香树湾隧道:郑万高铁“魔鬼岩层”中的12.5公里攻坚

 
 

2021年5月22日,随着最后一声炮响在湖北巴东与重庆巫山交界的群山深处回荡,郑万高铁全线重难点控制性工程——香树湾隧道实现全隧贯通。这座全长近12.5公里的单洞双线隧道,自2017年开工以来,历经43个月艰苦鏖战。隧道99%的区段为破碎的软弱围岩,最大涌水量达12400立方米/天。建设者们在最高42℃的“地下火炉”中,以每日10吨冰块降温,先后攻克了软弱围岩大变形、特大涌水、高地温等世界级难题,为中国在复杂地质条件下修建高速铁路长大隧道积累了宝贵经验。

一、基本概况与工程数据

香树湾隧道横穿重庆市巫山县与湖北省巴东县,是郑万高铁全线重难点控制性工程。隧道的主要技术参数:

 
 
项目 数据
全长 12474.5米(约12.5公里)
隧道类型 单洞双线高速铁路隧道
设计时速 350公里/小时
重庆段长度 7.2公里(中铁二局承建)
湖北段长度 5.255公里(中铁五局承建)
软弱围岩占比 99%(Ⅳ级和Ⅴ级围岩)
最大涌水量 12400立方米/天
洞内最高温度 42℃
开工时间 约2017年
重庆段贯通时间 2020年12月29日
全隧贯通时间 2021年5月22日
施工周期 43个月
所属线路 郑万高铁(全长818公里)

郑万高铁是我国“八纵八横”高速铁路网中沿江通道和呼南通道的重要组成部分,全线长度818公里,是我国第一条桥隧比超过90%的复杂险峻山区高速铁路。香树湾隧道作为重庆段最后贯通的隧道,其贯通标志着郑万高铁重庆段27.5座隧道全部贯通。

二、建设历程:43个月凿通“魔鬼岩层”

香树湾隧道于2017年前后正式开工建设,由中铁二院勘察设计,中铁二局承担重庆段7.2公里施工任务,中铁五局承担湖北段5.255公里施工任务。隧道穿越泥岩夹砂岩、坡残积粉质粘土等地层,受构造影响,岩体破碎,Ⅳ级和Ⅴ级软弱围岩占比达99%。这意味着隧道几乎全程都在极不稳定的软弱围岩中掘进,被建设者形象地称为穿越“魔鬼岩层”。

2020年12月29日上午10时,经过43个月的艰苦奋战,香树湾隧道重庆段率先实现贯通。2021年5月22日,随着湖北段的最后攻坚,香树湾隧道实现全隧贯通。全线贯通后,郑万高铁湖北段建设取得重大进展,为全线2022年建成通车奠定了坚实基础。

三、攻坚难点:软弱围岩、特大涌水与42℃高温的“三重封锁”

香树湾隧道的建设面临三项极端挑战的高度叠加。

99%软弱围岩——在“豆腐渣”里打洞。 隧道99%的区段为Ⅳ级和Ⅴ级软弱围岩,以砂质泥岩夹砂岩为主,泥质结构,岩质较软,节理裂隙发育,易出现大变形。在如此高比例的软弱围岩中掘进,每向前推进一米都面临坍塌和变形的极高风险。建设者形容在这种地层中施工,如同在“豆腐渣”里打洞,常规支护手段难以奏效。

12400立方米/日特大涌水——每天涌出6个标准游泳池。 隧道穿越卵石土、坡崩积块石土、坡残积粉质粘土等地层,最大涌水量达12400立方米/天。12400立方米的日涌水量,相当于每天约6个标准游泳池的水量涌入隧道,施工排水任务极为艰巨。

42℃高地温——每天10吨冰块的“地下火炉”。 隧道内最高温度达42℃以上,作业环境高温、潮湿,施工条件极为恶劣。为改善作业环境,项目部每天在3个隧道口放置6台132千瓦的超大功率风机持续接力送风,在夏季每日生产10吨左右冰块昼夜用于隧道内降温。即便采取了如此极端的降温措施,施工人员仍需在高热高湿的环境中每工作2至3小时就轮换休息。

四、技术创新:大型机械配套施工的全国标杆

香树湾隧道的成功建设,离不开一系列技术创新与管理突破,为我国软弱围岩隧道大型机械配套施工树立了标杆。

大型机械化配套作业体系。 施工方引进了全电脑三臂凿岩台车、半自动拱架安装台车、混凝土湿喷机组、高压注浆机、钻注一体锚杆钻机、自行式仰拱栈桥、多功能防水板台车、自动温控喷淋养护台车、整体移动式沟槽模板等数字化、智能化及信息化先进的配套设备。这些设备的全面应用,使钻孔、支护、喷锚、衬砌等全工序实现了机械化作业。

软弱围岩快速施工成套技术。 配套开展了软弱围岩超前高压劈裂注浆、涨壳式预应力中空注浆锚杆、初期支护早高强喷射混凝土、二衬衬砌智能带压分层浇筑、防水板自动铺设等施工工艺。通过实施“大断面机械化快速开挖”“隧道快速协同施工”等施工方法,实现了连续14个月软弱围岩月掘进突破100米大关,创下Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩月掘进145米新纪录。

信息化施工管理体系。 与地震、安全、质量等检测部门建立信息联动机制,实现隧道内手机信号网络和可视化监控信息化全覆盖。同时加强综合超前地质预报和监控量测,及时调整工序循环、加强资源配置、多作业面达到隧道施工平行流水作业。

建设者的坚守与奉献。 进场施工以来,建设者修建盘山便道30多公里,将数百万吨工程材料和机械设备运送到施工现场;先后开辟5个掌子面进行掘进,高峰期组织800多人昼夜不停施工。43个月中,建设者们忍受着42℃的高温、高湿和软弱围岩随时可能坍塌的致命威胁,用汗水与智慧在“魔鬼岩层”中凿通了一条12.5公里的钢铁通道。

五、战略价值:郑万高铁的“咽喉”工程

香树湾隧道是郑万高铁全线重难点控制工期工程。它的贯通不仅为郑万高铁全线如期开通运营奠定了基础,也标志着我国软弱围岩隧道大型机械配套施工取得重大突破。

郑万高铁全线长度818公里,设计时速350公里。全线建成通车后,从重庆主城区坐高铁到郑州,将由8个小时缩短到4个小时,到北京最快也只需要6个小时左右。这条高铁通道将成为我国西南地区通往中原、华北、东北地区新的便捷快速客运主通道,极大地促进沿线旅游资源开发和城镇化进程,推动区域协调发展。