穿越多處地震帶、溫泉群，世界第七長(zhǎng)大隧道——大瑞鐵路高黎貢山隧道正攻堅(jiān)
中國(guó)最長(zhǎng)鐵路隧道這樣建
高黎貢山隧道進(jìn)入全面施工階段。(饒斌 攝 制圖：郭 祥)
“隆隆隆”，幽暗的高黎貢山隧道里，機(jī)身抖動(dòng)、噪音震耳，“彩云號(hào)”硬巖掘進(jìn)機(jī)猶如一頭吞砂噬巖的巨獸，埋頭向前，無(wú)堅(jiān)不摧。
這是中國(guó)最長(zhǎng)鐵路隧道的施工現(xiàn)場(chǎng)。從今年2月1日“彩云號(hào)”啟動(dòng)以來(lái)，一路挺進(jìn)，從未卡刀，不僅成功穿越第一個(gè)地層交接涌水帶，而且即使算上磨合期，其掘進(jìn)效率也比同工區(qū)的進(jìn)口裝備高出不少。
“34公里的長(zhǎng)大隧道，穿越地震帶、地?zé)崛?，如果采用傳統(tǒng)鉆爆法施工，每一寸都是煎熬，而進(jìn)口硬巖掘進(jìn)機(jī)貴得讓人望而生畏。”中鐵隧道局集團(tuán)大瑞鐵路項(xiàng)目部項(xiàng)目經(jīng)理張建設(shè)說(shuō)，有了中國(guó)自主研發(fā)的“彩云號(hào)”硬巖掘進(jìn)機(jī)，施工效率成倍提高，“從大直徑硬巖掘進(jìn)機(jī)的核心技術(shù)被我們掌握的這一刻起，中國(guó)鐵路長(zhǎng)大隧道項(xiàng)目的機(jī)械化施工不再受制于人!”
“三高”猶如攔路虎
需穿越地?zé)釡厝习偬?、斷層破碎?6個(gè)、巖爆區(qū)段約2公里
怒江西岸，橫斷山脈最西部，高黎貢山猶如滇西翡翠，寧?kù)o而耀眼。驅(qū)車盤山而上，千巖競(jìng)秀，云蒸霞蔚，世界第七長(zhǎng)大隧道、亞洲最長(zhǎng)鐵路山嶺隧道、中國(guó)最長(zhǎng)鐵路隧道——云南大瑞鐵路高黎貢山隧道工地就在山中。
大瑞鐵路，起于大理，止于瑞麗，設(shè)計(jì)時(shí)速僅140公里，全長(zhǎng)不過(guò)330公里。如果僅從長(zhǎng)度、速度來(lái)衡量，它似乎只是中國(guó)鐵路版圖中微不足道的一處“短橫”。
然而，大瑞鐵路的價(jià)值卻不容忽視。大瑞鐵路沿線有白、彝、回、傈僳、苗、納西等10多個(gè)少數(shù)民族聚集區(qū)，建成后，大理與瑞麗的通行時(shí)間將從現(xiàn)在的六七小時(shí)縮短至約3小時(shí)，保山、德宏等滇西南地區(qū)也將結(jié)束不通火車的歷史。大瑞鐵路也是聯(lián)通中緬國(guó)際鐵路中國(guó)境內(nèi)的“最后一段”，昆明至瑞麗實(shí)現(xiàn)朝發(fā)夕至，也有利于推動(dòng)我國(guó)與東南亞國(guó)家交流合作。
作為脫貧致富線、民族團(tuán)結(jié)線、國(guó)際合作線，大瑞鐵路的建設(shè)刻不容緩，而34.5公里的高黎貢山隧道就是這條鐵路繞不過(guò)去的攔路虎。作為我國(guó)第一條穿越橫斷山脈的干線鐵路隧道，高黎貢山隧道僅進(jìn)口段就穿越18種巖性、12條斷層，出口段則穿越8種巖性、7條斷層，即便24次選線、3次完善設(shè)計(jì)，目前仍需面對(duì)世界級(jí)的“三高”挑戰(zhàn)。
高地?zé)?。隧道地處活躍的地?zé)崴h(huán)境，有4條導(dǎo)熱斷層，堪稱高溫?zé)岷?yán)重。“周邊有溫泉上百處，深孔鉆探實(shí)測(cè)地下水溫最高達(dá)102攝氏度，足以使施工現(xiàn)場(chǎng)像桑拿房一樣難熬。”中鐵隧道局大瑞鐵路項(xiàng)目部總工程師司景釗介紹，此前中國(guó)還沒有成熟的高溫環(huán)境下隧道施工技術(shù)綜合方案，“如何減少熱水對(duì)隧道施工和結(jié)構(gòu)的影響，如何開展高溫水環(huán)境下的注漿堵水技術(shù)，如何保證高溫環(huán)境下混凝土施工質(zhì)量，以及如何降低高溫環(huán)境對(duì)人員、設(shè)備的不利影響，這些都是前所未有的難題。”
高地應(yīng)力。高黎貢山隧道最大埋深1155米，應(yīng)力集中，容易發(fā)生輕微或中等巖爆。“高黎貢山位于印度板塊與歐亞板塊的碰撞縫合帶，山里每一塊巖石都算得上‘壓力山大’，而且越是深埋的區(qū)域，壓力就越大。一旦打破了原本的受力平衡，巖石就可能爆炸，對(duì)施工裝備和人員的損害難以估量。”司景釗預(yù)測(cè)，全隧有可能發(fā)生巖爆的區(qū)段累計(jì)總長(zhǎng)度約2公里。
高地震烈度。隧道位于滇西南地震帶，地震活動(dòng)強(qiáng)度非常大，頻度高，僅斷層破碎帶就要穿越16個(gè)。“高黎貢山隧道所處區(qū)域是地質(zhì)監(jiān)測(cè)的重中之重，稱得上‘地質(zhì)博物館’，施工難度極大，風(fēng)險(xiǎn)極高，具有很強(qiáng)的挑戰(zhàn)性，因此修成高黎貢山隧道將極大地完善和提高我國(guó)隧道修建技術(shù)。”中國(guó)工程院院士盧耀如說(shuō)。
“大國(guó)重器”是支撐
過(guò)去想做沒做成、一些外國(guó)企業(yè)還不給我們做的，中國(guó)人自主研制成了
工欲善其事，必先利其器。世界級(jí)工程，必有“大國(guó)重器”支撐。
“受高黎貢山地質(zhì)條件制約，采用傳統(tǒng)鉆爆法施工，8公里就是極限。要想高質(zhì)量、高效率地完工，必須有大型的硬巖掘進(jìn)機(jī)挑大梁。”中鐵隧道股份有限公司黨委副書記李華坤說(shuō)。
硬巖掘進(jìn)機(jī)，英文縮寫TBM，是集機(jī)、電、液、氣、激光、傳導(dǎo)、測(cè)量、預(yù)報(bào)于一體的高技術(shù)含量工程裝備，被譽(yù)為“地下工程施工的航母”，能夠解決長(zhǎng)距離、復(fù)雜地層條件下人工鉆爆法無(wú)法完成的山嶺隧道施工難題。
硬巖掘進(jìn)機(jī)的另一大優(yōu)勢(shì)，則是施工污染低、地層擾動(dòng)小，能夠最大程度保護(hù)生態(tài)環(huán)境。高黎貢山是三江并流世界自然遺產(chǎn)的重要組成，被譽(yù)為“物種基因庫(kù)”“東亞植物區(qū)系的搖籃”。早在2000年，聯(lián)合國(guó)教科文組織就把高黎貢山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)接納為世界生物圈保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)成員。“在這種生態(tài)要求極高的區(qū)域作業(yè)，如果通過(guò)鉆孔、裝藥、爆破的傳統(tǒng)鉆爆法開挖，不僅施工風(fēng)險(xiǎn)大，還會(huì)對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)的生態(tài)產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的負(fù)面影響。”李華坤說(shuō)。
可是，這個(gè)能應(yīng)對(duì)如此復(fù)雜地質(zhì)條件的大直徑硬巖掘進(jìn)機(jī)從哪來(lái)呢?
彼時(shí)，國(guó)內(nèi)尚未有直徑超9米的硬巖掘進(jìn)機(jī)，而施工方想根據(jù)地質(zhì)特點(diǎn)對(duì)裝備進(jìn)行功能完善時(shí)，外國(guó)企業(yè)都拒絕了。
工產(chǎn)學(xué)研“握拳”!2015年10月，中鐵高新工業(yè)股份有限公司旗下的中鐵裝備集團(tuán)聯(lián)合中國(guó)中鐵隧道局集團(tuán)、中國(guó)電建水電十四局及石家莊鐵道大學(xué)，開始為大瑞鐵路高黎貢山隧道量身打造世界最先進(jìn)的大直徑敞開式隧道硬巖掘進(jìn)機(jī)“彩云號(hào)”。
2017年8月1日，“彩云號(hào)”成功下線。這臺(tái)長(zhǎng)230米、開挖直徑達(dá)9.03米、重1900噸的“巨無(wú)霸”，一舉填補(bǔ)了我國(guó)9米以上大直徑硬巖掘進(jìn)機(jī)的空白。
更讓人欣喜的是“彩云號(hào)”的工作效率。2017年11月24日進(jìn)入導(dǎo)洞施工的國(guó)外老牌掘進(jìn)機(jī)“羅賓斯”，盾構(gòu)機(jī)直徑6.39米，施工難度更低，截至今年4月22日累計(jì)掘進(jìn)了943米，中間“卡殼”兩次，每次都要停工20天以上。而今年2月1日才在主洞始發(fā)的“彩云號(hào)”，截至4月22日已挺進(jìn)583米，從未停機(jī)。
“一般來(lái)說(shuō)，硬巖掘進(jìn)機(jī)進(jìn)場(chǎng)的前兩個(gè)月是調(diào)試磨合期，此后進(jìn)入正常工作階段。這么算來(lái)，‘彩云號(hào)’比‘羅賓斯’的效率提高得太多了。”司景釗說(shuō)，“過(guò)去想做沒做成、一些外國(guó)企業(yè)還不給我們做的，我們中國(guó)人自己研制成功了，而且作業(yè)效率更高、效果更好。”
“中國(guó)創(chuàng)造”解難題
鉆機(jī)裝有攝像頭，實(shí)現(xiàn)了地下工程從“盲挖”到“心中有數(shù)”的轉(zhuǎn)變
“彩云號(hào)”憑什么能戰(zhàn)勝國(guó)外老牌盾構(gòu)機(jī)?就憑“中國(guó)創(chuàng)造”賦予的“十八般武藝”。
——“千里眼”讓“彩云號(hào)”看得遠(yuǎn)，提前掌握地質(zhì)特點(diǎn)。
隧道施工在黑暗中前行，即便有前期地質(zhì)勘探，在實(shí)際掘進(jìn)中前方會(huì)遇到哪些具體的地質(zhì)難題、遭遇哪些不可控的地質(zhì)災(zāi)害，也難以知道。為了破解這個(gè)地下工程的最大挑戰(zhàn)，“彩云號(hào)”裝上了全周嵌藏式超前探測(cè)鉆機(jī)。
“我們實(shí)現(xiàn)了地下工程從‘盲挖’到‘心中有數(shù)’的轉(zhuǎn)變。”中鐵裝備集團(tuán)設(shè)研總院副院長(zhǎng)賀飛指著“彩云號(hào)”的鉆機(jī)說(shuō)，這個(gè)裝有攝像頭的鉆機(jī)，平時(shí)藏在主機(jī)平臺(tái)下方，不影響正常作業(yè)，需要時(shí)自動(dòng)升降，可探測(cè)刀盤前方30米的地質(zhì)。
——“順風(fēng)耳”讓“彩云號(hào)”聽得清，準(zhǔn)確識(shí)別不良地質(zhì)。
“彩云號(hào)”上的另一個(gè)寶貝是中鐵工業(yè)與山東大學(xué)等機(jī)構(gòu)聯(lián)合研發(fā)的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)。通過(guò)反射波，“彩云號(hào)”能“聽波辨位”，對(duì)刀盤前方一定距離內(nèi)的斷層、溶洞、含水構(gòu)造等不良地質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確定位識(shí)別并三維成像。
“不良地質(zhì)的三維成像結(jié)果會(huì)顯示在主控室操作屏幕上，為施工決策及時(shí)提供重要的地質(zhì)資料。這項(xiàng)技術(shù)是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，國(guó)外也沒有。”賀飛說(shuō)。
——“三頭六臂”讓“彩云號(hào)”出手快，應(yīng)對(duì)突泥涌水無(wú)障礙。
“彩云號(hào)”增設(shè)前區(qū)應(yīng)急噴灌混凝土機(jī)械手系統(tǒng)、超前注漿系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)。一旦遭遇圍巖變形、斷層破碎帶和突水突泥等風(fēng)險(xiǎn)，這些“助手”該出手時(shí)就出手，可提前進(jìn)行注漿加固。
“過(guò)去遇到涌水、突泥，只能靠人工去堵，又臟又累還風(fēng)險(xiǎn)極高，現(xiàn)在有了這些新型的機(jī)械手，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，也更好保證了施工人員的人身安全。”司景釗說(shuō)，“無(wú)論是超前探測(cè)鉆進(jìn)，還是應(yīng)急噴灌混凝土機(jī)械手，這些都是我們急需的，而外國(guó)供應(yīng)商不愿意為我們提供。這些能更好適應(yīng)中國(guó)地質(zhì)條件的工程裝備，還得靠咱們自主創(chuàng)新。”
在掘進(jìn)突破1000米后，“彩云號(hào)”運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)良好，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)正常，已經(jīng)開始向新目標(biāo)發(fā)起沖擊。“不過(guò)前面的挑戰(zhàn)還有不少，一是高地應(yīng)力有可能造成掘進(jìn)斷面變形，甚至還有可能遭遇威力可擊穿鋼板的巖爆;二是掘進(jìn)將穿過(guò)7個(gè)透水層，比現(xiàn)在1小時(shí)120多立方米的涌水量更大，水壓也更大。這些需要我們繼續(xù)迎難而上。”(記者 陸婭楠)
