林保山隧道:大临铁路“滇西红层”禁区突围

2020年6月30日,大(理)临(沧)铁路全线最长隧道——林保山隧道顺利贯通,为这条连接滇西与临沧的铁路大动脉全线通车奠定了坚实基础。这条全长14.076公里的隧道位于云南巍山县境内,穿越“滇西红层”这一令无数隧道建设者闻之色变的特殊地质区,集高地热、高地应力、断层破碎带、软岩大变形于一身,是全线的Ⅰ级高风险工程。自2016年3月进场施工,中铁五局的建设者们历经52个月艰苦鏖战,战胜了2次较大突泥涌水、穿越12次浅埋和压扭断裂带,在揭开“滇西红层”神秘面纱的过程中,凿出了大临铁路最艰难的一段地下通道。

一、基本概况与工程数据

林保山隧道位于云南省大理白族自治州巍山县境内,由中铁二院设计,中铁五局承建。以下是该隧道的主要技术参数:

 
 
项目 数据
全长 14.076公里
隧道类型 单线铁路隧道
最大埋深 超过600米
围岩类型 泥岩、泥岩夹砂岩为主的“滇西红层”
最大变形量 162厘米
突泥涌水次数 2次较大突泥涌水
穿越断裂带次数 12次穿越压扭断裂带和破碎带
洞内最高气温 45℃
洞内平均气温 38℃
辅助坑道 4个斜井
作业面数量 9个(“长隧短打”布署)
开工时间 2016年3月
贯通时间 2020年6月30日
施工周期 52个月
所属线路 大临铁路(全长202公里,桥隧比87.25%)
设计时速 160公里
铁路等级 国家Ⅰ级电气化铁路

大临铁路北起大理,跨越澜沧江、穿越无量山脉后到达临沧,是云南“八出省五出境”重点工程。全线新建隧道35座共计155.692公里,桥隧比高达87.25%。

二、建设历程:在“红层”中凿通14276米

林保山隧道所在的滇西地区地处印度板块与欧亚板块碰撞带前沿,地质构造极为复杂。隧道全隧为典型的“滇西红层”,以泥岩、泥岩夹砂岩为主,这种特殊的地质体富含黏土矿物,具有极强的亲水性。建设者最怕的就是隧道遇上“红层”——看似坚硬的泥岩在开挖后迅速崩解软化,遇水即成稀泥,围岩自稳能力几乎为零。

自2016年3月进场以来,中铁五局的建设者们就与这片“红层”展开了长达四年多的搏斗。施工中先后遭遇2次较大突泥涌水,12次穿越浅埋和压扭断裂带、破碎带,软弱围岩遇水崩解导致大变形问题尤为突出。隧道施工揭示的最大变形量达到162厘米,常规支护结构在这种极端的变形压力下屡遭破坏,钢拱架扭曲变形问题频发,支护拆换一度严重困扰着施工进度。

2019年2月起,隧道6个作业面陆续出现地热高温现象,隧道内最高气温达到45℃,平均气温达到38℃。在高地温的“地下火炉”中,施工人员每工作不到两小时就必须轮换,项目部投入了大量的冰块物理降温,并优化通风方案,确保人员安全和工程进度。

三、攻坚难点:“滇西红层”与高地热的双重封锁

林保山隧道面临两项致命挑战的叠加。

  • “滇西红层”软岩大变形:全隧以泥岩、泥岩夹砂岩为主,泥岩遇水易崩解软化,施工中极易发生初期支护大变形,施工揭示最大变形量达162厘米。泥岩中富含蒙脱石等膨胀性黏土矿物,遇水后体积膨胀,强度骤降,常规支护结构难以抵抗巨大的膨胀和变形压力。

  • 高地热:隧道深埋段地热极为发育,洞内最高气温达45℃,平均气温达38℃。加之洞内湿度接近饱和,作业环境极为恶劣。

  • 断裂带密集穿越:隧道需12次穿越压扭断裂带和破碎带。断裂带内围岩破碎、地下水发育,每穿越一次都面临坍塌和涌水的高风险。

  • 断层破碎带与高地应力:隧道位于强烈地震带附近,受地质构造运动影响,围岩节理裂隙极为发育,高地应力环境进一步加剧了软岩大变形和岩爆风险。

面对“滇西红层”软岩大变形的严峻挑战,建设者以“岩变我变”的工作思路,按照“管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测、紧衬砌”的施工方针推进施工。利用超前钻探、TSP、地质雷达等一系列超前地质预报手段,严格落实监控量测预警施工机制。针对软岩变形,采用“三台阶+仰拱”同步施工工法,增设树脂锚杆,配备多台湿喷混凝土机械手达到快速加固围岩的目的,最终平稳顺利地渡过了近2公里的软岩大变形风险段落。针对高地温,施工单位认真研究优化通风方案,增设射流、截流风机,安置洒水系统和放置冰块降温,确保了施工人员的作业环境健康,保证了施工进展。林保山全隧采取“长隧短打”的方法,共开设4个斜井,增加9个作业面,极大地提高了施工效率。

四、大临铁路的整体意义

林保山隧道是大临铁路全线35座隧道中最长的一座,它的贯通为全线通车扫清了最大的地下障碍。大临铁路是国家中长期铁路网规划中完善西南铁路网布局的重要项目,北起广大铁路大理站,跨越澜沧江后进入临沧市。建成通车后,昆明至临沧的铁路运行时间将由公路的7小时大幅缩短至3小时左右,临沧市将正式接入全国铁路网,告别不通铁路的历史。这条铁路对于改善滇中、滇西区域综合交通运输体系,助推我国与周边国家互联互通将起到积极作用。