榴桐寨隧道:八年凿穿“四极三高”地质禁区

在四川省阿坝州茂县渭门镇和沟口镇境内,一条全长16.312公里的隧道穿越了龙门山断裂带腹地——这便是成兰铁路全线软岩大变形最严重的榴桐寨隧道。自2013年开工至2021年4月26日贯通,建设者们历时近3000天、八年的坚守,在被誉为“四极三高”的极端地质条件下,成功破解了长达5公里的软岩大变形难题,为川西北地区融入全国铁路网扫清了最艰巨的地下障碍。

一、基本概况与工程数据

榴桐寨隧道位于四川省阿坝州茂县渭门镇和沟口镇境内,由中铁二院设计,中铁十二局集团有限公司、中铁隧道局承建。以下是该隧道的主要技术参数:

 
 
项目 数据
全长 16.312公里
隧道类型 双洞分修方案
最大埋深 1410米
埋深500米以上段落 近11公里
Ⅳ、Ⅴ级围岩占比 超过85%
施工周期 近3000天(约8年)
开工时间 2013年
贯通时间 2021年4月26日
地应力 高达37兆帕
软岩大变形段落 近5公里
所属线路 成兰铁路
设计单位 中铁二院
承建单位 中铁十二局、中铁隧道局

成兰铁路是国家“八纵八横”高速铁路规划网“兰广”通道的重要组成部分,设计时速200公里,是继青藏铁路后我国又一条在海拔3000米高原修建的“天路”。

二、建设历程:八年长跑的“地下长征”

榴桐寨隧道的建设历程堪称中国铁路隧道史上最漫长的攻坚战之一。自2013年开工以来,建设者们面临岷江断裂带地震频繁、岩性软弱、地应力高达37兆帕、洞内发生严重大变形且群洞效应明显等地质困难,每掘进一米都需要付出巨大的代价。

2021年4月26日上午9时58分,随着最后半米拱部围岩被凿通,历经近3000天的艰苦奋战,榴桐寨隧道顺利贯通。这标志着成兰铁路茂县至松潘段工程进入冲刺阶段,为成兰铁路全线贯通奠定了坚实基础。

三、攻坚难点:“四极三高”的地质极限考验

榴桐寨隧道地质地貌的复杂性,在业内被概括为“四极三高”的显著特征。

  • “四极”的地质困局:一是地形切割极为强烈,隧道穿越的岷江河谷深切割剧烈;二是构造条件极为复杂活跃,隧道地处龙门山断裂带腹地,地震活动频繁;三是岩性条件极为软弱破碎,隧道全隧围岩以Ⅳ、Ⅴ级千枚岩为主,占比超85%;四是汶川地震效应极为显著,隧道所处区域地壳稳定性差,施工条件极度恶劣。

  • “三高”的技术死穴:一是高地壳应力,全隧多处段落高地应力集中,地应力实测值高达37兆帕;二是高地震烈度,隧道抗震设计等级极高;三是高地质灾害风险,隧道建设面临滑坡、崩塌、泥石流、突水、突泥等多种地质灾害叠加。

隧道最大埋深达1410米,埋深500米以上段落近11公里,高应力导致软岩大变形极为严重,全长16.312公里的隧道中有近5公里段落发生了严重的围岩大变形。常规支护结构难以承受巨大的围岩压力,钢拱架扭曲变形、支护拆换一度成为施工常态。据中铁二院成兰铁路项目经理周跃峰介绍,榴桐寨隧道是成兰铁路软岩大变形最严重的隧道之一,为降低施工及运营风险,设计采用了双洞分修方案。

四、技术创新与工艺突破

针对榴桐寨隧道的极端地质条件,建设团队开展了一系列卓有成效的技术创新。

在软岩大变形治理方面,采用主动控制技术,创新提出长短锚杆组合及大断面开挖快封闭的工法等一系列大变形处理技术,成功攻克了近5公里软岩大变形难题。

在明洞及防护结构创新方面,项目部在施工中采用高墩基础三联跨超大型明洞,将桥、站台、车站行车室等共同防护,并采用坝形空心基础、外吊模台车等创新方案,解决了软弱基础及既有桥梁等条件下修建大型明洞的难题。

在生态保护方面,榴桐寨隧道位于汶川地震灾区腹地,周边生态环境脆弱。隧道穿越岷江流域水源涵养区,建设团队通过微震爆破技术将爆破震动值控制在0.15厘米/秒以内,有效降低了对周边生态的影响。

五、交通便利性与区域意义

榴桐寨隧道的贯通,为成兰铁路全线通车奠定了坚实基础。成兰铁路建成通车后,将结束川西北地区没有铁路的历史,与既有宝成铁路、兰渝铁路及川藏铁路、成西铁路共同构建连通西北与西南及华南沿海的干线铁路通道。