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【科技日报】在黄土高原的稀泥里打隧道 “基建狂魔”再战世界级工程难题

时间:2020-07-13 08:20 来源:科技日报 作者:矫阳

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图为中铁二十二局技术人员在查验隧道衬砌质量检测信息线路。受访者供图
 
  近日,新建银(川)西(安)铁路跨董志塬区域,全长6.78公里的上阁村隧道贯通。
 
  上阁村隧道,最高含水率33%、纵坡25‰、最大埋深102米、出口最浅仅6米,为全线一级风险隧道,也是国内首座穿越最湿黄土稀泥的高铁隧道。
 
  特殊地理构造让施工风险极高
 
  银西高铁经毛乌素沙漠边缘,由南向北穿越世界规模最大的黄土塬董志塬,是国内首条修建在黄土层最长段落的有砟高速铁路。
 
  董志塬,是黄土高原最大的一块原面,号称“天下黄土第一原”。丘陵、髙塬沟壑纵横,黄褐铍褶,是我国湿陷性黄土分布的主要地区之一,湿陷厚度为10至33米。
 
  “上阁村隧道所处地质孔隙潜水明显,广泛分布于黏质黄土地层中。”中铁二十二局集团有限公司(以下简称中铁二十二局)项目部经理魏绍刚说,这样的地理特性,导致地质围岩极易渗水、软化变形、突发坍塌,以及地表沉陷、地下水流失等。
 
  特殊的地理构造,使上阁村隧道施工风险极高。魏绍刚说,隧道通过第四系黄土,堪称稀泥,含水率超高,高达33%,隧道开挖时极易发生沉降、变形,甚至出现突水、涌泥等灾害,并易发生多次坍塌,被称为“雨里挖掘、泥里支护,在淤泥里打隧道”。
 
  攻克罕见工程建设“拦路虎”
 
  业内专家表示,上阁村隧道地处的深厚富水黄土国内外罕见,是一道世界级工程难题,要面临软塑性黄土地区、穿越富水地层基底降排水、基底加固困难等三大挑战。
 
  一般隧道地质含水率低于20%,一旦超过24%就严重影响施工。资料显示,在含水率超过24%黄土层建隧道,最低月进度仅0.6米。
 
  如何在黄土厚度深数百米,地层含水率极高的黄土稀泥里建高铁隧道?
 
  面对三大挑战,中铁二十二局项目部成立技术小组,在建设单位的组织下,召集设计、监理单位及有关专家联合攻关。
 
  上阁村隧道出口段隧道埋深6至14米,埋深浅。受长段落浅埋慢坡以及黄土垂直节理发育等影响,围岩易出现变形、掉块,地表易产生沉降变形的工程病害。建设者通过对现场地质条件深入研究,经过反复比选,最终确定了采取洞内帷幕注浆的超前加固方案。
 
  针对富水地层基底降排水和基底加固困难的挑战,建设者连续攻坚克难。开展深孔地表注浆施工技术研究,总结形成了注浆浆液材料、注浆孔布置间距等注浆参数成果,将31%的地层含水率降至22%;采取基底袖阀管注浆加固技术进行基底加固处理等技术手段,攻克了多项难题。
 
  填补隧道修建技术6项空白
 
  “为同软弱松散的黄土斗争,不到7公里的隧道,竟设了4处斜井共10个作业面。”魏绍刚说,其中,单个作业面进尺仅200多米,可见这种黄土多么难“啃”!
 
  历经1370天的艰苦努力,这座穿越世界最厚黄土塬的隧道终于胜利贯通,为银西高铁后续线上施工扫除了障碍。
 
  建设单位银西铁路公司认为,上阁村隧道建设中的多项创新成果,都是隧道施工建设的首创,攻克了深厚富水黄土隧道安全修建技术难题。
 
  这些创新成果包括:首次系统开展了基础理论研究,揭示了深厚富水黄土地层的水稳性特征,为隧道设计和工程建设奠定了基础;首次提出了最佳矢跨比仰拱型式,提升了深厚付汇黄土隧道仰拱的抗隆起能力;首次采用了“防结晶、可维护”排水系统设计,有效解决了隧道排水系统运营期堵塞难题;首次研发了地表垂直深孔袖阀管精准靶向注浆技术,显著提高了地层注浆加固效果,实现了深厚富水黄土地层加固后月度80米以上施工效率,缩短了工期;首次采用了自主研制的隧检车,对全线隧道衬砌质量进行“全覆盖、全方位”检测,彻底消除了隧道衬砌质量缺陷;首次创建了隧道衬砌质量检测信息平台,实现了隧道衬砌质量全寿命周期的信息化管理。
 
  “上阁村隧道建设研究成果填补了国内外隧道修建技术6项空白,极大提升了我国铁路隧道整体修建水平。”银西铁路公司专家表示。
 
  银西铁路正线长618公里,设计速度为250公里每小时,是国家《中长期铁路网规划》中“八纵八横”高速铁路主通道之一,也是《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》“福银通道”重要组成部分。这条线路于2015年12月31日开工,计划2020年年底建成通车,届时,银川至西安将由现在的14小时缩短为3小时左右。

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标签:铁路 编辑: 孙玥