亞洲鐵路第一長隧
——大瑞鐵路高黎貢山隧道

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亞洲鐵路第一長隧
——大瑞鐵路高黎貢山隧道

1 工程意義

大瑞鐵路是我國《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》中完善路網(wǎng)布局和國家實(shí)施西部大開發(fā)戰(zhàn)略的重要舉措，是一條貫通滇西，走向南亞、東南亞的戰(zhàn)略之路； 更是一條事關(guān)國家“一帶一路”戰(zhàn)略、重塑南方古絲綢之路，促進(jìn)滇西地區(qū)跨越發(fā)展的交通大動(dòng)脈。大瑞鐵路對進(jìn)一步凸顯云南面向東南亞、南亞開放的橋梁和紐帶作用，促進(jìn)沿線地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，提升云南對外開放水平，推動(dòng)我國與東南亞、南亞國家的交流與合作，將產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響。高黎貢山隧道是亞洲鐵路第一長隧，為全線重點(diǎn)控制性工程。

2 工程概況

大理至瑞麗鐵路(見圖1)位于云南省西部地區(qū)，東起廣大鐵路終點(diǎn)大理站，向西經(jīng)永平、保山和潞西等市縣，穿蒼山、筆架山、大光山、怒山和高黎貢山等山脈，跨西洱河、漾濞江、順濞河、瀾滄江、怒江和龍川江等大江大河，西至瑞麗，線路長330.103 km。其中，大理至保山段全長133.660 km，保山至瑞麗段全長196.443 km。

圖1 大瑞鐵路平面布置圖

高黎貢山隧道平面布置見圖2。隧道位于怒江車站與龍陵車站之間，全長34 538 m，最大埋深為1 155 m。設(shè)計(jì)速度為140 km/h，隧道進(jìn)口(里程D1K192+302)緊鄰怒江特大橋，怒江車站部分進(jìn)入隧道進(jìn)口段，出口(里程D1K226+840)位于龍陵縣，龍陵車站部分進(jìn)入隧道出口段。

圖2 高黎貢山隧道平面布置圖

高黎貢山隧道施工平面布置見圖3，分為一、二期施工。一期為Ⅰ線隧道+輔助坑道(1座貫通平導(dǎo)+1座斜井+2座豎井)施工。Ⅰ線隧道全隧線路中線為直線，隧道內(nèi)線路縱坡為人字坡，最大線路坡度為23.5‰。進(jìn)口段21.198 kmⅠ線隧道及23.077 km平導(dǎo)采用鉆爆法施工，出口段13.340 kmⅠ線隧道及11.518 km平導(dǎo)以TBM施工為主，TBM施工困難段及洞口段均采用鉆爆法施工，TBM步進(jìn)通過，Ⅰ線TBM直徑為9.0 m，平導(dǎo)TBM直徑為6.36 m。1號斜井位于線路右側(cè)，按主副井設(shè)置，主斜井平長3 850 m，副斜井平長3 870 m； 2座豎井均按主副井設(shè)置，其中1號豎井主井深762.59 m、副井深764.74 m，2號豎井主井深640.22 m、副井深640.36 m，主井內(nèi)徑均為6.0 m，副井內(nèi)徑均為5.0 m。二期將貫通平導(dǎo)擴(kuò)挖為Ⅱ線隧道。

圖3 高黎貢山隧道一期施工平面示意圖(單位： m)

2 工程地質(zhì)情況

2.1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造分布

高黎貢山隧道區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造分布見圖4。隧道位于印度板塊與歐亞板塊相碰撞縫合帶附近，地跨揚(yáng)子亞板塊、印支亞板塊和滇緬泰亞板塊，穿越其兩兩相互碰撞匯聚的金沙江縫合帶、瀾滄江縫合帶、保山地塊與騰沖地塊碰撞匯聚之怒江縫合帶，褶皺、斷裂構(gòu)造相當(dāng)發(fā)育。

(a) (b)

2.2 工程地質(zhì)特征

本線是我國第一條穿越橫斷山脈、地形地質(zhì)條件極為復(fù)雜的國家Ⅰ級干線鐵路，沿線工程地質(zhì)條件差，不良地質(zhì)及特殊巖土發(fā)育，具有“三高”(高地?zé)?、高地?yīng)力和高地震烈度)、“四活躍”(活躍的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、活躍的地?zé)崴h(huán)境、活躍的外動(dòng)力地質(zhì)條件和活躍的岸坡淺表改造過程)的特征。

2.3 工程主要不良地質(zhì)

2.3.1 高烈度地震

隧道區(qū)域位于滇西南地震帶，地震活動(dòng)強(qiáng)度非常大，頻度高。測區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.20g，地震動(dòng)反應(yīng)譜周期為0.45 s。強(qiáng)震與活動(dòng)斷裂分布的相關(guān)性極高，大部分6級以上強(qiáng)震沿活動(dòng)斷裂分布。場址歷史上遭受過強(qiáng)震，1976年5月龍陵發(fā)生7.3級地震。區(qū)域內(nèi)龍陵—瀾滄斷裂具備發(fā)生7級及以上地震的構(gòu)造條件，估計(jì)未來百年可能發(fā)生的最大震級M=7.5級。

2.3.2 活動(dòng)斷裂

隧道沿線斷層分布和活動(dòng)斷裂分別見圖5和表1。隧道洞身D1K206+020～+200段、D1K213+000～+280段分別穿越鎮(zhèn)安活動(dòng)斷層及勐冒活動(dòng)斷裂，均屬龍陵—瀾滄斷裂，該斷裂的水平滑動(dòng)速率為1.07～2.59 mm/年，其未來百年內(nèi)最大右旋位移量估計(jì)值為(2.51±0.66) m，為晚更新世—全新世活動(dòng)斷裂。

圖5 隧道沿線斷層分布示意圖

表1 隧道活動(dòng)斷裂一覽表

2.3.3 高地溫

高黎貢山越嶺段地?zé)岢梢蝾愋椭饕獮閿嗔焉钛h(huán)型，高黎貢山隧道位于邦臘掌—黃草壩水熱活動(dòng)帶排泄區(qū)以南，朝陽—平達(dá)水熱活動(dòng)帶補(bǔ)給區(qū)附近，黃草壩阻水隔熱斷裂之下盤(南東盤)相對低溫通道內(nèi)，深孔鉆探實(shí)測最高溫度40.6 ℃，路肩面最高溫度36.7 ℃。

與隧道關(guān)系密切的導(dǎo)熱斷裂主要為邦邁—邵家寨斷層(F1-2)、邦邁—邵家寨次級斷層、怒江斷裂(F1-1)、鎮(zhèn)安斷裂(F4-2)，導(dǎo)熱斷裂附近可能出現(xiàn)局部熱水突出。前2個(gè)斷層預(yù)測最高溫度43 ℃，后2個(gè)斷裂(F1-1、F4-2)預(yù)測最高溫度50 ℃，均熱害中等。

2.3.4 巖爆

隧道鉆爆法施工7段1 840 m及TBM掘進(jìn)段180 m位于花崗巖地層，為弱富水性硬質(zhì)巖，可能產(chǎn)生輕微巖爆。埋深較大，區(qū)域地應(yīng)力較高，根據(jù)深孔鉆探揭露，局部巖芯餅化現(xiàn)象十分明顯，反映了埋深較大處應(yīng)力集中的狀態(tài)，可能發(fā)生輕微或中等巖爆。預(yù)測全隧巖爆段落總長2 020 m，其中，輕微巖爆段累計(jì)長度770 m(含TBM施工段180 m)，中等巖爆段累計(jì)長度1 250 m。平導(dǎo)可能發(fā)生巖爆段落及巖爆等級與正洞對應(yīng)里程一致。

2.3.5 軟質(zhì)巖變形

隧道穿越軟弱巖層，遇地下水極易軟化而發(fā)生軟質(zhì)巖控制性大變形。另外隧道穿越9條區(qū)域性斷裂，也易發(fā)生結(jié)構(gòu)控制型大變形。Ⅰ線隧道軟巖大變形段落總長3 185 m，其中輕微變形1 435 m；斷層破碎帶中局部斷層黏粒易發(fā)生中等大變形，長1 750 m。

2.3.6 放射性

隧道內(nèi)放射性背景值較高的地層主要為花崗巖、混合花崗巖、花崗片麻巖和片巖等，隧道正洞、平導(dǎo)局部段落地層環(huán)境中，輻射照射對公眾產(chǎn)生的年有效劑量當(dāng)量He大于5 mSv，小于15 mSv，屬放射性場所監(jiān)督區(qū)。

2.3.7 有害氣體

區(qū)內(nèi)斷裂切割深度大，隧道通過地段大面積出露巖漿巖，反映出區(qū)內(nèi)地殼一定深度內(nèi)巖漿活動(dòng)及熱力變質(zhì)作用強(qiáng)烈，巖石變質(zhì)作用復(fù)雜，礦物變質(zhì)、富集可能伴生有毒氣體，隨著地?zé)崃黧w的流動(dòng)可能造成隧道局部有毒氣體富集。此外，隧道還存在巖溶、滑坡體、順層、表層溜塌和特殊巖土(軟土及膨脹土)等不良地質(zhì)。

3 工程重難點(diǎn)

3.1 高溫?zé)岷栴}突出

中國目前還沒有成熟的隧道高溫環(huán)境下施工技術(shù)綜合配套成果，施工難度很大。高溫環(huán)境容易造成人員和施工設(shè)備效率降低，除危及人的健康安全以外，也直接影響到工程實(shí)體質(zhì)量。施工階段如不能采取有效的防治措施，將可能導(dǎo)致人身傷害或安全質(zhì)量事故，進(jìn)而影響工期和成本。如何減少熱水對隧道施工和結(jié)構(gòu)的影響，解決高溫環(huán)境下混凝土的施工工藝以保證襯砌結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，滿足耐久性要求，需要進(jìn)一步結(jié)合實(shí)際作業(yè)環(huán)境和條件進(jìn)行研究，并采用新技術(shù)(隧道制冷技術(shù)、高溫水環(huán)境下的注漿堵水技術(shù)、高溫環(huán)境下的混凝土材料研究及施工技術(shù))降低高溫環(huán)境對施工人員和設(shè)備的不利影響，避免對工程實(shí)體質(zhì)量的損害。

3.2 軟巖大變形

軟巖變形段施工歷來屬于隧道施工質(zhì)量的關(guān)鍵控制點(diǎn)，到目前為止，該問題仍未完全解決，施工難度非常大。高黎貢山隧道軟巖段落較長、埋深較大，而軟巖段圍巖的自承能力不足，易發(fā)生大變形，影響隧道施工安全，延誤工期。在有些高地應(yīng)力條件下的軟巖甚至在二次襯砌施作完成以后仍長期發(fā)生持續(xù)緩慢的變形，導(dǎo)致二次襯砌開裂，結(jié)構(gòu)侵入限界，需進(jìn)行返工處理。TBM在軟巖地段施工過程中則可能發(fā)生卡機(jī)受困事故。

3.3 隧道涌水量大

根據(jù)設(shè)計(jì)，預(yù)測隧道正常涌水量為12.77×104m3/d，最大涌水量為19.2×104m3/d。斜、豎井施工中可能存在涌水突泥事故，輕則造成淹井，重則可能導(dǎo)致重大的人員、設(shè)備和財(cái)產(chǎn)損失。地下水的存在嚴(yán)重影響隧道施工作業(yè)條件，對安全質(zhì)量均有重要影響； 更有可能在運(yùn)營期間發(fā)生滲漏水，危及結(jié)構(gòu)使用壽命和功能，嚴(yán)重影響運(yùn)營安全。

3.4 軟弱破碎圍巖地段TBM施工易卡機(jī)

Ⅰ線TBM施工共有20段總長1 280 m屬于巖體破碎-極破碎地段，平導(dǎo)TBM施工有15段總長980 m屬于巖體破碎-極破碎地段，而且2臺TBM均要穿越240 m的蝕變巖段，為不宜使用TBM掘進(jìn)段。TBM掘進(jìn)后易坍塌掉塊，對刀盤的旋轉(zhuǎn)形成很大阻力。如果圍巖同時(shí)是軟巖，則可能存在掘進(jìn)后收斂變形的風(fēng)險(xiǎn)，對TBM形成較大的擠壓應(yīng)力?；◢弾r地層富水節(jié)理密集帶的突水涌砂會(huì)造成設(shè)備被困和安全事故，這些都將直接影響施工進(jìn)度和安全，甚至可能引起工法的改變。

3.5 安全風(fēng)險(xiǎn)極高，組織管理管控要求嚴(yán)

高黎貢山隧道屬于特長隧道長度特大、地質(zhì)條件極復(fù)雜、工期緊張，屬于Ⅰ級風(fēng)險(xiǎn)隧道。在深豎井及長斜井施工中就存在極高的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)隧道存在高地溫、涌水突泥、高地應(yīng)力巖爆、軟巖大變形、斷層破碎帶及活動(dòng)斷層等不良地質(zhì)，在不良地質(zhì)地段施工，易發(fā)生安全質(zhì)量事故，稍有不慎就可能造成重大的人員、設(shè)備和財(cái)產(chǎn)損失。

在Ⅱ線平導(dǎo)擴(kuò)挖施工階段中后期，大瑞鐵路已經(jīng)正式運(yùn)營，擴(kuò)挖施工屬于臨近既有線施工，需要采取控制爆破措施，完善安全預(yù)案，避免對既有線正常運(yùn)營的影響，確保擴(kuò)挖施工順利進(jìn)行。

施工過程中如果對風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)識別不完全，方案不合理，把控不到位，則可能發(fā)生嚴(yán)重事故，甚至造成重大損失。因此，需要制定周密的安全防控措施，并落實(shí)到每個(gè)環(huán)節(jié)； 制定隧道施工風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案，配備必要的報(bào)警、應(yīng)急通訊、應(yīng)急照明和應(yīng)急排水等系統(tǒng)。

3.6 通風(fēng)效果要求高

隧道各作業(yè)面獨(dú)頭掘進(jìn)距離都很長，且施工工況變換頻繁，對通風(fēng)方案的設(shè)計(jì)和選擇及通風(fēng)管理均要求較高。地質(zhì)條件特殊，環(huán)境復(fù)雜，施工過程中可能存在高溫?zé)岷坝泻怏w，對于施工通風(fēng)的要求相對于常規(guī)隧道更高。

4 工程主要技術(shù)創(chuàng)新

高黎貢山隧道施工主要圍繞高地?zé)幔顒?dòng)斷裂地層，深豎井、復(fù)雜地質(zhì)條件下TBM研制等問題。目前隧道高地?zé)岘h(huán)境施工關(guān)鍵技術(shù)，復(fù)雜地質(zhì)條件新型TBM研制及應(yīng)用，鐵路隧道超深豎井施工關(guān)鍵技術(shù)和深埋特長隧道高地溫地段混凝土技術(shù)已立項(xiàng)并實(shí)施，其中復(fù)雜地質(zhì)條件新型TBM研制及應(yīng)用已在中國鐵路總公司立項(xiàng)并開始實(shí)施。

5 工程工期及進(jìn)度安排

工程進(jìn)口工點(diǎn)于2014年12月29日開工，1#斜井、1#豎井、2#豎井及出口工點(diǎn)于2015年12月1日開工。其中： 一期計(jì)劃于2022年5月30日竣工，工期為89個(gè)月； 二期平導(dǎo)擴(kuò)挖計(jì)劃2018年10月14日開始，2025年11月30日竣工，總工期131個(gè)月。

6 工程參建單位

建設(shè)單位： 云桂鐵路云南有限責(zé)任公司。

設(shè)計(jì)單位： 中國中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司。

施工單位： 中鐵隧道集團(tuán)有限公司(施工28.647 km)； 中鐵十八局集團(tuán)有限公司(施工5.891 km)。

監(jiān)理單位： 中鐵二院(成都)咨詢監(jiān)理有限責(zé)任公司。

7 供稿人

中鐵隧道集團(tuán)有限公司： 司景釗。