金家岩隧道:西成高铁首座贯通的长大高瓦斯隧道

 2016年1月28日,在四川江油市的群山深处,西成客专四川段重难点控制性工程——金家岩隧道顺利贯通。这座全长12051米的单洞双线隧道,横跨江油市石元乡和二郎庙两个乡镇,是西成高铁3座单长超过10公里的铁路隧道之一。作为全线第一座贯通的长大高瓦斯隧道,金家岩隧道地质构造复杂,围岩整体状况较差,被列为Ⅰ级高风险隧道。自2013年3月进场施工以来,中铁五局的建设者们历时近三年艰苦鏖战,克服了顺层、有害气体、油砂岩、危岩落石等重重困难。金家岩隧道的贯通,为西成高铁这条穿越大秦岭的“高速蜀道”在2017年底全线通车铺平了道路。

一、基本概况与工程数据

金家岩隧道位于四川省江油市境内,横跨石元乡和二郎庙两个乡镇,是西成客专四川段的重难点控制性工程。隧道的主要技术参数:

 
 
项目 数据
全长 12051米(约12.05公里)
隧道类型 单洞双线
设计时速 250公里/小时
进口里程 DK449+883
出口里程 D4K461+934
主要岩性 侏罗系中统沙溪庙组上段和下段泥岩夹砂岩
不良地质 顺层、有害气体及油砂岩、危岩落石等
瓦斯等级 低瓦斯隧道
开工时间 2013年3月
贯通时间 2016年1月28日
风险等级 Ⅰ级高风险隧道

西成客专西安至江油段线路北起西安,向南经咸阳、安康、汉中进入四川省境内,后经广元至江油与绵成乐客专相接抵成都,西安至成都线路全长约643公里。四川段桥隧比超过80%,新建正线隧道36座总长约93公里,金家岩隧道是其中3座单长超过10公里的铁路隧道之一。

二、建设历程:三年凿通Ⅰ级高风险隧道

金家岩隧道自2013年3月进场施工以来,中铁五局的建设者们便扎根于江油市的群山之中。隧道全长超过12公里,共分为5个工区、8个掌子面同时施工。施工高峰期,数百名建设者昼夜不停地在隧道内掘进作业。

2015年12月9日凌晨0点58分,金家岩隧道进口与1号斜井西安端顺利贯通,为确保春节前全隧贯通奠定了坚实基础。

2016年1月28日,经过近三年的艰苦鏖战,金家岩隧道实现全隧贯通。作为西成客专全线第一座贯通的长大高瓦斯隧道,它的贯通为后续铺轨和站后工程施工创造了有利条件。

三、攻坚难点:低瓦斯与复杂地质的“双重封锁”

金家岩隧道地处四川盆地北部边缘,地质条件极为复杂。其建设面临多项核心挑战的高度叠加。

难点一:低瓦斯隧道的安全防控。 金家岩隧道属低瓦斯隧道。隧道洞身穿越侏罗系中统沙溪庙组地层,存在有害气体及油砂岩。瓦斯积聚风险对通风防爆管理提出了严格要求。施工期间,建设者严格执行瓦斯监测和通风管理制度,编制了《金家岩隧道低瓦斯段专项施工方案》,确保了高瓦斯环境下的施工安全。

难点二:顺层与危岩落石——山体“层状滑移”的致命威胁。 隧道存在的主要不良地质为顺层及危岩落石。顺层是指岩层层面与隧道轴线近乎平行,开挖后岩体极易沿层面发生滑移和坍塌。危岩落石则对隧道洞口施工和运营安全构成长期威胁。

难点三:1号斜井的特殊风险——下穿输油管线。 金家岩隧道1号斜井长221米,斜井洞口正对绵广高速,下穿兰成渝输油管线,管底至洞顶的垂直高度仅为28.42米。在如此近距离下穿越高压输油管线,任何爆破震动超标都可能引发管线泄漏甚至爆炸事故。因此,施工中必须采用控制弱爆破开挖,严格控制单孔装药量和爆破震动速度。斜井围岩等级分为Ⅲ级围岩50米、Ⅳ级围岩90米、Ⅴ级围岩81米,软硬交替频繁,进一步增加了施工难度。

难点四:围岩整体状况较差。 全隧地质构造复杂,围岩整体状况较差。隧道洞身主要岩性为泥岩夹砂岩,岩体破碎、节理裂隙发育,自稳能力差。在软弱围岩中掘进,每向前推进一米都面临坍塌和变形的风险。

四、技术创新:控制爆破与低瓦斯施工的“双保险”

金家岩隧道的成功建设,离不开一系列技术创新与管理突破。

控制弱爆破技术。 针对1号斜井下穿兰成渝输油管线的特殊风险,施工团队采用控制弱爆破开挖技术,严格控制单孔装药量和爆破震动速度。2013年10月,1号斜井进行了首次分段控制爆破,效果良好。这一技术确保了输油管线的绝对安全。

低瓦斯隧道专项施工方案。 针对低瓦斯风险,编制了《金家岩隧道低瓦斯段专项施工方案》,建立了完善的瓦斯监测和通风管理体系。隧道内配置了高精度瓦斯自动监测报警系统,对洞内瓦斯浓度实施全天候实时监测,确保低瓦斯环境下施工的绝对安全。

“5工区8掌子面”的施工组织模式。 为破解12公里超长隧道的施工困局,金家岩隧道采用5个工区、8个掌子面同时施工的组织模式。这一模式有效缩短了施工周期,为全线首座贯通奠定了组织基础。

五、战略价值:西成高铁的“咽喉”工程

金家岩隧道是西成高铁3座单长超过10公里的铁路隧道之一。西成高铁是国家中长期铁路网规划的重要组成部分,北端通过西安枢纽与郑西、京郑客专相连,南端直达成都枢纽,并通过成都、重庆枢纽衔接成都至贵阳客专及成都至昆明、重庆至贵阳铁路。这条高铁是承担西南(川渝)地区与陕西、华北、东北地区旅客交流的快速客运通道,也是我国高速铁路网的重要组成部分。

金家岩隧道作为西成客专全线第一座贯通的长大高瓦斯隧道,它的贯通为西成高铁2017年底全线通车扫清了关键障碍。西成高铁于2017年12月6日正式通车运营,西安至成都的运行时间由原来的13小时缩短至3小时左右,形成了“上午在西安看兵马俑,晚上到成都吃火锅”的一日经济圈。金家岩隧道以12公里的长度和Ⅰ级高风险隧道的殊荣,成为这条穿越大秦岭的“高速蜀道”上最关键的节点工程之一。