來源:經濟日報
經過拉林鐵路建設者長達64個月的艱苦奮戰,川藏鐵路拉薩至林芝段(拉林鐵路)米林隧道、巴玉隧道、藏噶隧道等7座控制性隧道相繼貫通。至此,拉林鐵路全線216.5km隧道全部順利貫通,為項目開通奠定了堅實的基礎。
藏嘎隧道
拉林鐵路地處青藏高原東南部,沿青藏高原岡底斯板塊與喜馬拉雅板塊之間的雅魯藏布江縫合帶行進,先後16次跨越雅魯藏布江,全線新建隧道47座 216.5km,佔線路總長的53.69%,其中10km以上的特長隧道6座,5km以上的長大隧道15座。線路90%以上的路段位於海拔3000米以上的高原地區,高寒缺氧,交通不便,自然條件惡劣。沿線山勢異常險峻,溝谷深切,是我國地殼運動最強烈的地區之一。因板塊之間的強烈擠壓,地質構造極其發育,淺表地貌改造頻繁,滋生出崩塌、滑坡、泥石流、地震、危巖落石、凍害、高陡巖質岸坡、有害氣體等大量特殊及不良地質,尤其是隧道風積沙、富水冰磧層、高地溫、極高地應力巖爆、軟巖大變形等對工程建設影響極大,一些高強地質災害的風險程度國內外罕見。
1.風積沙隧道。風積沙是青藏高原拉薩河谷和雅魯藏布江河谷一種獨特的地形地貌。高原風積沙分布區域廣泛,且積沙厚度大,成因特殊,季節性流動變化較大,鐵路選線設計難以避讓。拉林鐵路全線共有7座隧道穿越風積沙地層,尤以嘎拉山隧道、熱當隧道及米林隧道最為典型,其中嘎拉山隧道穿越風積沙長度267米、最大埋深70米。與沉積沙相比,風積沙結構鬆散,自穩性極差,沙子稍一觸動就發生坍塌,隧道穿越風積沙地層,傳統施工方法受到嚴峻挑戰,溜坍風險極高,按以往經驗隧道施工幾乎無法進行。拉林鐵路建設者結合高原地區風積沙隧道特定的成因及其工程地質特性,反覆試驗探索,創新研究出風積沙隧道設計施工的工藝工法,形成了風積沙隧道施工的成套技術和風積沙隧道洞外延伸區域防風固沙技術,成功穿越風積沙地段。
2.高地溫隧道。拉林鐵路高地溫隧道10座,地段總長30.19km。其中桑珠嶺隧道穿越沃卡東緣溫泉斷裂帶,最高巖溫達89.3℃,為國內鐵路隧道最高巖溫,在世界範圍也屬罕見。隧道高地溫直接導致炮眼溫度、環境溫度、設備溫度的升高,降低設備工作效率,縮短材料使用壽命,損害人身健康,爆破作業要求極高,對支護結構的耐久性及穩定性也有較大影響。為解決這一難題,拉林鐵路建設者積極組織開展科研攻關,採取物探加鑽探相結合的方法精確預測預報洞內高地溫;通過洞內熱交換及溫度場分布規律分析,研究出洞內環境降溫的理論計算方法,分析制定出通風降溫、冰塊降溫、灑水降溫等具體措施的最優組合,形成了高地溫隧道洞內綜合降溫技術;針對高地溫隧道特點開展爆破器材適應性研究,研發適用於不同溫度範圍的爆破器材;研究隧道襯砌混凝土施工工藝工法,有效減少因溫度應力變化引起的混凝土強度降低、產生微裂縫等耐久性問題;制定運營期根據洞內實測溫度控制運營通風頻率、功率的標準,有效控制洞內溫度,改善洞內環境,避免高溫對運營機電設備的影響。
3.冰磧層隧道。拉林鐵路全線有6座隧道洞身穿越富水冰磧層,總長達2.48km,尤以藏噶隧道(冰磧層長度960米)、米林隧道(冰磧層長度490米)最為突出。冰磧層又稱冰水堆積層或冰川堆積層,是一種冰川運動後冰雪融化之冰水在靜水環境作用下的堆積物,是一種高海拔地區特有的冰川運動形成的漂(塊)石、卵(碎)石土夾砂層的混合體堆積物。富水冰磧層段細顆粒物質極易隨地下水流失,導致突水突泥地質災害,嚴重威脅隧道施工安全,影響施工進度。穿越冰磧層段突水突泥防治的前提是要超前探明前方圍巖地質特性,關鍵是科學確定超前預加固措施。超前鑽孔及注漿機械設備的選型,則直接決定超前預加固的成敗。對此,拉林鐵路建設者通過組織現場實地踏勘和研究,根據不同類型冰磧層圍巖特性,綜合確定超前預加固措施及施工設備,對富水地段採取帷幕注漿、無水地段採取大管棚+超前小導管及周邊小導管注漿+型鋼拱架支護相結合的措施,加強超前支護及洞內防排水措施,強化初支、基底處理方案等措施,有效保證了拉林鐵路冰磧層段隧道施工安全及進度。
4.巖爆隧道。巖爆是指處於埋深較大、地應力較高地區的花崗巖與閃長巖等硬質巖體,由於工程開挖等活動導致其內部儲存的應變能突然釋放,或原來處於極限平衡狀態下的巖體由於外界擾動作用,開挖臨空面圍巖塊體以猛烈的方式突然彈射出來或脫離母巖的動態力學現象。西藏高原是亞洲板塊與印度板塊擠壓隆起形成,這一區域的地應力極高,實測最高地應力超過70MPa,而拉林鐵路部分隧區圍巖主要為花崗巖、閃長巖等硬脆性巖體,在高地應力條件下,隧道巖爆頻發,嚴重威脅著作業人員及機械設備的安全,影響著工程進度。拉林鐵路全線預設計巖爆隧道共20座,總長125km,實際開挖揭示發生巖爆的隧道14座,地段總長超過50 km,其中尤以巴玉、桑珠嶺、崗木拉山隧道最為典型,其巖爆發生的強度、頻率和形態多樣性均為世界罕見,單次最長持續時間達20餘小時。巖爆防治的前提是對其進行有效的預測預報,而巖爆預測預報是一項世界性難題。拉林鐵路創新採用強度應力比和微震監測兩種方法進行巖爆預判,兩種方法有效結合後預報的準確率可達70%以上,為巖爆防治提供了有效依據。拉林鐵路建設者通過科研攻關和以往國內外施工經驗總結,採用「主動釋放應力+超前加固圍巖+柔性支護封閉」的主被動巖爆綜合控制技術;建立巖爆安全防護體系,確保了人員及機械設備安全,取得了良好的效果。結合拉林鐵路巖爆隧道特性及施工經驗,分析了隧道巖爆發生的機理、分類、影響因素,總結出拉林鐵路巖爆發生的時間、部位和強度等規律,為川藏鐵路雅安至林芝段巖爆隧道工程建設積累了豐富的施工經驗,提供了強有力的技術支撐。
5.軟巖大變形隧道。拉林鐵路加查至朗縣段隧道穿越千枚巖等低強度巖體,受青藏高原頻繁的內動力地質作用,局部地應力極高,導致隧道開挖應力重分布而產生的圍巖蠕變現象加劇,軟巖隧道大變形尤為嚴重,其初期開挖變形速率大、周期長,累計變形量大,一般可達數十釐米至數米,如支護措施不當,往往造成初支侵限開裂、鋼架扭曲變形,局部地段甚至有坍塌風險。軟巖大變形危害巨大,嚴重降低施工進度,影響建設期及運營期安全,後期整治困難且費用高昂。拉林鐵路有藏噶、安拉、令達拿、朗鎮二號、巴傑若、江木拉等6座軟巖大變形隧道,其中江木拉隧道最大收縮變形超過30%,最大累計變形量達3155mm。關於軟巖大變形看似一個老課題,有許多成熟的經驗,但大都局限於常規的高地應力圍巖條件,在西藏岡底斯山腳這種極高地應力條件下,以往的辦法都會大打折扣。拉林鐵路建設者針對不同隧道的大變形,在積極開展理論研究與施工現場實際對比分析的基礎上,總結出「超前預加固+徑向加固+剛性支撐+斷面優化」的主被動綜合變形控制技術,有效抑制了全線軟巖隧道變形,為現場施工提供了可靠的技術支撐和保障。
6.有害氣體。拉林鐵路沿線侵入巖廣泛分布,各次侵入巖(巖脈)與其圍巖的接觸部位,可能存在有害氣體;熔巖、火山碎屑巖亦廣泛分布,巖體裂隙中常有自深部上移出來的有害氣體。在米林隧道橫洞施工過程中就出現過不明氣體,有害氣體成分以硫化氫、二氧化硫、氮氧化物為主,體積濃度小於標準限值。經分析,米林隧道橫洞有害氣體是由於火山噴發時來不及散發的氣體凝聚起來形成,相對富集的氣體在後期的構造活動中通過斷裂帶運移在本區的構造破碎巖體中滯留。施工期間,拉林鐵路建設者嚴格按瓦斯隧道進行管控,加強施工通風和超前地質預報,建立了有害氣體自動監測、報警系統,對進洞設備全部進行了防爆改裝,採用了防爆照明設施和防爆民爆物品,安全順利的完成了隧道有害氣體段落的建設。
7.隧道洞口危巖落石。拉林鐵路沿線隧道洞口危巖落石發育,分布範圍廣,其中桑珠嶺隧道出口、巴玉隧道進出口、安拉隧道進口、熱當隧道進口、祝拉崗隧道進口危巖落石問題尤為突出。為保證施工及運營安全,設計階段根據危巖落石分布情況,採取了局部清除、攔截、嵌補、支頂、設置主被動防護網等綜合防治措施。運營單位介入後,對全線所有洞口危巖落石進行了全面排查,對20處洞口提出了補強加固措施。新增加固措施以接長明洞、增設邊坡防護措施為主,其中邊坡防護工程,因地形陡峭,需搭設超過100米的腳手架,大部分材料需要人工搬運,施工難度極大。
拉林鐵路正線全長435公裡,設計時速160公裡,是西藏首條電氣化鐵路。自項目開工建設以來,拉林鐵路數萬建設大軍始終以大無畏的精神和攻堅克難的英雄氣概,不忘初心、砥礪前行,匯聚起戰勝一切艱難險阻的拉林力量,攻克了高寒缺氧、生態脆弱、地質惡劣、災害頻發等諸多困難,在安全優質高效完成建設任務的同時,也為高原鐵路建設破解嚴重地質災害施工難題積累了大量經驗。作為川藏鐵路的重要組成部分,拉林鐵路預計2021年建成通車,屆時不僅將有效改善我國區域鐵路網布局,還對帶動沿線發展經濟、改善民生、促進區內外互聯互通等具有重要意義。
中鐵五局承建的藏嘎隧道貫通後,建設者勝利會師熱情相擁