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攻克木寨岭

 2017/10/04/ 06:55 来源:每日甘肃网-甘肃日报 每日甘肃网记者 王占东 韦德占 杨方铭

建设中的兰渝铁路。(资料图) 甘肃日报·每日甘肃网记者 盛学卿

  每日甘肃网记者 王占东 韦德占 杨方铭

  9月29日11时30分,伴随由兰州开往重庆的K4518次列车穿过木寨岭向岷县驶去,标志着兰渝铁路全线贯通。

  火车穿越木寨岭隧道只用了几分钟,但中国中铁隧道局集团攻克木寨岭的建设周期却整整用了8年。

  “台上一分钟,台下十年功。”对于兰渝铁路木寨岭隧道的建设,远非这样的话语所能表达。

  兰渝铁路木寨岭隧道是在被称为国内罕见、世界难题的极高地应力、软岩大变形地质条件下,经过科技攻关才建成的。它的建设有多难?专家说:比在豆腐块和松沙堆里打洞还难。

  为了攻克木寨岭隧道建设这一世界难题,中国中铁隧道局集团集合了全球目前隧道建设的最尖端技术,木寨岭隧道也是迄今人类铁路隧道建设最高科技的样本。为了它的建设,中国中铁隧道局集团兰渝铁路LYS-3标指挥部一分部经理陈强,把最美好的青春,包括人生中最美好的婚礼和两个孩子的出生,都留在了木寨岭上。

  不仅如此,为克服隧道不能使用盾构、无法进入大型装载设备拉运土方的困难,木寨岭隧道开挖班长赵文安,硬是带领着工友们用胶轮车将上万方砂土推出隧道。

  陈强、赵文安是中国中铁隧道局集团攻克兰渝铁路木寨岭隧道世界难题的两位代表。在兰渝铁路公司和中铁隧道局集团的带领下,参建木寨岭隧道的6000多名员工和数万劳务工一起,通过8年奋战,打通了兰渝铁路的控制性工程——木寨岭隧道,并一举拿下四项科技专利,挺起了人类隧道建设的新高峰,也锻造出了“环境艰苦,精神不苦;围岩软弱,意志不弱;地层流变,决心不变;钢架压弯,腰杆不弯”的木寨岭精神。

  比在豆腐块和松沙堆里打洞还难

  木寨岭隧道位于定西市漳县及岷县境内,海拔处于2390至3214米之间,隧道全长19.1公里,是兰渝铁路第二长隧道。隧道所处的特殊地理位置,导致了高寒缺氧以及暴雨、暴雪等自然灾害频发,特别是极高地应力软岩导致的隧道大变形给施工造成的困难超乎想象,被称为“国内独有、世界罕见”,被专家判定为“特极高地应力”,刷新了我国地应力等级极限。

  2009年2月开工不久,建设者便遭到“当头棒喝”!隧道进口开挖到300米时,遭遇到浅埋段,超强地应力爆发,隧道每天“收缩”变形10至20厘米,即使超常规支护,仍不起作用,倒“U”字形的钢拱架变形扭曲成“Z”字形,工字钢成了麻花钢,施工之艰难远超出预期。

  遇风即化、遇水即融,木寨岭隧道的脆弱地质完全颠覆了传统隧道施工打眼、放炮、出渣施工概念,打隧道被“抠隧道”所代替,常规机械威力顷刻失灵。隧道掘进中放弃炸药爆破,破碎机就像扎进橡皮泥、钻杆打进豆腐一样,工人们只能采用最原始的镐和锹,一锹一镐地往里抠,巴掌大的工作面变成一个“考古场”。为了稳定掌子面,锚杆作业时只能靠人工,8名壮汉齐上阵,在“嘿哟、嘿哟”的号子声中进行。由于围岩破碎,一半的锚杆塌孔,造成效率低下。

  陈强说:“打个比方说,我们从玻璃杯内打个洞,杯体还可能是不碎的,但是你要在纸杯里、豆腐块里或松沙堆里打个洞那是非常困难的,而木寨岭隧道比在豆腐块或松沙堆里打洞还难。因为木寨岭隧道深处的地应力高达38MP以上,这相当于蛟龙号在水下3800米承载的水压力,而与此同时,木寨岭700多米深的断层处形成了罕见的软岩大变形,人类迄今所积累的隧道开挖技术和施工技术已经在这里失效了!”

  木寨岭隧道成为兰渝铁路全线唯一动态设计、动态施工的隧道项目,警醒人们将面临一场惊心动魄的硬仗。

  木寨岭隧道建设为什么是世界难题?

  这是因为木寨岭隧址区域处于华北板块、扬子板块、塔里木板块及青藏板块的交界挤压地带,板块之间的相互运动形成了形态各异极其复杂的褶曲与断层束构造,地应力高、围岩强度低。

  陈强说,在19.1公里的木寨岭隧道中有10多处断层,F14断层是位于木寨岭隧道岭脊段的断层标号,深度达到700多米,是软岩大变形超乎设计方案的地段,超乎了迄今世界隧道开掘历史上既有的行业想象。当中国、德国、瑞典、日本等国家的专家团队亲临现场仔细观察后,又在F14断层段发现了断层中的断层。

  与国际同类隧道——奥地利阿尔贝格隧道(全长14公里)相比,兰渝铁路木寨岭隧道最大地应力是它的2倍,最大累计变形量是它的4倍。尤其是2015年进入岭脊地段以来,埋深在500米以上,5公里范围内断层长达2160米,占比43%,围岩应力比极低,仅为0.01至0.2。

  中国工程院院士王梦恕说道:“木寨岭隧道如此快、如此猛的极高地应力特大变形在中国铁路建设史上还是首例,全世界没有现成的技术方案可供参考。”

  据统计,木寨岭隧道自2013年8月进入岭脊段施工以来,27个月里左、右线累计进尺不足700米。月均不到13米的进度对于专业队伍中铁隧道局集团来说无异于“受辱”。

2016年7月19日木寨岭隧道贯通。(资料图)

  攻克世界难题,科研资料堆满120平方米的三居室

  为了破解这一难题,中国铁路总公司牵头成立由工程管理中心、建设、设计、施工、监理单位组成的“五位一体”重难点工程现场工作组,共同会诊、联合攻关。依托7号斜井开展为期一年半的科学实验,为正确认识和探明高地应力、支护参数等提供了详实的科学依据。

  2015年9月,专家论证研究后决定提前释放围岩应力,先采用大导洞施工,后改为小导洞施工,以便全隧道贯通后,再进行扩挖,形成稳定的围岩结构。

  最终,建设者探索出了三层初支加单层衬砌的“木寨岭模式”,隧道平均厚度1.6米,是普通隧道厚度的2倍;贯通段达到5层,厚度达到2.1米,是普通隧道衬砌厚度的3倍。经过7年多艰苦努力,建设者们终于攻克了这一世界难题。

  据粗略统计,木寨岭隧道开挖断面是普通隧道的3倍,用钢量是普通隧道的5倍,每米高达10吨,钢材强度达到极限。而隧道的形状也从最初的马蹄形变更为圆形,以便更好地受力,确保隧道结构安全。

  建设者开工以来组织召开专家论证会达89次之多,下发施工技术交底资料近6000份,这些资料足以堆满120平方米的三居室。在2700多个日子里,中铁隧道局集团6000员工没有一个退缩,大多数一直坚守到贯通。而不少农民工因受不了这里的苦和难,先后有2万人撤离。

  开展领先世界水平的6项科研攻关,获得多项科技专利

  “千淘万漉虽辛苦,吹尽狂沙始到金。”在全体参建人员齐心努力下,最终攻克了软岩大变形隧道施工的世界性难题,木寨岭隧道施工达到了预期效果。

  一是变形可控,通过超前导洞应力释放、多层支护、加大预留变形量等措施,初期支护侵限拆换量大大降低。二是多层支护结构共同受力,接触应力逐层减少。三是二衬背后接触应力及二衬混凝土结构应力均大幅度减小,新支护结构没有再发生混凝土开裂现象,结构安全得到了有力保证。

  在隧道的修建过程中,经过大量实践探索,建设团队积累了丰富的软岩大变形隧道施工技术和经验。建设、设计、科研、施工等单位共同开展了“木寨岭隧道围岩变形机理与控制技术研究”“木寨岭隧道软岩高地应力大变形地段支护结构研究”“木寨岭高地应力区支护结构检测及安全性评估”等6项科研攻关工作,获得了“一种用于隧道工程中准确测量围岩内部位移的方法”“用于拱架间纵向连接的U形装置”等四项专利。这些来之不易的最新成果,已在成兰、宝兰、西成等铁路项目,以及兰海、十天等高速公路项目中成功运用,为今后相关隧道施工建设提供了可资借鉴的经验。

  用胶轮车推出百万土方

  由于木寨岭隧道的极高地应力和极低围岩应力,该隧道建设的初设方案里就排除了隧道开挖常规方法——盾构法,打隧道被“抠隧道”所代替。

  2014年,在兰渝铁路木寨岭隧道这个世界级难题施工进入最关键时刻,52岁的赵文安被选中担任开挖班班长。因为赵文安于1999年从事隧道工作,担任开挖班班长已有18个年头,经验非常丰富。即便如此,当赵文安跑步来到兰渝铁路木寨岭隧道,面对“地质博物馆、世界难题、国内罕见、极高风险隧道”木寨岭时,他感慨地说:“打隧道几十年,如此复杂的地质条件还是首次遇到。”

  面对如此艰巨任务,赵文安带领全班60名职工团结一致,克服重重困难,奋战坚守3个年头没回家过春节,在小导洞的开挖中以月进100米和大导洞扩挖月进35米的成绩,名列木寨岭隧道项目各工区前列。在深入隧道的斜井施工中,装载土方的机车无法进入,工人们只能用小胶轮车一车一车将上万方的土方推到洞口开阔处的传送车带上,然后由传送带输送到装载机车上拉出来。

  在冬天,木寨岭隧道外气温低至零下30℃,但是在隧道内,由于各种大型机械设备同时作业释放的热量,却是高达40℃的高温,工人们要光着膀子施工。当工人从隧道走出来后,瞬间要经受从“酷暑”到严冬的转换考验。

扩拆支护施工。(资料图)

  把驻地当故乡,参加抗洪抗震救灾,就连办公室也让给了新农村建设

  开工以来,中铁隧道局集团员工与当地人民同甘共苦,结下了深厚的友谊。

  2013年7月,附近212国道因地震而坍塌。项目部第一时间组织员工和大型施工机械,全力进行疏通清理,短短数小时抢通梅川段,打通了生命救援大通道,并受命参加地方的抗震救灾,运送食品。

  2013年9月16日18时,天空中接连传来闷雷的炸响,鸡蛋大小的冰雹裹挟着雨滴从天空砸下来,暴雨来临,漳河水位急涨,30余户146名百姓被洪水围困。工区经理陈鹏接到地方政府救援电话,立即抽调5名党员骨干驾驶装载机、挖掘机直奔受灾现场,冒着随时都有滑坡泥石流的危险,苦战10小时至次日凌晨,一条长1.8公里、宽4米的泄洪渠被打通,灾情排除。群众安全回家,项目救援人员已悄然离开。在木寨岭隧道建设驻地的酒店村,像这样的事例有很多很多,已经在老乡们中间传为佳话。

  正是中央企业与地方形成的这种相互支援中结下的深情厚谊,使得木寨岭隧道建设也得到了地方政府及村民的大力支持。2014年6月,项目为隧道紧急排水犯愁时,地方政府得知此事,主动提出无偿共用新农村配套排水管网。2016年初,当二工区急需征用新的弃渣场时,当地政府只用半个月时间就完成了土地征用手续。速度之快,令建设者分外感动。

  说起这种央企与地方结下的情谊,中国中铁隧道局集团兰渝铁路LYS—3标指挥部党工委副书记曾宝成给记者讲述了一件更让人感动的事例。

  2013年,漳县有关方面认为,中国中铁隧道局集团兰渝铁路LYS—3标指挥部办公区的地势比较平坦、空间比较开阔、距离漳县火车站又比较近,就准备在这里选址建设小林村小城镇项目。

  当中国中铁隧道局集团兰渝铁路LYS—3标指挥部获悉地方政府这一想法和规划后,果断作出决定,把木寨岭隧道建设项目部搬迁到附近较狭窄的山坡上,把驻地留给了小林新村建设。

  央企和建设者的勇于担当赢得了当地政府和群众的理解和支持。

  兰渝铁路建设史上的木寨岭精神

  木寨岭隧道处于地震带上。2013年7月22日,岷县、漳县交界区域发生6.6级地震,地质极度脆弱的木寨岭隧道遭受重创,多个斜井洞身结构遭到严重破坏,多处脱落掉块、开裂鼓包,高地应力发生重新分布。地震造成混凝土拌和站、职工食堂等大面积开裂倒塌。

  8年来,建设者几乎年年遭遇严重的自然灾害,还要克服高寒缺氧、冰冻等极端天气。

  木寨岭平均气温6℃—7℃,冬季冰雪天气长达七八个月,最低温度零下35℃,长时间的冬季施工和极低的温度,对施工造成了诸多不利影响。尤其是1000多米的斜井几乎全部结冰,最厚达到60厘米,车辆根本上不来,只能靠装载机牵引。

  而800米的有轨斜井坡度高达44度,达到了45度坡度极限。由于结冰,工人们下井时根本站不住脚,必须先拴一条绳子,像攀岩一样往下爬。而运输矿车经常被冻住,不小心手碰到铁质扶手上就被粘住了。

  拌和站配备了发热系统,但管路还是经常冻坏,搅拌罐需要穿厚厚的“棉衣”过冬,混凝土要用热水搅拌,及时使用,否则很快就成废料。冬季各种机械设备的油箱尽管用电热毯保暖,但还是经常结冰,必须生火烘烤,而这是危险的,但没有其他更好的办法。

  木寨岭隧道施工过程中不断遭遇大规模涌水。2010年10月,隧道掌子面每天涌水量高达1600立方米,整个掌子面像水帘洞一样。当时隧道正处于碳质板岩破碎带,遇水即融,地质极为脆弱。为了确保安全,他们采用人工作业,开挖使用风镐一点一点剥下,出渣采用锄头和撮箕一点一点外运,整个作业“雨”中淋泡,苦战一个多月,终于安全度过涌水段。

  兰渝铁路的修建牵动着党和国家领导人的心。2013年8月,兰渝铁路木寨岭隧道施工最艰难的阶段,国务院总理李克强前往工地视察慰问。他对工人们说:“铁路对西部发展有重要意义。在西部山区修铁路非常艰苦,你们是用艰辛和努力为西部贫困人口打开致富大门。”

  总理的殷切嘱托和鼓劲点赞进一步鼓舞了建设者们的信心、决心和意志。

  “再苦再难都要拿下木寨岭隧道!”2014年底,时任中铁隧道股份有限公司党委书记何国平来到兰渝铁路LYS—3标一工区项目地调研木寨岭隧道建设时,被建设者在大山深处书写的央企担当精神所感染,他挥笔写出了兰渝铁路的木寨岭精神——

  “环境艰苦,精神不苦;围岩软弱,意志不弱;地层流变,决心不变;钢架压弯,腰杆不弯!”

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