡,實現(xiàn)隧道上跨暗河的同時,保障了巖溶發(fā)育段隧道順坡組織施工,開挖揭示九萬大山區(qū)域隧道工程成功繞避了巖溶暗河。

2)超前預(yù)報,保障隧道施工安全。施工期間有突水(泥)風(fēng)險段進行專項超前地質(zhì)預(yù)報方案設(shè)計,首次采用反磁通等值瞬變電磁技術(shù),結(jié)合地質(zhì)雷達進行掌子面前方含水體及巖溶異常區(qū)探測,根據(jù)物探結(jié)果采用長、中、短相結(jié)合的方式進行超前鉆探驗證,實現(xiàn)了重大風(fēng)險提前預(yù)判及處置。

3)泄水降壓,規(guī)避運營安全風(fēng)險。設(shè)計中結(jié)合施工組織及安全運營需要,采用平導(dǎo)及泄水洞有效引排地下水,避免暴雨季節(jié)襯砌周邊瞬時水壓上升造成襯砌掉塊、仰拱隆起等災(zāi)害的發(fā)生,全線共設(shè)置泄水洞(平導(dǎo))約97 km。

4)拱隧一體,創(chuàng)新溶腔處理技術(shù)。甲良3號隧道位于貴州省獨山縣境內(nèi),開挖揭示1處橫向?qū)?0～65 m、縱向長60 m的大型半充填溶洞。溶洞深度約65 m,底部充填物為32 m的塊石土。設(shè)計采用1孔64 m拱隧一體結(jié)構(gòu)成功跨越,進一步豐富了巖溶地區(qū)大型空腔溶洞處理技術(shù)。隧道內(nèi)跨越溶洞拱隧一體化結(jié)合示意見圖1。

圖1 隧道內(nèi)跨越溶洞拱隧一體化結(jié)合示意圖

4.2 成蘭鐵路成都—川主寺段隧道

4.2.1 項目概況

成蘭鐵路成都—川主寺(黃勝關(guān))段位于四川省境內(nèi),正線長約275.6 km,設(shè)計速度為200 km/h,隧道17座,總長約175.5 km,隧線比為63.6%。全線最長的隧道為平安隧道,長28 426 m。全線于2013年3月開工建設(shè),成都—鎮(zhèn)江關(guān)(含)段206.8 km于2023年11月28日開通運營。

4.2.2 項目特點

成蘭鐵路地處青藏高原東部邊緣,位于我國第二地貌階梯(高程500～700 m)向第一地貌階梯(高程3 000～5 600 m)急切過渡的高山峽谷區(qū),地形切割強烈,相對高差多在1 000 m以上,最大相對高差達3 000 m以上。隧道最大埋深達1 720 m,其中埋深1 000 m以上段落18 km,埋深500～1 000 m的段落55 km。沿線地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,新構(gòu)造運動強烈,不良地質(zhì)問題突出,具有“四極、三高、五復(fù)雜”的典型特征。其中:“四極”為地形切割極為強烈、構(gòu)造極為復(fù)雜活躍、巖性極為軟弱破碎、汶川地震效應(yīng)極為顯著;“三高”為高地應(yīng)力、高地震烈度和高地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險;“五復(fù)雜”為復(fù)雜的構(gòu)造運動歷史、復(fù)雜多變的復(fù)理巖建造、復(fù)雜的地應(yīng)力環(huán)境、復(fù)雜的地下水條件、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)型式。復(fù)雜的地形地質(zhì)條件給隧道工程的建設(shè)帶來極大的挑戰(zhàn)。成蘭鐵路項目沿線構(gòu)造示意見圖2。

圖2 成蘭鐵路項目沿線構(gòu)造示意圖

4.2.3 主要技術(shù)經(jīng)驗

1)減災(zāi)選線,規(guī)避洞口重大不良地質(zhì)體。沿線受溝谷切割、構(gòu)造及卸荷節(jié)理裂隙發(fā)育等影響,高陡山坡危巖落石發(fā)育。通過合理設(shè)計選線以繞避重大不良地質(zhì),全線共繞避滑坡125處、巖堆153處、危巖落石73處。同時,根據(jù)各洞口地質(zhì)條件,采用接長明(棚)洞,坡面分級、分區(qū)域設(shè)置坡面不良地質(zhì)體加固和主、被動網(wǎng)防護,并通過設(shè)置簾式網(wǎng)等對坡面危巖落石進行分流引導(dǎo),以確保運營安全。

2)創(chuàng)新隧道穿越活動斷裂帶技術(shù),保障運營安全。沿線以隧道形式穿越5條活動斷裂帶,是目前國內(nèi)通車線路穿越活動斷裂帶最多的鐵路。為適應(yīng)活動斷裂產(chǎn)生的錯動和位移,設(shè)計采用短節(jié)段+寬變形縫的措施,使隧道具備適應(yīng)錯動及轉(zhuǎn)動的能力;同時,施工過程中創(chuàng)新采用分次多層支護、長短錨桿組合的變形主動控制支護體系,成功通過活動斷裂帶。

4.3 其他鐵路項目隧道主要技術(shù)應(yīng)用

1)廣汕鐵路在建設(shè)過程中采用地表鉆孔真空負(fù)壓降水的措施,保障了淺埋全風(fēng)化富水花崗巖段的成功修建。

2)金甬鐵路采用“三臺階法施工+非電毫秒導(dǎo)爆管雷管+多段起爆”的綜合鉆爆技術(shù),成功實現(xiàn)了距離既有鐵路線間距小于50 m段落硬質(zhì)巖爆破施工單點震速控制在1 cm/s的技術(shù),擴展了鉆爆法在臨近既有線施工的技術(shù)。

3)南崇鐵路留村大直徑盾構(gòu)隧道管片環(huán)間采用承插式螺栓,在復(fù)雜地層條件和周邊環(huán)境下,很好地控制了管片錯臺及隧道的變形。

4)和邢鐵路采用“掌子面后方排水+掌子面注漿加固”的技術(shù)路線,以及前進式分段注漿結(jié)合集束多段水平袖閥管注漿技術(shù),成功解決了強富水條件砂巖斷層破碎帶施工的技術(shù)難題。

4.4 展望

隨著鐵路建設(shè)向西部地區(qū)轉(zhuǎn)移,隧道建設(shè)將面臨埋深更大、地應(yīng)力更高、水壓更大、地質(zhì)構(gòu)造更加復(fù)雜、洞外不良地質(zhì)體影響更大、高烈度地震頻發(fā)、高海拔地區(qū)缺氧等系列建設(shè)問題,仍需要各位同仁共同攻堅克難,不斷創(chuàng)新隧道修建技術(shù)。

致謝

感謝國鐵集團鑒定中心田四明,中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司程磊,中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司朱宏、鄧子軍、周林峰、羅勝利、姜波、陳泉,中國鐵路設(shè)計集團有限公司馬志富、孟慶余、曾青,中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司楊劍、何衛(wèi),中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司路美麗、胡玉林,中鐵第六勘察設(shè)計院集團有限公司宋超業(yè)、韓賀,中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司李力、張巖,中鐵上海設(shè)計院集團有限公司周萌、曹勇,中鐵大橋勘察設(shè)計院集團有限公司唐雄俊等各位同仁提供的資料、統(tǒng)計數(shù)據(jù)及指導(dǎo)。

說明：文中數(shù)據(jù)不包括中國香港、澳門特別行政區(qū)及臺灣地區(qū)的數(shù)據(jù);文中之特長隧道為不含車站的隧道。