躍龍門隧道鋪軌現(xiàn)場。 成蘭鐵路公司供圖

躍龍門隧道

四個“全國第一”

輔助坑道規(guī)模位居全國第一

早古生界非煤有害氣體逸出段落長度位居全國第一

五億年前寒武系高地應(yīng)力軟巖在變形段落的長度位居全國第一

我國單隧穿越地質(zhì)地層時空長度位居全國第一

建設(shè)重點

●聚焦軟巖大變形主

動控制、穿越活動斷裂帶節(jié)段、富水巖溶超前地質(zhì)預(yù)報、特長高瓦斯隧道通風(fēng)及智能物流組織運輸?shù)乳_展科研攻關(guān)

已獲得

●工法20項

●專利240余項

●科技進步獎12項

10月11日，四川境內(nèi)的龍門山脈“洞心”深處，鋪軌機牽引著鐵軌，向阿壩方向行進。每落下一根長軌，距新紀錄就更近一步。

飛馳的動車、不斷延展的鐵路線，正在改變中國。截至2021年底，全國鐵路營業(yè)總里程已突破15萬公里，位居全球第二；但在川西高原，還沒有一寸鐵路。正在建設(shè)的成蘭鐵路，將讓鐵路首次爬上川西高原。

成蘭鐵路被稱作“超難在建鐵路”，里程中64％是隧道，其中全線第三長、穿越龍門山斷裂帶的躍龍門隧道被視為“難上加難”。經(jīng)過10年奮戰(zhàn)，這條長約20公里的隧道于2022年4月實現(xiàn)雙線貫通，這是我國鐵路隧道第一次成功穿越巨大災(zāi)害性斷裂帶。

“洞穿”龍門山斷裂帶，背后有哪些奧秘？近日，記者來到成蘭鐵路躍龍門隧道。

認識這個洞

連接成都平原和川西高原 在這里建鐵路“難上加難”

從位于綿陽市安州區(qū)的鋪軌基地，坐工程運輸車出發(fā)，沿成蘭鐵路已鋪好的軌道前行，過橋梁、穿隧洞，過了高川車站，就是躍龍門隧道的入口。與鋪軌基地平坦開闊的地勢不同，這里群山環(huán)繞，眼前的龍門山脈連綿起伏，一眼望不到頭。

“這是成蘭鐵路高原鋪軌段的起點。”中鐵八局成蘭鐵路工程指揮部常務(wù)副指揮長張華說，從鋪軌基地出來后，就一直在爬坡，整個高原段線路最大坡度為17.8‰，相當(dāng)于一公里的里程海拔高差達17.8米。為了安全爬坡，運送長軌到鋪軌現(xiàn)場的專列，運載的長軌要比平原狀態(tài)下少二分之一左右。

從成都平原到川西高原，要翻越中國最長、最寬、最典型的南北向山系群體，因其“橫斷”東西向交通，故名橫斷山脈。復(fù)雜的地形、地質(zhì)條件，綜合構(gòu)成了世界罕見的鐵路建設(shè)之“難”。

中鐵二院成蘭鐵路項目隧道設(shè)計負責(zé)人姜波介紹，成蘭鐵路地處青藏高原東部邊緣，位于我國第二地貌階梯（地面高程500—700米）向第一地貌階梯（地面高程3000—5600米）急切過渡的高山峽谷區(qū)。線路橫穿龍門山、岷山、西秦嶺等山脈，先后跨越盆地區(qū)、中低山區(qū)、高山區(qū)、高原區(qū)。作為試驗段率先建設(shè)的成川段，起于成都青白江，止于阿壩松潘，線路全長275.7公里，海拔從600米爬升到3200米，可謂一路“爬坡上坎”。

“難上加難”的躍龍門隧道難在哪？姜波脫口而出：“躍龍門隧道是成蘭鐵路第一座越嶺隧道，而且是翻越川西的龍門山。”

這座雙線隧道左右線單向里程約20公里，進出口海拔分別為981米和1327米，正處于成都平原區(qū)到川西高山高原區(qū)的過渡帶，其穿越的龍門山斷裂帶是表現(xiàn)活躍的斷裂帶之一。

“躍龍門隧道堪稱‘地質(zhì)博物館’。”姜波介紹，成蘭鐵路選線設(shè)計人員進行了超大范圍的踏勘，摒棄了都江堰、江油等路線，選擇從震害、不良地質(zhì)相對較少的安州通過。即便這樣，當(dāng)龍門山1400米深處被“打開”，呈現(xiàn)在大家眼前的，是地震斷裂帶、斷層破碎地帶、巖溶富水段、高地溫、高地應(yīng)力、高瓦斯及硫化氫有毒有害氣體、軟巖大變形、巖爆等10余種不良地質(zhì)，每一項規(guī)模與難度都極為罕見。

保住這個洞

為了克服軟巖大變形難題 從動物脊柱獲得設(shè)計靈感

洞內(nèi)，左線鐵軌已經(jīng)鋪完，正在進行的是右線鋪軌。從躍龍門隧道入口進洞，約5公里處即是穿越的龍門山斷裂帶，已經(jīng)澆筑混凝土的隧洞壁下藏有乾坤。

姜波拿出了一張工程剖面圖。從圖上可以看到，隧洞橫著穿過了斷裂帶，斜交形成約70度角。斷裂帶如果活動，會造成山體錯位，相應(yīng)地會讓隧洞“折”斷。如何讓隧洞有韌性，適應(yīng)山體一定程度的錯位？“動物的脊柱由一段段組成，互相鉸接，又能錯位，它還是中空的，保護了脊髓。”設(shè)計人員從動物脊柱得到啟發(fā)，有了“腦洞大開”的設(shè)計。

他們根據(jù)斷裂帶錯動的概率，將受斷裂帶影響的170米隧洞，分成22個短節(jié)段分別建設(shè)，短節(jié)間留15厘米的變形縫，并用特殊的止水帶進行鉸接。這一設(shè)計賦予了隧道適應(yīng)錯動及轉(zhuǎn)動的能力，山體錯動值在80厘米以內(nèi)，整座隧道的結(jié)構(gòu)都不會發(fā)生大的破壞。這種在鐵路隧道建設(shè)中短節(jié)段寬接縫的設(shè)計及應(yīng)用，為世界首創(chuàng)。

這樣的首創(chuàng)，在躍龍門隧道內(nèi)不少。為應(yīng)對龍門山特殊地質(zhì)帶來的軟巖大變形，所采取的創(chuàng)新工法就是其中之一。

從2012年開始建設(shè)，中鐵十九局成蘭鐵路工程指揮部指揮長王海亮就入駐項目部，已和躍龍門隧道較勁10年。他清楚地記得，2017年底，因為高地應(yīng)力軟巖大變形，隧道開挖的左線、平導(dǎo)洞以及右線同時變形加劇。“群洞效應(yīng)”下，正在挖的一寸難進，已加固的也變了形，20厘米高寬的H型鋼架，像麻花一樣被扭曲折斷。

既有工法全部失效，2018年1月到8月，沒有一米掘進。成蘭鐵路公司、中鐵二院、中鐵十九局、北京交通大學(xué)積極開展科研聯(lián)合攻關(guān)，結(jié)合躍龍門隧道高地應(yīng)力軟巖大變形特點，提出“主動控制大變形”理念，通過非爆開挖、超前探測地質(zhì)、長短錨桿結(jié)合、雙層強支護等方式，提前加固巖體，與變形“搶時間”，有效控制住了變形。

由中鐵十九局與中鐵二院聯(lián)合研發(fā)的“高地應(yīng)力軟巖大變形兩臺階帶仰拱（短臺階）快速封閉成環(huán)施工法”被全面推廣到全國鐵路建設(shè)中，成為全路推廣應(yīng)用的針對大變形5種工法之一。該技術(shù)已獲得中國發(fā)明專利授權(quán)2項、日本發(fā)明專利1項，整體技術(shù)成果達到國際領(lǐng)先水平。

打通這個洞

集納多行業(yè)多學(xué)科之長 實現(xiàn)復(fù)雜特長越嶺隧道設(shè)計施工的新突破

躍龍門隧道的3號斜井門口，矗立著一塊高大的紀念石，“龍門賦”鐫刻其上，“昆侖練劍蜀水舞，心澆汗筑續(xù)天路”濃縮10年奮戰(zhàn)艱辛。隆重“造石”，是為了致敬為成蘭鐵路躍龍門隧道建設(shè)作出奉獻的每一位參建者。

“鐵路隧道能成功‘躍龍門’，是多行業(yè)、多學(xué)科的智慧結(jié)晶。”成蘭鐵路公司成蘭指揮部指揮長肖霞林感慨地說。為突破建設(shè)難題，成蘭鐵路公司組織設(shè)計單位中鐵二院、中鐵十九局、中鐵五局等參建單位，與西南交通大學(xué)、山東大學(xué)、北京交通大學(xué)、中鐵西南研究院等院校聯(lián)合科研攻關(guān)，集納多行業(yè)、多學(xué)科之長。

“解毒”就借助了礦山通風(fēng)的辦法。躍龍門隧道內(nèi)瓦斯、硫化氫兩種有毒有害氣體同時存在，二者結(jié)合，輕則中毒，重則燃爆。毒氣加上高溫，成為一大“攔路虎”。由于龍門山的特別構(gòu)造，這里的非煤地層附存于巖層表面，有毒有害氣體難以用常規(guī)辦法探測。在川煤集團派來專業(yè)通風(fēng)隊伍支援后，中鐵十九局又根據(jù)鐵路隧道建設(shè)實際，首創(chuàng)采取“主+局部”的隧道施工通風(fēng)系統(tǒng)，創(chuàng)造性提出“以風(fēng)定產(chǎn)”通風(fēng)管理理念，根據(jù)隧道新風(fēng)量科學(xué)分配并進行施工組織管理，在高瓦斯軟巖大變形段，綜合施工進度每月從10米提高到35米。

涌水在鐵路建設(shè)中不少見，但躍龍門隧道的出水量特別嚇人，鉆炮眼時炸藥放進去就被沖出來，得綁在鋼筋上頂著放；雨季出水量每天達13萬立方米，能裝滿68個標準游泳池。既要面對高涌水量，又要下穿高川河，建設(shè)者科學(xué)施策，和山東大學(xué)李術(shù)才院士團隊合作，開展超前地質(zhì)預(yù)報探測與災(zāi)害防治技術(shù)方面的研究，提前揭示前方未開鑿巖石內(nèi)的水壓環(huán)境。課題“深長隧道重大突涌水災(zāi)害預(yù)測預(yù)警與風(fēng)險控制關(guān)鍵技術(shù)”獲得山東省科學(xué)進步一等獎，“深長隧道多源地質(zhì)信息融合方法與突涌水動態(tài)調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”榮獲中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會科技進步一等獎。

10年來，躍龍門隧道的建設(shè)者們重點聚焦軟巖大變形主動控制、穿越活動斷裂帶節(jié)段、富水巖溶超前地質(zhì)預(yù)報與災(zāi)害防治、特長高瓦斯隧道施工通風(fēng)及智能物流組織運輸?shù)龋_展科研攻關(guān)，通過建設(shè)已發(fā)表核心技術(shù)論文40余篇，獲得國家授權(quán)專利240余項、省部級工法20項、各級科技進步獎14項。

業(yè)內(nèi)評價說，躍龍門隧道的貫通，實現(xiàn)了復(fù)雜特長越嶺隧道設(shè)計施工的新突破，為中國乃至世界高原山區(qū)鐵路建設(shè)提供了寶貴經(jīng)驗。

成蘭鐵路將通高原縣城謀變

10月9日，阿壩州茂縣富順鎮(zhèn)上關(guān)村村民余學(xué)飛在自家開的農(nóng)家樂忙碌。雖然受近期疫情影響，這一天農(nóng)家樂人不多，但八九月花開的時節(jié)，從綿陽、成都等地前來的游客源源不斷，一個月的收入有4萬元。

花是百合花。上關(guān)村距成蘭鐵路茂縣站直線距離僅1公里。緊鄰交通大“動脈”，富順鎮(zhèn)規(guī)劃以上關(guān)岷江百合花谷旅游風(fēng)景區(qū)為基礎(chǔ)，利用現(xiàn)有優(yōu)勢花卉資源和新農(nóng)村景觀，打造集花卉觀光、農(nóng)家體驗、美食品嘗、文化休閑、康養(yǎng)度假、親子游樂等功能于一體的花卉主題特色精品村。余學(xué)飛的農(nóng)家樂就是借這個東風(fēng)搞起來的。

成蘭鐵路成都至川主寺段預(yù)計明年建成通車。嘗到了“甜頭”的余學(xué)飛，也謀劃起了自家的旅游發(fā)展。“只搞餐飲太單一，現(xiàn)在百合花、向日葵等花卉品種也多了，得把房子改成民宿，讓游客住得下來。”自家的房屋雖然房間多，但大多數(shù)不帶衛(wèi)生間，他籌劃著多掙點錢，年底前開始改造。

不止余學(xué)飛，村里好幾戶村民已經(jīng)行動起來，按照民宿標準新建房屋。

村黨支部書記官德軍也在謀劃。“我們村種了70畝的花卉，今年已接待3萬余名游客。”他說，現(xiàn)在重點是提升全村的接待能力，為游客提供吃、住、游、玩一體服務(wù)。接下來，村上將開展人居環(huán)境綜合整治，穩(wěn)步推進特色精品村打造，讓村民不僅吃上“旅游飯”，更要吃好“旅游飯”。

除了發(fā)展旅游，發(fā)展倉儲物流的規(guī)劃也已提上議事日程。“成蘭鐵路是客貨共線，送客又運貨。”富順鎮(zhèn)副鎮(zhèn)長劉波說，與上關(guān)村相鄰的勝利村更靠近茂縣縣城，綿茂公路經(jīng)過該村，附近還有客運站，鎮(zhèn)上準備在這里選點，建設(shè)倉儲物流中心。

茂縣發(fā)展和改革局副局長高雪桃透露，成蘭鐵路通車后，位于國道247線和規(guī)劃茂鹽高速交叉點的富順鎮(zhèn)將躍升為交通樞紐地，茂縣計劃在這里建設(shè)物流園區(qū)。成蘭鐵路通車后，將帶來人流物流的改變，高原縣城正在為未來做準備。