穿越多處地震帶、溫泉群，世界第七長大隧道——大瑞鐵路高黎貢山隧道正攻堅

中國最長鐵路隧道這樣建

高黎貢山隧道進(jìn)入全面施工階段。（饒斌 攝 制圖：郭 祥）

“隆隆隆”，幽暗的高黎貢山隧道里，機(jī)身抖動、噪音震耳，“彩云號”硬巖掘進(jìn)機(jī)猶如一頭吞砂噬巖的巨獸，埋頭向前，無堅不摧。

這是中國最長鐵路隧道的施工現(xiàn)場。從今年2月1日“彩云號”啟動以來，一路挺進(jìn)，從未卡刀，不僅成功穿越第一個地層交接涌水帶，而且即使算上磨合期，其掘進(jìn)效率也比同工區(qū)的進(jìn)口裝備高出不少。

“34公里的長大隧道，穿越地震帶、地?zé)崛?，如果采用傳統(tǒng)鉆爆法施工，每一寸都是煎熬，而進(jìn)口硬巖掘進(jìn)機(jī)貴得讓人望而生畏。”中鐵隧道局集團(tuán)大瑞鐵路項目部項目經(jīng)理張建設(shè)說，有了中國自主研發(fā)的“彩云號”硬巖掘進(jìn)機(jī)，施工效率成倍提高，“從大直徑硬巖掘進(jìn)機(jī)的核心技術(shù)被我們掌握的這一刻起，中國鐵路長大隧道項目的機(jī)械化施工不再受制于人！”

“三高”猶如攔路虎

需穿越地?zé)釡厝习偬帯鄬悠扑閹?6個、巖爆區(qū)段約2公里

怒江西岸，橫斷山脈最西部，高黎貢山猶如滇西翡翠，寧靜而耀眼。驅(qū)車盤山而上，千巖競秀，云蒸霞蔚，世界第七長大隧道、亞洲最長鐵路山嶺隧道、中國最長鐵路隧道——云南大瑞鐵路高黎貢山隧道工地就在山中。

大瑞鐵路，起于大理，止于瑞麗，設(shè)計時速僅140公里，全長不過330公里。如果僅從長度、速度來衡量，它似乎只是中國鐵路版圖中微不足道的一處“短橫”。

然而，大瑞鐵路的價值卻不容忽視。大瑞鐵路沿線有白、彝、回、傈僳、苗、納西等10多個少數(shù)民族聚集區(qū)，建成后，大理與瑞麗的通行時間將從現(xiàn)在的六七小時縮短至約3小時，保山、德宏等滇西南地區(qū)也將結(jié)束不通火車的歷史。大瑞鐵路也是聯(lián)通中緬國際鐵路中國境內(nèi)的“最后一段”，昆明至瑞麗實現(xiàn)朝發(fā)夕至，也有利于推動我國與東南亞國家交流合作。

作為脫貧致富線、民族團(tuán)結(jié)線、國際合作線，大瑞鐵路的建設(shè)刻不容緩，而34.5公里的高黎貢山隧道就是這條鐵路繞不過去的攔路虎。作為我國第一條穿越橫斷山脈的干線鐵路隧道，高黎貢山隧道僅進(jìn)口段就穿越18種巖性、12條斷層，出口段則穿越8種巖性、7條斷層，即便24次選線、3次完善設(shè)計，目前仍需面對世界級的“三高”挑戰(zhàn)。

高地?zé)?。隧道地處活躍的地?zé)崴h(huán)境，有4條導(dǎo)熱斷層，堪稱高溫?zé)岷?yán)重。“周邊有溫泉上百處，深孔鉆探實測地下水溫最高達(dá)102攝氏度，足以使施工現(xiàn)場像桑拿房一樣難熬。”中鐵隧道局大瑞鐵路項目部總工程師司景釗介紹，此前中國還沒有成熟的高溫環(huán)境下隧道施工技術(shù)綜合方案，“如何減少熱水對隧道施工和結(jié)構(gòu)的影響，如何開展高溫水環(huán)境下的注漿堵水技術(shù)，如何保證高溫環(huán)境下混凝土施工質(zhì)量，以及如何降低高溫環(huán)境對人員、設(shè)備的不利影響，這些都是前所未有的難題。”

高地應(yīng)力。高黎貢山隧道最大埋深1155米，應(yīng)力集中，容易發(fā)生輕微或中等巖爆。“高黎貢山位于印度板塊與歐亞板塊的碰撞縫合帶，山里每一塊巖石都算得上‘壓力山大’，而且越是深埋的區(qū)域，壓力就越大。一旦打破了原本的受力平衡，巖石就可能爆炸，對施工裝備和人員的損害難以估量。”司景釗預(yù)測，全隧有可能發(fā)生巖爆的區(qū)段累計總長度約2公里。

高地震烈度。隧道位于滇西南地震帶，地震活動強(qiáng)度非常大，頻度高，僅斷層破碎帶就要穿越16個。“高黎貢山隧道所處區(qū)域是地質(zhì)監(jiān)測的重中之重，稱得上‘地質(zhì)博物館’，施工難度極大，風(fēng)險極高，具有很強(qiáng)的挑戰(zhàn)性，因此修成高黎貢山隧道將極大地完善和提高我國隧道修建技術(shù)。”中國工程院院士盧耀如說。

“大國重器”是支撐

過去想做沒做成、一些外國企業(yè)還不給我們做的，中國人自主研制成了

工欲善其事，必先利其器。世界級工程，必有“大國重器”支撐。

“受高黎貢山地質(zhì)條件制約，采用傳統(tǒng)鉆爆法施工，8公里就是極限。要想高質(zhì)量、高效率地完工，必須有大型的硬巖掘進(jìn)機(jī)挑大梁。”中鐵隧道股份有限公司黨委副書記李華坤說。

硬巖掘進(jìn)機(jī)，英文縮寫TBM，是集機(jī)、電、液、氣、激光、傳導(dǎo)、測量、預(yù)報于一體的高技術(shù)含量工程裝備，被譽(yù)為“地下工程施工的航母”，能夠解決長距離、復(fù)雜地層條件下人工鉆爆法無法完成的山嶺隧道施工難題。

硬巖掘進(jìn)機(jī)的另一大優(yōu)勢，則是施工污染低、地層擾動小，能夠最大程度保護(hù)生態(tài)環(huán)境。高黎貢山是三江并流世界自然遺產(chǎn)的重要組成，被譽(yù)為“物種基因庫”“東亞植物區(qū)系的搖籃”。早在2000年，聯(lián)合國教科文組織就把高黎貢山國家級自然保護(hù)區(qū)接納為世界生物圈保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)成員。“在這種生態(tài)要求極高的區(qū)域作業(yè)，如果通過鉆孔、裝藥、爆破的傳統(tǒng)鉆爆法開挖，不僅施工風(fēng)險大，還會對保護(hù)區(qū)內(nèi)的生態(tài)產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的負(fù)面影響。”李華坤說。

可是，這個能應(yīng)對如此復(fù)雜地質(zhì)條件的大直徑硬巖掘進(jìn)機(jī)從哪來呢？

彼時，國內(nèi)尚未有直徑超9米的硬巖掘進(jìn)機(jī)，而施工方想根據(jù)地質(zhì)特點(diǎn)對裝備進(jìn)行功能完善時，外國企業(yè)都拒絕了。

工產(chǎn)學(xué)研“握拳”！2015年10月，中鐵高新工業(yè)股份有限公司旗下的中鐵裝備集團(tuán)聯(lián)合中國中鐵隧道局集團(tuán)、中國電建水電十四局及石家莊鐵道大學(xué)，開始為大瑞鐵路高黎貢山隧道量身打造世界最先進(jìn)的大直徑敞開式隧道硬巖掘進(jìn)機(jī)“彩云號”。

2017年8月1日，“彩云號”成功下線。這臺長230米、開挖直徑達(dá)9.03米、重1900噸的“巨無霸”，一舉填補(bǔ)了我國9米以上大直徑硬巖掘進(jìn)機(jī)的空白。

更讓人欣喜的是“彩云號”的工作效率。2017年11月24日進(jìn)入導(dǎo)洞施工的國外老牌掘進(jìn)機(jī)“羅賓斯”，盾構(gòu)機(jī)直徑6.39米，施工難度更低，截至今年4月22日累計掘進(jìn)了943米，中間“卡殼”兩次，每次都要停工20天以上。而今年2月1日才在主洞始發(fā)的“彩云號”，截至4月22日已挺進(jìn)583米，從未停機(jī)。

“一般來說，硬巖掘進(jìn)機(jī)進(jìn)場的前兩個月是調(diào)試磨合期，此后進(jìn)入正常工作階段。這么算來，‘彩云號’比‘羅賓斯’的效率提高得太多了。”司景釗說，“過去想做沒做成、一些外國企業(yè)還不給我們做的，我們中國人自己研制成功了，而且作業(yè)效率更高、效果更好。”

“中國創(chuàng)造”解難題

鉆機(jī)裝有攝像頭，實現(xiàn)了地下工程從“盲挖”到“心中有數(shù)”的轉(zhuǎn)變

“彩云號”憑什么能戰(zhàn)勝國外老牌盾構(gòu)機(jī)？就憑“中國創(chuàng)造”賦予的“十八般武藝”。

——“千里眼”讓“彩云號”看得遠(yuǎn)，提前掌握地質(zhì)特點(diǎn)。

隧道施工在黑暗中前行，即便有前期地質(zhì)勘探，在實際掘進(jìn)中前方會遇到哪些具體的地質(zhì)難題、遭遇哪些不可控的地質(zhì)災(zāi)害，也難以知道。為了破解這個地下工程的最大挑戰(zhàn)，“彩云號”裝上了全周嵌藏式超前探測鉆機(jī)。

“我們實現(xiàn)了地下工程從‘盲挖’到‘心中有數(shù)’的轉(zhuǎn)變。”中鐵裝備集團(tuán)設(shè)研總院副院長賀飛指著“彩云號”的鉆機(jī)說，這個裝有攝像頭的鉆機(jī)，平時藏在主機(jī)平臺下方，不影響正常作業(yè)，需要時自動升降，可探測刀盤前方30米的地質(zhì)。

——“順風(fēng)耳”讓“彩云號”聽得清，準(zhǔn)確識別不良地質(zhì)。

“彩云號”上的另一個寶貝是中鐵工業(yè)與山東大學(xué)等機(jī)構(gòu)聯(lián)合研發(fā)的超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)。通過反射波，“彩云號”能“聽波辨位”，對刀盤前方一定距離內(nèi)的斷層、溶洞、含水構(gòu)造等不良地質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確定位識別并三維成像。

“不良地質(zhì)的三維成像結(jié)果會顯示在主控室操作屏幕上，為施工決策及時提供重要的地質(zhì)資料。這項技術(shù)是國內(nèi)首創(chuàng)，國外也沒有。”賀飛說。

——“三頭六臂”讓“彩云號”出手快，應(yīng)對突泥涌水無障礙。

“彩云號”增設(shè)前區(qū)應(yīng)急噴灌混凝土機(jī)械手系統(tǒng)、超前注漿系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)。一旦遭遇圍巖變形、斷層破碎帶和突水突泥等風(fēng)險，這些“助手”該出手時就出手，可提前進(jìn)行注漿加固。

“過去遇到涌水、突泥，只能靠人工去堵，又臟又累還風(fēng)險極高，現(xiàn)在有了這些新型的機(jī)械手，大大降低了勞動強(qiáng)度，也更好保證了施工人員的人身安全。”司景釗說，“無論是超前探測鉆進(jìn)，還是應(yīng)急噴灌混凝土機(jī)械手，這些都是我們急需的，而外國供應(yīng)商不愿意為我們提供。這些能更好適應(yīng)中國地質(zhì)條件的工程裝備，還得靠咱們自主創(chuàng)新。”

在掘進(jìn)突破1000米后，“彩云號”運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)良好，各項技術(shù)指標(biāo)正常，已經(jīng)開始向新目標(biāo)發(fā)起沖擊。“不過前面的挑戰(zhàn)還有不少，一是高地應(yīng)力有可能造成掘進(jìn)斷面變形，甚至還有可能遭遇威力可擊穿鋼板的巖爆；二是掘進(jìn)將穿過7個透水層，比現(xiàn)在1小時120多立方米的涌水量更大，水壓也更大。這些需要我們繼續(xù)迎難而上。”