3公里挖了6年!中國超級工程違背自然規律,胡麻嶺隧道有多難修?

資訊     2021年07月16日
3公里挖了6年!中國超級工程違背自然規律,胡麻嶺隧道有多難修?

在近期熱播的建黨百年獻禮電視劇《理想照耀中國》中,單元劇《173米》的男主夏荔,大學一畢業就前往異鄉參與蘭溪鐵路工程的設計,為的就是能夠見上自己的父親一面。

當時整條鐵路接近完工,可卻因為其中的胡麻嶺隧道地質構成問題,導致施工緩慢。

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問題頻發遲遲沒有進展,夏荔提出一個解決方案後,帶領團隊再次開鑿隧道時,卻又突遇涌水塌方,兩年的工期付諸東流。

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心灰意冷的他找到了自己的父親夏付華, 一個將大半輩子都投入到祖國建設事業的測繪工程師。

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父子倆一個忙洞裡,一個忙山上,隔著工程最後的173米,相見無言。

胡麻嶺隧道是蘭渝鐵路的特長隧道群之一,位於甘肅省蘭州市榆中縣與定西市渭源縣交界處。

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起於榆中縣龍泉鄉的武家莊,途經胡麻嶺主峰、胡麻嶺梁所在的黑山鄉,終至渭源縣秦祁鄉白土坡村。

就是這麼一塊地,當時被德國工程隊斷定為絕對不可能挖通的土地,可中鐵十九局的勇士們卻不信邪,一次又一次地向自然發起挑戰。

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好在皇天不負苦心人,他們所揮灑下的汗水,最終點亮了深埋在泥土裡的奇蹟。

寸步難行的沙土

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胡麻嶺隧道穿越了黃土高原,該地段飽富細膩鬆軟的黃土顆粒,遇雨水侵蝕容易變形產生濕陷性黃土。

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這種土質會使得剛開挖不久的隧道,出現下沉斷裂的現象。

同時隧道內的圍岩結構主要由泥岩、砂岩夾泥岩、礫岩組成,均屬於Ⅳ、Ⅴ級圍岩,是穩定性最差危險係數最高的一批圍岩。

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綜合考量下來,胡麻嶺隧道的施工難度,便被各方專家院士定性為「國內罕見、世界難題」。

作業初期,施工團隊分別從蘭州方向入口,重慶方向出口,左右兩端4個斜井同時施工。

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逐步掘進隧道深處後,施工人員在3、4號斜井處發現了棕黃色粉細砂狀的土質,並且各作業口的掌子面開始出現大幅涌水的情況。

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尤其是3號斜井,水流呈噴射狀不受控制,周圍的沙土被稀釋成了泥漿,堵住了大半壁洞穴,工程自此被迫叫停。

通過後續的勘探,發現該土質屬於第三系富水粉細砂,平均含水量達到了20%以上。

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並且占據了整條隧道足足3250米的範圍,在各個作業口也均有錯綜遍布的痕跡。

土層中還夾雜著著大大小小的空隙,只要挖上一鏟子,便會使裡面的積水流出,侵蝕沙土。

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如此極端脆弱的地質結構,使得開挖工程陷入了寸步難行的境地,整個隧道內部被泥漿攪得一團糟,根本無法進行後續的支護搭建工作。

而且稍有不慎就會造成塌方,導致人員傷亡。

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首先要解決的難題,就是這隧道內流不盡的涌水。

施工團隊先是在3號斜井內採用了真空降水與注漿加固兩種手段,來扼制山洞裡的水位。

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可惜成效甚微,第三系富水粉細砂對於化學加固原料的吸收性和擴散性,都表現得特別差,每一小段的抽水工程都需要花費起碼半個月的時間才可能達標。

對於原先定下的工期而言,這樣的速度是遠遠不夠的。

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延續對隧道內進行「加固」與「降水」的思路,大家又在原方法的基礎上進行創新。

有專家提出了實施礦山法、新奧法、新意法三合一的加固方案。

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具體為斜井內部採用三台階臨時仰拱法,在各個斜井作業面以「自上而下」的三個台階順序開挖,令各台階形成環形受力。

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又在正洞內採用九部雙側壁導通法,將各個掌子面分為九個小部分。

每一部分都用鋼架搭建成環,依靠強力的支護措施來控制圍岩變形。

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至於降水方面,新增了淺埋段地表井降水法:

根據淺埋段(即隧道上部覆蓋層不足開挖斷面寬度2倍的地段)進行劃分,在各個作業面的前方與兩側地表,進行鑽井至地表以下,再用抽水機進行降水作業。

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新的三合一方案工程造價較低,安全性高,運行工期短。

最重要的是,使得原本固步不前的隧道開始有了進展。

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雖然每月只能推進8-10米,但卻大大增強了工人們的信心,所有人都重新在這片黃土中看到了希望。

最後的173米

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隧道的開挖工程正緩慢而穩定地進行著,1、2號斜井區域首先掘進了土層的高壓富水深埋段落。

2011年8月下旬,位於1號斜井掌子面左側的泥沙,開始不受控制地湧出,每天可達到160立方米。

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又過了一個月時間,2號斜井處的情況更不容樂觀,正洞掌子面的沙土湧出量,達到了每天5000立方米的驚人數字。

現場施工人員緊急設置擋泥壩、紙漿牆,但都無濟於事。

水混泥沙,隧道里又重新變回了一片汪洋。

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挖掘的腳步再一次停下,工人們重新投身到隧道內部的清理工作當中。

在長達兩年左右的時間裡,總計清除掉沙土約5萬立方米,泥漿約15萬立方米,地下水更是達到了可怕的80萬立方米。

直至2013年,清理工作才基本宣布告捷。

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可所有人都不敢在這個節骨眼上鬆一口氣,隧道每天的掘進速度太緩慢了,像是在與自然賽跑。

我們面對著源源不絕的地下水,怎麼都落後了一節。

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此時專家們已經意識到,咱們現有的抽水設備,已經無法適應更深層地段開挖工作的需求量了。

基本上每個作業面都已經掘進了至少150米以下的深埋段落,面對著大量的第三系富水粉細砂,不管在哪兒鑽井,都可能會出現塌孔、卡鑽等窘境,成井率微乎其微。

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但工程設計師們都不想就此放棄,他們向寧夏某軍區的給水團求助,然後使用上了更加先進的鑽井設備。

再經過長達兩個月的反覆試驗,付出了數個廢井為代價,不斷更換注漿配方,終於打通了一眼深達180米的降水井。

25天後,成功見證了第一股清泉噴涌而出。

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這股水流像是給工人們打響的戰鼓,所有工人的鬥志都愈發地昂揚,各個作業口的掘進進度也實現了大跨步,平均每月都可成功掘進15米左右,5號斜井更是做到了每月27米的速度。

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直至2014年5月30日,斜井加正洞的掘進已經超過了13000米,相比較兩三年前,足足高出了兩倍的效率。

中鐵十九局的技術人員、施工團隊、和後勤崗位,幾乎都看到了胡麻嶺隧道勝利在望。

但老天卻對他們開了個並不幽默的玩笑。

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在2015年,隧道僅剩下最後的173米就可竣工時,誰也沒料想到1號斜井會再度突發大規模突水涌泥,並來勢洶洶地沖向了隧道後,已經噴射加固好的數千立方米圍岩。

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隧道在頃刻間產生了大面積塌方,泥漿支護混雜在一塊衝出了十多米,地表上也出現了大規模的塌陷洞穴。

經過這一遭後,初步估計約整整兩年的工期毀於一夕。

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災後經過技術人員的分析,胡麻嶺隧道1號斜井區域以第三系砂岩為主。

該岩層呈粉細顆粒結構,成岩性差、水性複雜,是一種特殊工程性質的岩層,也是導致胡麻嶺隧道內多次大型突泥涌水的元兇。

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當時整條蘭渝鐵路全長886公里,總共396座橋樑和225條隧道皆已全部竣工,卻還遲遲不能全線通車,就是因為卡在這胡麻嶺隧道的173米。

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2015年夏天,德國的隧道施工團隊自帶設備來到咱們的胡麻嶺,但卻在施工一段時間後選擇放棄離開,並宣稱「不可能在這種地層中打通隧道」。

難道我們中國人也要在這173米麵前放棄了嗎?

隧道里的逆行者們

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胡麻嶺隧道於2009年初春正式開工,如今已經耗去了中鐵十九局的戰士們整整六年多的光陰。

在這六年間,他們背井離鄉,成日穿梭在暗無天日的土層隧道里,不知外面的日月更替斗轉星移,曾暴曬在烈日下,也曾行走在寒風中。

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在胡麻嶺這兒,一次又一次地被自然擊垮,再重新站起來,他們的內心可曾不安過、後悔過、崩潰過?或許這一切情緒的潮起潮落,只有他們本人最為清楚。

我們能看見的,只有他們在面對自然的拷問時,選擇逆行再闖隧道。

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針對1號斜井處這塊棘手的「爛豆腐」,工程技術人員展開了多次實地勘探,進行過多番考究驗證,最終選擇採取全斷面帷幕注漿加固的手段,來填補岩土體中的裂縫或者孔隙。

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該技術能將凝固用的漿液,通過液壓或者氣壓的方式,注進特設的注漿鑽孔,使得各孔中的注漿體相互搭接,形成一道類似帷幕的混凝土防滲牆,用於截斷水流。

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同時增設泄水洞,來輔助接近岩性接觸帶地段的降水減壓。

經過一段時期的作業實驗後,證實了在這兩種措施的相輔相成下,隧道的開挖過程變得十分順利,工人們的生命安全也得到了保證。

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最終於2017年6月19日,胡麻嶺隧道宣布正式竣工。自此,蘭渝鐵路也實現了全線貫通。這場與自然的鏖戰,終究是由我們取得了勝利。

3公里挖了6年!中國超級工程違背自然規律,胡麻嶺隧道有多難修?

改革開放以來,有一部分人向城鎮走去,另一部分人則拿起鏟子走向了大山。

我們的祖國山河萬里,地大物博,鐵路就是用來連接這大江南北的渠道。

3公里挖了6年!中國超級工程違背自然規律,胡麻嶺隧道有多難修?

正因這一批又一批的基建工作者們,不畏艱辛地跋山涉水,不屈不撓地開疆擴土,中國各項發展的齒輪才能環環相扣,以此轉動。

3公里挖了6年!中國超級工程違背自然規律,胡麻嶺隧道有多難修?

在這一次胡麻嶺隧道的項目中,他們向國人,向世界展示了智慧與創新,不愧對於「基建狂魔」的名譽。