保康隧道:郑万高铁最长软岩隧道的“豆腐里打洞”

 “拿一块豆腐中间用刀切了几刀,挤压几次,然后再拉伸几次,扭转几次,再浇点水,整个保康隧道好像在一个很破碎的危岩中进行施工。”这是中铁十二局郑万高铁7标二分部项目经理骆文学对保康隧道地质条件的生动比喻。2021年1月11日,这条全长14574米、软岩占比高达98.7%的“软隧道”顺利贯通。隧道位于湖北保康县后坪镇,最大埋深504米,穿越6条断层,日最大涌水量达78496立方米。建设者将机械化与信息化深度融合,建立了国内最先进的智能化建造生产线,以“硬功夫”攻克了这条全线工程中的“重中之重、难中之难”。

一、基本概况与工程数据

保康隧道位于湖北省保康县后坪镇,设计为单洞双线隧道,是郑万高铁全线最长的软岩隧道。以下是该隧道的主要技术参数:

 
 
项目 数据
全长 14.574米(14574米)
隧道类型 单洞双线高铁隧道
最大埋深 504米
软岩占比 98.7%
穿越断层 6条
日最大涌水量 78496立方米(相当于约31个标准游泳池)
主要地质风险 突水突泥、断层破碎、危岩落石
贯通时间 2021年1月11日
设计时速 350公里
所属线路 郑万高铁(全长818公里)
承建单位 中铁十二局

全隧所穿越地层岩性虽然较为单一,为志留系页岩夹砂岩、奥陶系页岩等软弱沉积岩,但岩层质软且极其破碎,受地质构造作用极为明显,地质环境复杂多变,IV、V级围岩占比高达98.7%。郑万高铁是国家“十二五”规划纲要批复的重要区际干线,也是世界上高铁建设领域难度最大、风险最高的铁路之一。

二、建设历程:在“破碎危岩”中凿通千米长隧

保康隧道施工面临的最大挑战来自其极其破碎的软弱围岩。隧道穿越6条断层,围岩以志留系页岩夹砂岩为主,地质环境极为复杂,岩石强度极低且极其破碎,在开挖后极易发生塑性流变,常规支护结构往往难以抵抗巨大的围岩压力。施工中,保康隧道日最大涌水量达78496立方米,相当于每天排出31个标准游泳池的水量,施工难度极大。

项目施工方中铁十二局采用“三台阶临时仰拱法”稳住掌子面。开工之前,请业内相关的专家有针对性地制定相关方案,施工过程中严格执行相关施工方案,采取了全国最先进的钻爆法施工工装设备,通过这种工装,保证了施工的质量和施工的安全。为了解决复杂的地质难题,建设者将机械化与信息化深度融合,建立了国内最先进的智能化建造生产线。2021年1月11日,隧道全部贯通,预计2021年7月1日整个隧道主体全部竣工,为建党100周年献礼。

三、攻坚难点:98.7%软岩与6条断层的“死亡组合”

保康隧道的建设挑战在郑万高铁全线中堪称最为严峻。

  • 98.7%软岩占比:隧道围岩以志留系页岩夹砂岩、奥陶系页岩等软弱沉积岩为主,岩层质软且极其破碎,98.7%的段落属IV、V级软弱围岩,自稳能力极差。高地应力下软弱围岩易发生塑性流变,常规支护结构面临严峻考验。

  • 6条断层破碎带:隧道穿越6条断层,断层破碎带内围岩极其破碎,每穿越一条断层都面临坍塌和涌水的高风险。

  • 78496立方米/日特大涌水:相当于每天约31个标准游泳池的水量涌入隧道,施工排水和防水衬砌任务极为艰巨。软弱围岩遇水后强度骤降,进一步加剧了围岩失稳风险。

  • 突水突泥、危岩落石:多种地质灾害叠加,使施工安全管控难度成倍增加。

中铁十二局郑万高铁7标二分部项目经理骆文学形象地概括道:“保康隧道可以这么理解,拿一块豆腐中间用刀切了几刀,挤压几次,然后再拉伸几次,扭转几次,再浇点水,整个保康隧道好像在一个很破碎的危岩中进行施工。”

四、技术创新:全国最先进的钻爆法施工工装设备

保康隧道将机械化与信息化深度融合,建立了国内最先进的智能化建造生产线。施工中采用了全国最先进的钻爆法施工工装设备,主要包括全电脑三臂凿岩台车进行钻孔作业,钻孔精度和效率大幅提升;湿喷机械手进行初支喷射混凝土,速度快、回弹率低;液压自行式仰拱栈桥实现仰拱、开挖、衬砌三道工序的平行流水作业。针对软岩大变形问题,采取加强初期支护参数、增加锚杆密度、加密钢拱架间距等措施,并优化断面形状以增强结构承载力,配合高精度监测系统实时掌握围岩变形规律,动态调整支护方案。

五、郑万高铁的整体意义

保康隧道是郑万高铁全线最长的软岩隧道,被列为全线工程中的重中之重、难中之难。郑万高铁全长818公里,与已开通的渝万铁路共同组成郑渝高铁,是国家“十二五”规划纲要批复的重要的区际干线。预计2022年全线通车,重庆至郑州的列车运行时间将由8小时缩短至4小时左右,北京至重庆最快可达7小时。保康隧道的贯通使郑万高铁建设进入最后冲刺阶段,对于完善国家高速铁路网布局、推动长江经济带建设具有重要意义。