三都隧道:穿越65个溶洞的喀斯特“岩溶禁区”

 在“地无三里平”的贵州喀斯特地貌腹地,一座全长14.637公里的隧道如巨龙般穿行于都匀与三都的群山之间——这便是贵广高铁重点控制性工程三都隧道。这条I级风险特长岩溶隧道共穿越14条大断层破碎带、3条褶曲构造带,遭遇较大及特大溶洞65个,Ⅳ、Ⅴ级围岩占隧道全长的52%,囊括了岩溶发育、突泥涌水、高热地温等隧道施工风险。中铁隧道集团依托三都隧道承担原铁道部“隧道施工机械化配套技术及装备研究”课题,投入6000余万元装备5条机械化配套作业生产线,战胜了喀斯特地貌极端复杂地质,跳出了一曲施工版“喀斯特舞曲”。

一、基本概况与工程数据

三都隧道位于贵州省黔南州都匀市与三都县境内,为单洞双线隧道,设计时速200千米。它是贵广高铁全线重难点控制性工程,被铁道部列为I级高风险隧道。以下是该隧道的主要技术参数:

 
 
项目 数据
全长 14.637公里(14637米)
隧道类型 单洞双线高铁隧道
设计时速 200公里
穿越大断层破碎带 14条
穿越褶曲构造带 3条
遭遇较大及特大溶洞 65个
Ⅳ、Ⅴ级围岩占比 52%
最大溶洞日涌水量 15万立方米
洞内温度 出口段高达40℃
机械化投入 6000余万元
机械化作业线 5条
所属线路 贵广高铁(全长857公里,桥隧比83%)
承建单位 中铁隧道集团

贵广高铁横跨黔桂粤三省区,全长857公里,全线隧道238座,总长度464公里,超过全长的54%,二分之一穿行于地下,四分之一穿行于熔岩发育地区,桥隧比高达83%,被誉为“穿越喀斯特的超级地铁”。

二、建设历程:喀斯特地貌上的“六年磨一剑”

贵州全境多为喀斯特地貌,中铁隧道人六年磨一剑,在隧道施工机械化配套、无砟道床精细化等方面取得成功,跳出了一曲施工版“喀斯特舞曲”。随着贵阳至广州高速铁路2014年底开通运营,黔粤桂三地人民享受到了高铁带来的快捷和便利。中国中铁隧道集团承建贵广铁路2标线路长79.861千米,其中隧道21座。

2012年4月,三都隧道距离出口4公里处遇到了最大溶洞,最大涌水量每天高达15万立方米,相当于15个标准游泳池的水量涌入隧道。施工人员排水排了两个月,仍然没有效果。最后,建设者采取正洞旁边打小导坑的方法,迂回过去“对打”才艰难通过。由于沿途特殊的地理地貌,贵广高铁可谓是桥隧相连的典型,隧道比重更甚,达到全线的53.2%。作为开路先锋的中铁隧道集团,依托三都隧道承担了中国铁路总公司“隧道施工机械化配套技术及装备研究”课题。

三、攻坚难点:65个溶洞与“水帘洞+火焰山”的极端环境

三都隧道建设面临的挑战集中体现在三个层面。

  • 14条大断层破碎带与3条褶曲构造带:隧道穿越14条大断层破碎带和3条褶曲构造带,断层区岩体极度破碎、地下水发育,每穿越一处断层都面临坍塌和涌水的高风险。褶曲构造带内地质变化频繁,围岩稳定性变化剧烈。

  • 65个较大及特大溶洞:隧道遭遇较大及特大溶洞65个,这是贵州喀斯特地貌对隧道建设最直接的考验。其中最大溶洞涌水量高达15万立方米/日,相当于每天约70个标准游泳池的水量涌入隧道。部分溶洞高度超过百米,建设者以桥梁跨越、注浆充填等方式艰难通过。

  • “水帘洞+火焰山”的冰火两重天:隧道进口段排水不畅,俨然成了“水帘洞”,工人不分四季都要穿戴厚重的雨衣施工。出口段正好相反,5公里的长距离通风和泥质灰岩的地质条件,让隧道内的热空气极难排放,温度高达40摄氏度,像面对“火焰山”。

针对岩溶、突泥土水、高热地温等不良地质,中铁隧道集团坚持“以科技为先导,推进生产保安全”思路,先后投入6000余万元,装备了隧道钻爆作业、装砟运输、喷锚支护、仰拱铺底及混凝土衬砌5条机械化配套作业生产线。针对三都隧道高风险施工特点,项目部严格按照“先探测、管超前、弱爆破、严控水、短进尺、勤测量、早衬砌”组织施工。项目部配备的意大利产C6多功能地质钻机实现了钻—注一体化,能够在较短时间内完成软弱围岩的加固和堵水处理,可提高工效一倍以上。

四、贵广高铁的整体意义

贵广高铁是我国已建穿越可熔岩地段最长和技术难度最高的铁路线。全线共新建隧道238座,总长度464公里,因此也被誉为“超级地铁”。著名隧道专家、中国工程院院士王梦恕认为,贵广高铁施工实践中探索积累的机械化配套等一系列技术创新,将指引未来我国隧道施工的发展方向。三都隧道作为其中的标志性工程,其机械化配套和岩溶地质处治技术为后续喀斯特地区隧道建设提供了宝贵的工程经验。