来看青藏高原铁路建设的又一壮举

经济日报新闻客户端2020-04-07 13:06:16

经过拉林铁路建设者长达64个月的艰苦奋战,川藏铁路拉萨至林芝段(拉林铁路)米林隧道、巴玉隧道、藏噶隧道等7座控制性隧道相继贯通。至此,拉林铁路全线216.5km隧道全部顺利贯通,为项目开通奠定了坚实的基础。

藏嘎隧道

拉林铁路地处青藏高原东南部,沿青藏高原冈底斯板块与喜马拉雅板块之间的雅鲁藏布江缝合带行进,先后16次跨越雅鲁藏布江,全线新建隧道47座 216.5km,占线路总长的53.69%,其中10km以上的特长隧道6座,5km以上的长大隧道15座。线路90%以上的路段位于海拔3000米以上的高原地区,高寒缺氧,交通不便,自然条件恶劣。沿线山势异常险峻,沟谷深切,是我国地壳运动最强烈的地区之一。因板块之间的强烈挤压,地质构造极其发育,浅表地貌改造频繁,滋生出崩塌、滑坡、泥石流、地震、危岩落石、冻害、高陡岩质岸坡、有害气体等大量特殊及不良地质,尤其是隧道风积沙、富水冰碛层、高地温、极高地应力岩爆、软岩大变形等对工程建设影响极大,一些高强地质灾害的风险程度国内外罕见。

1.风积沙隧道。风积沙是青藏高原拉萨河谷和雅鲁藏布江河谷一种独特的地形地貌。高原风积沙分布区域广泛,且积沙厚度大,成因特殊,季节性流动变化较大,铁路选线设计难以避让。拉林铁路全线共有7座隧道穿越风积沙地层,尤以嘎拉山隧道、热当隧道及米林隧道最为典型,其中嘎拉山隧道穿越风积沙长度267米、最大埋深70米。与沉积沙相比,风积沙结构松散,自稳性极差,沙子稍一触动就发生坍塌,隧道穿越风积沙地层,传统施工方法受到严峻挑战,溜坍风险极高,按以往经验隧道施工几乎无法进行。拉林铁路建设者结合高原地区风积沙隧道特定的成因及其工程地质特性,反复试验探索,创新研究出风积沙隧道设计施工的工艺工法,形成了风积沙隧道施工的成套技术和风积沙隧道洞外延伸区域防风固沙技术,成功穿越风积沙地段。

2.高地温隧道。拉林铁路高地温隧道10座,地段总长30.19km。其中桑珠岭隧道穿越沃卡东缘温泉断裂带,最高岩温达89.3℃,为国内铁路隧道最高岩温,在世界范围也属罕见。隧道高地温直接导致炮眼温度、环境温度、设备温度的升高,降低设备工作效率,缩短材料使用寿命,损害人身健康,爆破作业要求极高,对支护结构的耐久性及稳定性也有较大影响。为解决这一难题,拉林铁路建设者积极组织开展科研攻关,采取物探加钻探相结合的方法精确预测预报洞内高地温;通过洞内热交换及温度场分布规律分析,研究出洞内环境降温的理论计算方法,分析制定出通风降温、冰块降温、洒水降温等具体措施的最优组合,形成了高地温隧道洞内综合降温技术;针对高地温隧道特点开展爆破器材适应性研究,研发适用于不同温度范围的爆破器材;研究隧道衬砌混凝土施工工艺工法,有效减少因温度应力变化引起的混凝土强度降低、产生微裂缝等耐久性问题;制定运营期根据洞内实测温度控制运营通风频率、功率的标准,有效控制洞内温度,改善洞内环境,避免高温对运营机电设备的影响。

3.冰碛层隧道。拉林铁路全线有6座隧道洞身穿越富水冰碛层,总长达2.48km,尤以藏噶隧道(冰碛层长度960米)、米林隧道(冰碛层长度490米)最为突出。冰碛层又称冰水堆积层或冰川堆积层,是一种冰川运动后冰雪融化之冰水在静水环境作用下的堆积物,是一种高海拔地区特有的冰川运动形成的漂(块)石、卵(碎)石土夹砂层的混合体堆积物。富水冰碛层段细颗粒物质极易随地下水流失,导致突水突泥地质灾害,严重威胁隧道施工安全,影响施工进度。穿越冰碛层段突水突泥防治的前提是要超前探明前方围岩地质特性,关键是科学确定超前预加固措施。超前钻孔及注浆机械设备的选型,则直接决定超前预加固的成败。对此,拉林铁路建设者通过组织现场实地踏勘和研究,根据不同类型冰碛层围岩特性,综合确定超前预加固措施及施工设备,对富水地段采取帷幕注浆、无水地段采取大管棚+超前小导管及周边小导管注浆+型钢拱架支护相结合的措施,加强超前支护及洞内防排水措施,强化初支、基底处理方案等措施,有效保证了拉林铁路冰碛层段隧道施工安全及进度。

4.岩爆隧道。岩爆是指处于埋深较大、地应力较高地区的花岗岩与闪长岩等硬质岩体,由于工程开挖等活动导致其内部储存的应变能突然释放,或原来处于极限平衡状态下的岩体由于外界扰动作用,开挖临空面围岩块体以猛烈的方式突然弹射出来或脱离母岩的动态力学现象。西藏高原是亚洲板块与印度板块挤压隆起形成,这一区域的地应力极高,实测最高地应力超过70MPa,而拉林铁路部分隧区围岩主要为花岗岩、闪长岩等硬脆性岩体,在高地应力条件下,隧道岩爆频发,严重威胁着作业人员及机械设备的安全,影响着工程进度。拉林铁路全线预设计岩爆隧道共20座,总长125km,实际开挖揭示发生岩爆的隧道14座,地段总长超过50 km,其中尤以巴玉、桑珠岭、岗木拉山隧道最为典型,其岩爆发生的强度、频率和形态多样性均为世界罕见,单次最长持续时间达20余小时。岩爆防治的前提是对其进行有效的预测预报,而岩爆预测预报是一项世界性难题。拉林铁路创新采用强度应力比和微震监测两种方法进行岩爆预判,两种方法有效结合后预报的准确率可达70%以上,为岩爆防治提供了有效依据。拉林铁路建设者通过科研攻关和以往国内外施工经验总结,采用“主动释放应力+超前加固围岩+柔性支护封闭”的主被动岩爆综合控制技术;建立岩爆安全防护体系,确保了人员及机械设备安全,取得了良好的效果。结合拉林铁路岩爆隧道特性及施工经验,分析了隧道岩爆发生的机理、分类、影响因素,总结出拉林铁路岩爆发生的时间、部位和强度等规律,为川藏铁路雅安至林芝段岩爆隧道工程建设积累了丰富的施工经验,提供了强有力的技术支撑。

5.软岩大变形隧道。拉林铁路加查至朗县段隧道穿越千枚岩等低强度岩体,受青藏高原频繁的内动力地质作用,局部地应力极高,导致隧道开挖应力重分布而产生的围岩蠕变现象加剧,软岩隧道大变形尤为严重,其初期开挖变形速率大、周期长,累计变形量大,一般可达数十厘米至数米,如支护措施不当,往往造成初支侵限开裂、钢架扭曲变形,局部地段甚至有坍塌风险。软岩大变形危害巨大,严重降低施工进度,影响建设期及运营期安全,后期整治困难且费用高昂。拉林铁路有藏噶、安拉、令达拿、朗镇二号、巴杰若、江木拉等6座软岩大变形隧道,其中江木拉隧道最大收缩变形超过30%,最大累计变形量达3155mm。关于软岩大变形看似一个老课题,有许多成熟的经验,但大都局限于常规的高地应力围岩条件,在西藏冈底斯山脚这种极高地应力条件下,以往的办法都会大打折扣。拉林铁路建设者针对不同隧道的大变形,在积极开展理论研究与施工现场实际对比分析的基础上,总结出“超前预加固+径向加固+刚性支撑+断面优化”的主被动综合变形控制技术,有效抑制了全线软岩隧道变形,为现场施工提供了可靠的技术支撑和保障。

6.有害气体。拉林铁路沿线侵入岩广泛分布,各次侵入岩(岩脉)与其围岩的接触部位,可能存在有害气体;熔岩、火山碎屑岩亦广泛分布,岩体裂隙中常有自深部上移出来的有害气体。在米林隧道横洞施工过程中就出现过不明气体,有害气体成分以硫化氢、二氧化硫、氮氧化物为主,体积浓度小于标准限值。经分析,米林隧道横洞有害气体是由于火山喷发时来不及散发的气体凝聚起来形成,相对富集的气体在后期的构造活动中通过断裂带运移在本区的构造破碎岩体中滞留。施工期间,拉林铁路建设者严格按瓦斯隧道进行管控,加强施工通风和超前地质预报,建立了有害气体自动监测、报警系统,对进洞设备全部进行了防爆改装,采用了防爆照明设施和防爆民爆物品,安全顺利的完成了隧道有害气体段落的建设。

7.隧道洞口危岩落石。拉林铁路沿线隧道洞口危岩落石发育,分布范围广,其中桑珠岭隧道出口、巴玉隧道进出口、安拉隧道进口、热当隧道进口、祝拉岗隧道进口危岩落石问题尤为突出。为保证施工及运营安全,设计阶段根据危岩落石分布情况,采取了局部清除、拦截、嵌补、支顶、设置主被动防护网等综合防治措施。运营单位介入后,对全线所有洞口危岩落石进行了全面排查,对20处洞口提出了补强加固措施。新增加固措施以接长明洞、增设边坡防护措施为主,其中边坡防护工程,因地形陡峭,需搭设超过100米的脚手架,大部分材料需要人工搬运,施工难度极大。

拉林铁路正线全长435公里,设计时速160公里,是西藏首条电气化铁路。自项目开工建设以来,拉林铁路数万建设大军始终以大无畏的精神和攻坚克难的英雄气概,不忘初心、砥砺前行,汇聚起战胜一切艰难险阻的拉林力量,攻克了高寒缺氧、生态脆弱、地质恶劣、灾害频发等诸多困难,在安全优质高效完成建设任务的同时,也为高原铁路建设破解严重地质灾害施工难题积累了大量经验。作为川藏铁路的重要组成部分,拉林铁路预计2021年建成通车,届时不仅将有效改善我国区域铁路网布局,还对带动沿线发展经济、改善民生、促进区内外互联互通等具有重要意义。

中铁五局承建的藏嘎隧道贯通后,建设者胜利会师热情相拥