四个“全国第一”

 

　　辅助坑道规模位居全国第一

 

　　早古生界非煤有害气体逸出段落长度位居全国第一

 

　　五亿年前寒武系高地应力软岩在变形段落的长度位居全国第一

 

　　我国单隧穿越地质地层时空长度位居全国第一

 

　　建设重点

 

　　●聚焦软岩大变形主

 

　　动控制、穿越活动断裂带节段、富水岩溶超前地质预报、特长高瓦斯隧道通风及智能物流组织运输等开展科研攻关

 

　　已获得

 

　　●工法20项

 

　　●专利240余项

 

　　●科技进步奖12项

 

　　10月11日，四川境内的龙门山脉“洞心”深处，铺轨机牵引着铁轨，向阿坝方向行进。每落下一根长轨，距新纪录就更近一步。

 

　　飞驰的动车、不断延展的铁路线，正在改变中国。截至2021年底，全国铁路营业总里程已突破15万公里，位居全球第二；但在川西高原，还没有一寸铁路。正在建设的成兰铁路，将让铁路首次爬上川西高原。

 

　　成兰铁路被称作“超难在建铁路”，里程中64％是隧道，其中全线第三长、穿越龙门山断裂带的跃龙门隧道被视为“难上加难”。经过10年奋战，这条长约20公里的隧道于2022年4月实现双线贯通，这是我国铁路隧道第一次成功穿越巨大灾害性断裂带。

 

　　“洞穿”龙门山断裂带，背后有哪些奥秘？近日，记者来到成兰铁路跃龙门隧道。

 

 

 

　　从位于绵阳市安州区的铺轨基地，坐工程运输车出发，沿成兰铁路已铺好的轨道前行，过桥梁、穿隧洞，过了高川车站，就是跃龙门隧道的入口。与铺轨基地平坦开阔的地势不同，这里群山环绕，眼前的龙门山脉连绵起伏，一眼望不到头。

 

　　“这是成兰铁路高原铺轨段的起点。”中铁八局成兰铁路工程指挥部常务副指挥长张华说，从铺轨基地出来后，就一直在爬坡，整个高原段线路最大坡度为17.8‰，相当于一公里的里程海拔高差达17.8米。为了安全爬坡，运送长轨到铺轨现场的专列，运载的长轨要比平原状态下少二分之一左右。

 

　　从成都平原到川西高原，要翻越中国最长、最宽、最典型的南北向山系群体，因其“横断”东西向交通，故名横断山脉。复杂的地形、地质条件，综合构成了世界罕见的铁路建设之“难”。

 

　　中铁二院成兰铁路项目隧道设计负责人姜波介绍，成兰铁路地处青藏高原东部边缘，位于我国第二地貌阶梯（地面高程500—700米）向第一地貌阶梯（地面高程3000—5600米）急切过渡的高山峡谷区。线路横穿龙门山、岷山、西秦岭等山脉，先后跨越盆地区、中低山区、高山区、高原区。作为试验段率先建设的成川段，起于成都青白江，止于阿坝松潘，线路全长275.7公里，海拔从600米爬升到3200米，可谓一路“爬坡上坎”。

 

　　“难上加难”的跃龙门隧道难在哪？姜波脱口而出：“跃龙门隧道是成兰铁路第一座越岭隧道，而且是翻越川西的龙门山。”

 

　　这座双线隧道左右线单向里程约20公里，进出口海拔分别为981米和1327米，正处于成都平原区到川西高山高原区的过渡带，其穿越的龙门山断裂带是表现活跃的断裂带之一。

 

　　“跃龙门隧道堪称‘地质博物馆’。”姜波介绍，成兰铁路选线设计人员进行了超大范围的踏勘，摒弃了都江堰、江油等路线，选择从震害、不良地质相对较少的安州通过。即便这样，当龙门山1400米深处被“打开”，呈现在大家眼前的，是地震断裂带、断层破碎地带、岩溶富水段、高地温、高地应力、高瓦斯及硫化氢有毒有害气体、软岩大变形、岩爆等10余种不良地质，每一项规模与难度都极为罕见。

 

 

 

　　洞内，左线铁轨已经铺完，正在进行的是右线铺轨。从跃龙门隧道入口进洞，约5公里处即是穿越的龙门山断裂带，已经浇筑混凝土的隧洞壁下藏有乾坤。

 

　　姜波拿出了一张工程剖面图。从图上可以看到，隧洞横着穿过了断裂带，斜交形成约70度角。断裂带如果活动，会造成山体错位，相应地会让隧洞“折”断。如何让隧洞有韧性，适应山体一定程度的错位？“动物的脊柱由一段段组成，互相铰接，又能错位，它还是中空的，保护了脊髓。”设计人员从动物脊柱得到启发，有了“脑洞大开”的设计。

 

　　他们根据断裂带错动的概率，将受断裂带影响的170米隧洞，分成22个短节段分别建设，短节间留15厘米的变形缝，并用特殊的止水带进行铰接。这一设计赋予了隧道适应错动及转动的能力，山体错动值在80厘米以内，整座隧道的结构都不会发生大的破坏。这种在铁路隧道建设中短节段宽接缝的设计及应用，为世界首创。

 

　　这样的首创，在跃龙门隧道内不少。为应对龙门山特殊地质带来的软岩大变形，所采取的创新工法就是其中之一。

 

　　从2012年开始建设，中铁十九局成兰铁路工程指挥部指挥长王海亮就入驻项目部，已和跃龙门隧道较劲10年。他清楚地记得，2017年底，因为高地应力软岩大变形，隧道开挖的左线、平导洞以及右线同时变形加剧。“群洞效应”下，正在挖的一寸难进，已加固的也变了形，20厘米高宽的H型钢架，像麻花一样被扭曲折断。

 

　　既有工法全部失效，2018年1月到8月，没有一米掘进。成兰铁路公司、中铁二院、中铁十九局、北京交通大学积极开展科研联合攻关，结合跃龙门隧道高地应力软岩大变形特点，提出“主动控制大变形”理念，通过非爆开挖、超前探测地质、长短锚杆结合、双层强支护等方式，提前加固岩体，与变形“抢时间”，有效控制住了变形。

 

　　由中铁十九局与中铁二院联合研发的“高地应力软岩大变形两台阶带仰拱（短台阶）快速封闭成环施工法”被全面推广到全国铁路建设中，成为全路推广应用的针对大变形5种工法之一。该技术已获得中国发明专利授权2项、日本发明专利1项，整体技术成果达到国际领先水平。

 

 

 

　　跃龙门隧道的3号斜井门口，矗立着一块高大的纪念石，“龙门赋”镌刻其上，“昆仑练剑蜀水舞，心浇汗筑续天路”浓缩10年奋战艰辛。隆重“造石”，是为了致敬为成兰铁路跃龙门隧道建设作出奉献的每一位参建者。

 

　　“铁路隧道能成功‘跃龙门’，是多行业、多学科的智慧结晶。”成兰铁路公司成兰指挥部指挥长肖霞林感慨地说。为突破建设难题，成兰铁路公司组织设计单位中铁二院、中铁十九局、中铁五局等参建单位，与西南交通大学、山东大学、北京交通大学、中铁西南研究院等院校联合科研攻关，集纳多行业、多学科之长。

 

　　“解毒”就借助了矿山通风的办法。跃龙门隧道内瓦斯、硫化氢两种有毒有害气体同时存在，二者结合，轻则中毒，重则燃爆。毒气加上高温，成为一大“拦路虎”。由于龙门山的特别构造，这里的非煤地层附存于岩层表面，有毒有害气体难以用常规办法探测。在川煤集团派来专业通风队伍支援后，中铁十九局又根据铁路隧道建设实际，首创采取“主+局部”的隧道施工通风系统，创造性提出“以风定产”通风管理理念，根据隧道新风量科学分配并进行施工组织管理，在高瓦斯软岩大变形段，综合施工进度每月从10米提高到35米。

 

　　涌水在铁路建设中不少见，但跃龙门隧道的出水量特别吓人，钻炮眼时炸药放进去就被冲出来，得绑在钢筋上顶着放；雨季出水量每天达13万立方米，能装满68个标准游泳池。既要面对高涌水量，又要下穿高川河，建设者科学施策，和山东大学李术才院士团队合作，开展超前地质预报探测与灾害防治技术方面的研究，提前揭示前方未开凿岩石内的水压环境。课题“深长隧道重大突涌水灾害预测预警与风险控制关键技术”获得山东省科学进步一等奖，“深长隧道多源地质信息融合方法与突涌水动态调控关键技术及应用”荣获中国岩石力学与工程学会科技进步一等奖。

 

　　10年来，跃龙门隧道的建设者们重点聚焦软岩大变形主动控制、穿越活动断裂带节段、富水岩溶超前地质预报与灾害防治、特长高瓦斯隧道施工通风及智能物流组织运输等，开展科研攻关，通过建设已发表核心技术论文40余篇，获得国家授权专利240余项、省部级工法20项、各级科技进步奖14项。

 

　　业内评价说，跃龙门隧道的贯通，实现了复杂特长越岭隧道设计施工的新突破，为中国乃至世界高原山区铁路建设提供了宝贵经验。

 

 

　　10月9日，阿坝州茂县富顺镇上关村村民余学飞在自家开的农家乐忙碌。虽然受近期疫情影响，这一天农家乐人不多，但八九月花开的时节，从绵阳、成都等地前来的游客源源不断，一个月的收入有4万元。

 

　　花是百合花。上关村距成兰铁路茂县站直线距离仅1公里。紧邻交通大“动脉”，富顺镇规划以上关岷江百合花谷旅游风景区为基础，利用现有优势花卉资源和新农村景观，打造集花卉观光、农家体验、美食品尝、文化休闲、康养度假、亲子游乐等功能于一体的花卉主题特色精品村。余学飞的农家乐就是借这个东风搞起来的。

 

　　成兰铁路成都至川主寺段预计明年建成通车。尝到了“甜头”的余学飞，也谋划起了自家的旅游发展。“只搞餐饮太单一，现在百合花、向日葵等花卉品种也多了，得把房子改成民宿，让游客住得下来。”自家的房屋虽然房间多，但大多数不带卫生间，他筹划着多挣点钱，年底前开始改造。

 

　　不止余学飞，村里好几户村民已经行动起来，按照民宿标准新建房屋。

 

　　村党支部书记官德军也在谋划。“我们村种了70亩的花卉，今年已接待3万余名游客。”他说，现在重点是提升全村的接待能力，为游客提供吃、住、游、玩一体服务。接下来，村上将开展人居环境综合整治，稳步推进特色精品村打造，让村民不仅吃上“旅游饭”，更要吃好“旅游饭”。

 

　　除了发展旅游，发展仓储物流的规划也已提上议事日程。“成兰铁路是客货共线，送客又运货。”富顺镇副镇长刘波说，与上关村相邻的胜利村更靠近茂县县城，绵茂公路经过该村，附近还有客运站，镇上准备在这里选点，建设仓储物流中心。

 

　　茂县发展和改革局副局长高雪桃透露，成兰铁路通车后，位于国道247线和规划茂盐高速交叉点的富顺镇将跃升为交通枢纽地，茂县计划在这里建设物流园区。成兰铁路通车后，将带来人流物流的改变，高原县城正在为未来做准备。