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无言的丰碑(图)
工夫:2017-07-04 阅读次数:

无言的丰碑

——记胡麻岭隧道设计科研攻坚战

2017年6月19日一早,手机、电视、网络在10:29分前后险些都被统一条旧事刷屏了:兰渝铁路胡麻岭隧道领悟。

胡麻岭,一个因盛产胡麻而得名的冷静无闻的小山岭就此一鸣惊人。

让它在一夜之间众所周知的不是胡麻,而是短短的173米隧道。

便是这短短的173米,前后打了整整6年,均匀上去天天还不到8厘米,乃至缺乏一支烟的长度。

这关于曾经习气于不停缔造中国隧道掘进新记录的铁路建立者来说,几乎是无法蒙受之重。但这一次,面临胡麻岭“第三系富水粉细砂岩”这一罕有的天下性困难,除了一点一点地啃下这块“硬骨头”,曾经别无选择。

拦路猛虎特别地质的磨练

胡麻岭隧道是兰渝铁路的重点控制性工程,位于甘肃省定西市境内,全长13.61千米,此中有3250米穿越第三系富水粉细砂岩地层,也因而被列为全路的“头号重难点工程”。

我院负担着兰渝铁路甘肃段合计493千米的勘探设计事情,胡麻岭隧道正是事情的重点之一。

早在方案设计阶段,我院就曾经预见到了这种地层的庞大与难题。但在线路所经的定西盆地,这种地质组成普遍漫衍,基本无法逃避;而基于沿线政治及经济的综合考量,现在的线路走向又是独一的选项。为将这种不良地质的影响低落到最低水平,超前做了少量针对性事情。一方面线路只管以垂直形态经由这种地层,以使经过间隔最小;另一方面在隧道所经区域将勘察钻孔尤其是深达百米的深孔数目增添了一倍,以获得精确的地质材料。

现实上,我院周全、仔细的超前性事情获得了相称精确的功效,从2009年胡麻岭隧道最先正式掘进直到2011年遇到这只猛烈的“拦路虎”之前,两年工夫里无论是地质漫衍状态照样涌砂、涌水量,都在我院的展望局限之内。独一出人意料的是,预见到了“水”,也预见到了“砂”,却低估了“水”和“砂”叠加之后的恐惧。

正如施工单元常常说的一句话,“晓得这种地层很难,却没想到这么难!”

简直,“第三系富水粉细砂岩”这种地层极易遭到扰动的影响。随着施工的希望,围岩的失稳征象越发严峻,已开挖隧道掌子面的水稳性极差,一旦失稳极易发作突涌,一样平常在开挖2小时后外面最先渗水,4小时后外面最先硬化,6小时后最先活动,10个小时后曾经成为泥糊。

2011年8月,当1、2号斜井间仅剩最初的173米时,作业面涌出的泥砂像泥石流一样吞没了曾经修睦的隧道,工程进度第一次泛起了发展。

前国际工程地质与情况协会(IAEG)主席、西班牙马德里理工大学CarlosDelgado传授在调查兰渝铁路时曾说:“在这套地层中修隧道,天下上还没有先例,你们很了不得”。

见证隧道领悟

知己知彼周全勘探打根底

面临胡麻岭隧道的伟大应战,我院的工程手艺职员施展特有的“青藏铁路哨兵肉体”,坚强攻坚,勇敢创新,禁受了膂力、智力、耐力的重重磨练。

实在早在兰渝铁门路路计划之前,为建立最佳的线路方案,将不良地质的影响低落到最低水平,我院先落伍行了屡次大局限的方案比选。而由于全线地形、地质条件庞大,地区地质研讨水平对照低,可供行使的既有地质材料又很少,2006年1月初至2月尾,院又构造精锐气力,对线路所经区域举行了大局限的航测遥感判释和专题加深地质调绘事情。至同年上半年,顺遂完玉成线的初测地质勘探。

为了疾速查明胡麻岭隧道掌子面四周的塌方情形以及潜伏塌方危害的局限,甘肃勘探院接纳先辈的瞬变电磁法等物探手腕,以地表发作塌陷、冒顶的重点地区为中央,在线路纵向300米、左右各100米的局限内逐渐由内向内睁开高精度测试,精确查明晰胡麻岭隧道塌陷区的地层岩性、岩层分界限、空腔局限以及地下水埋深地层和空腔的赋水情形,为下一步评价管理及应急施工方案提供了精确、详确的第一手材料。

在工程手艺职员深化山区探查地质状态时,沿线正值严冬,田野事情职员需求住在暂且搭建的浅易帐篷里。室内没有取暖和装备,天天晚上起来被子乃至髯毛都结起了霜。条件更为艰辛的是必需长驻田野的钻探队员,山上没有水,而深孔钻探的用水量却很大,天天都要从几公里外的山下凿冰打水。部门孔位因条件所限没法修路,就只能完全依赖人力运送,乃至重达十几吨的钻机、钻具,也只能先行拆解后再人抬肩扛地一点点运到钻探现场,消费一线的休息强度和风险性都成倍地增添。

便是在如许重重难题之下,一线的工程手艺职员历经含辛茹苦,经过遥感解译、地质调绘,钻探、物探、原位测试及实验测试等综合方式,查明晰沿线区域的地层岩性、地质组织、特别岩土、不良地质、地应力、地动烈度分区及地下水等工程地质水文地质条件,为后续设计提供了牢靠根据,也为胡麻岭隧道的抢险和攻坚打下了坚固的根底。

梁文灏院士现场指点

标本兼治设计创新解困难

针对胡麻岭隧道面对的天下性困难,中国工程院院士梁文灏举行了全程手艺指点;并建立了以天下工程勘探设计巨匠、隧道专家李国良和地质专家、副总工程师李响为首的事情组;约请海内外专家屡次到现场调研指点;同时构造相干专业的手艺主干与中科院地壳应力研讨所、中铁东北迷信研讨院、北京交通大学、同济大学等科研院校展开深度互助,重点针对第三系砂岩水文地质条件与围岩稳固性干系、工艺工法等多项要害性手艺举行专题研讨和科研攻关。

而鉴于兰渝铁路的特别性和庞大性,兰渝公司和原铁道部在项目初期就赐与了高度存眷,决议以兰渝铁路为依托,在专长隧道建筑手艺、庞大地质条件下的隧道施工平安手艺步伐等方面举行一系列科研攻关。此中原铁道部科研项目共设13个子课题,中国铁建科研项目3项、我院科研项目5项,一切课题均由我院负担。

经过不停实验和研讨,我院周全掌握了第三系富水粉细砂岩的根本工程特征、围岩含水率转变与围岩稳固性的转变纪律,并在此根底上获得一系列严重手艺打破,确定了“重降水、密导管、强支护、辅注浆、快挖快支快封锁”的设计准绳和针对性施工方案,构成了一整套零碎的设计施工要害手艺,为工程建立提供了坚固的手艺支持。

胡麻岭隧道第三系富水粉细砂岩平安施工手艺研讨和水文特征研讨均属海内首创,部门课题处于国际手艺前沿。在应对庞大水稳特征方面,我院设计接纳“洞内超前真空+地表深井”综合降水系统,确保将掌子面的含水率控制在10%以下,其地表降水井的深度到达280米,为海内外所罕有;同时,凭据各掌子面含水率的差别,有针对性地选择接纳CRD、双侧壁法、双导洞、超前程度旋喷预加固、全断面帷幕注浆加固等差别的施工工法,确保了隧道的平安、牢靠施工。

领悟前的专项反省

攻坚克难共同施工见真章

在胡麻岭隧道的整个施工期,由中国铁路总公司牵头,构造建立、设计、施工、监理单元,建立五位一体的现场事情组入住洞内处理题目。我院经心选派地质、隧道专业的手艺主干,轮番长驻现场,天天进隧道检察施工情形,针对现场存在的详细题目实时制订处理方案,确保第临时间提供手艺支持。

为了周全掌握第三系富水砂岩庞大的水稳特征,手艺职员天天与现场施工职员一道据守在施工现场,每开挖一个循环都要取一次样;施工历程中每一个工序掌子面的转变情形都要细致纪录;日间在现场收罗完数据,早晨回到宿舍还要夜以继日举行剖析研讨。这种“5加2、白加黑”的事情方法,对他们来说曾经成为一种习气。

工夫不负故意人,经过对500余组实验数据和20多个模子的剖析和总结,工程手艺职员对第三系砂岩的根本工程特征和非常庞大的水稳特征有了更深入的熟悉,也为隧道设计施工提供了更好的手艺支持。

针对第三系富水粉细砂地段易发作突涌等险情的特点,我院手艺职员经由仔细研讨,吸取并美满在桃树坪等隧道施工中获得的乐成履历,提出对胡麻岭隧道剩余部门接纳九部双侧壁工法施工,即在增添暂且支护构造、进步构造全体稳固性的同时,将隧道开挖面分红九个小断面举行,若小断面中发作突涌,便于实时处置息争决,从而低落了泛起大范围突涌的危害,包管了开挖平安。

针对施工中泛起的部分涌水、涌砂情形,我院手艺职员凭据涌出物的特点(流塑状、稀糊状、流沙状、净水、浑水、水夹沙等),有针对性地接纳单液注浆、双液注浆、单液-双液夹杂注浆、埋管引排等步伐实时处置,并在处置历程中不停总结、优化、调解,逐渐构成了一套较成熟的部分突涌处置方案,确保下场部突涌处置的实时性和有用性。

仔细周密的手艺支持与效劳,为我院博得了建立、施工单元的分歧好评,院兰渝铁路指挥部也屡次取得业主的转达表彰及嘉奖。

隧道涌砂

釜底抽薪地表深井巧治“水”

胡麻岭隧道的第三系砂岩题目,归根结底最难的部门是对“水”的处置。

由于隧道所处地位的地下水位较高(位于隧道洞顶40米左右)、水量大,若是单纯接纳洞内超前降水的步伐,只能削减掌子面四周的含水率,施工中的涌水涌砂征象却无法获得根治,平安危害极大;若是要把水位降到仰拱以下,就必需接纳地表深井降水的方法。胡麻岭隧道砂岩地段的埋深多数在100米以上,最大达280米,而现在海内内在这种特别地层中跨越100米以上的深井降水极为少见,没有现成履历可以自创。

面临亘古未有的应战,我院构造资深专家和手艺主干举行专题攻关,一方面深化观察研讨、经心调解设计;另一方面和施工单元一同举行深井降水实验。井深从30米逐步加深,在100米以下时还对照顺遂,跨越100米当前难度逐步加大,在成井历程中不停泛起漏浆、塌孔、卡钻等征象,但没有一小我私家泄气,他们经过频频地实验和总结,不停调解施工工艺及设计方案,终于成功完成了深达280米的实验井。

在成井的那一刻,一切的手艺职员都感应无比冲动与骄傲,这一刻一切的支出都值了,由于他们再次缔造了汗青。

多管齐下工程抢险显真功

1#斜井工区正洞重庆偏向施工时,曾发作较大范围的突涌,若何包管突涌段施工时不再发作突涌、若何确定突涌后在隧道周边构成空腔的局限、若何包管突涌段的构造平安?成为摆在设计职员眼前的又一道伟大困难。

我院调集现场工程手艺职员和院各级专家举行屡次“会诊”,分专题睁开讨论,经过群策群力和深化研讨,终极确定接纳三种针锋绝对的处理方法来根治这一困难。

一是经过全断面帷幕注浆对涌出体及隧道周边围岩举行加固,同时对隧道周边能够存在的空腔也能起到肯定的回填作用;

二是接纳高密度瞬变电磁等先辈装备来探测空腔,终极确定了空腔的地位及形状;

三是经过接纳地表钻孔取芯等步伐,进一步探明该段的地质情形,同时经过盘算机软件模仿突涌段的构造受力情形,经频频盘算与比照,终极确定了最平安的构造参数。

但在施工历程中,又泛起了新的题目:由于空腔较大,无法经过单一的隧道内注浆回填密实,需在地表增设深孔注浆。为避免注浆历程中由于浆液重力缘故原由招致围岩压力增大而将隧道周边的脆弱围岩挤出,我院手艺职员对相干参数举行了再次优化;同时经过在地表增设降水井、在隧道两侧增设导洞的方法举行辅佐降水,以低落地下水能够对围岩形成的晦气影响。

经过多管齐下的针对性步伐,隧道的突涌征象获得控制,根本相符预期结果,为胡麻岭隧道的成功领悟缔造了条件。

在许多人的影象中,胡麻岭隧道领悟的那一霎时,永久地定格在喝彩的人群、招展的红旗和一张张热泪盈眶的面庞上。为了这一霎时,隧道建立者支出了整整8年的艰苦。

而作为它的勘探设计者,我院从2005年完成预可行性研讨讲述至今,曾经走过了整整十二个年龄。

聚光灯下,看不到普通俗通设计者的身影,他们更多地在现场喝彩的人群中,在办公室仍在高速运转的电脑前。但一座永久雕刻在中国隧道建立史上的胡麻岭隧道,曾经在大地上为他们面前目今了又一座无言的丰碑。

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