中國圍巖掘進難度最大鐵路隧道貫通 攻克哪些技術難題

3月28日，歷經14年艱難掘進，全長13.39公里、被業內認為我國圍巖掘進難度最大鐵路隧道，即中緬國際大通道重要組成部分——大(理)瑞(麗)鐵路杉陽隧道安全貫通。

這條全長僅13.39公里的隧道，建設為啥長達14年?攻克了哪些技術難題?

杉陽隧道位于云南省大理州永平縣境內，全長13.39公里，地處瀾滄江斷裂帶，共穿越橫斷山區6條大型斷層破碎帶。地質極其復雜活躍，為一級高風險隧道。最后200米圍巖，經國內專家組評審為VI級，是我國在建圍巖掘進難度最大、安全風險最高的鐵路隧道。

中鐵二十三局大瑞鐵路項目部現場施工負責人劉相貞告訴記者，自2008年開工以來，“掌子面失穩、涌水突泥、軟巖大變形”等世界級隧道掘進難題先后出現，背斜、向斜、斷層、逆斷層等不良地質層出不窮。

“隧道日涌水量最高峰時突破3.8萬立方，可蓄滿20個標準游泳池，14年來，施工僅抽水泵就用壞了近1500臺。”回憶起處理最高峰涌水的時刻，劉相貞至今仍心有余悸。

不僅如此，隧道內含氧量不足6.1%，濕度接近100%，隧道最前端的掌子面環境溫度常年保持在42攝氏度以上。

可怕的還有高應力帶來的驚險。

“隧道距離山頂僅1公里，在高地應力的作用下，隧道最高時相當于每平方米2000噸壓力，從而造成軟巖大變形單點變形量達1.2米，連續變形區段達2000米以上。”劉相貞說，即便采用雙層大型鋼拱架進行支護，巨大的高地應力還是將拱架扭曲變形折斷，同一段落最多時甚至連續3次更換拱架。

整個隧道累計換拱3公里以上，在國內外十分罕見。

極端惡劣的地質條件和高溫、缺氧等施工困難疊加，每向前掘進1米都異常艱難。

更難的還在后面。當掘進至最后200米時，杉陽隧道遭遇到更極端惡劣的地質。

“穿越了侏羅系中下統薄層狀頁巖、泥巖夾砂巖區。受高地應力和構造影響，剩余段地質揉皺發育、圍巖破碎、自穩性差，局部富水，隧道進出口兩端掘進掌子面失穩溜坍、涌泥、擠壓性大變形等問題頻發。”劉相貞說。

為攻克杉陽隧道施工中遇到的世界級掘進難題，國鐵集團協同業內部門單位專家和參建各方，多次組織專家為隧道掘進難題“把脈會診”，研究制定了以“防溜坍、控變形、止涌突”為核心的施工策略。最后200米最難段，則確定了以安全推進為前提、以超前預報為核心、以綜合施策為保障的“加強版”施組方案。

“針對六級圍巖特殊地質，現場采用了‘三臺階預留核心土開挖法’創造多個平行作業面，盡可能減小掌子面溜坍風險，結合超前地質探孔出水情況，適時啟動帷幕注漿等堵水加固措施。”劉相貞說。

專家表示，杉陽隧道的貫通為我國今后再建同類地質條件下的鐵路隧道，積累了豐富的技術經驗。據了解，目前項目部已申報《一種適用于高地熱隧道的降溫裝置》、《一種適用于長隧道施工的通風結構》等六項專利，完成工法兩項、12篇論文。

大瑞鐵路全長約331公里，是我國《中長期鐵路網規劃》中完善路網布局和西部開發的重要項目，建成后將結束云南保山、德宏等少數民族聚居區不通火車的歷史，屆時大理至保山將由目前公路運輸的2小時縮短至1小時左右，大理至瑞麗將由6小時縮短至2小時左右。按照計劃，隨著杉陽隧道的貫通，大理至保山段有望于年底開通運營。(科技日報記者 矯陽 趙漢斌)

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