卧龙山隧道:准朔铁路11.9公里“头号工程”的4年半攻坚

 2013年1月21日,随着“轰”一声清脆炮响回荡在晋西北的群山深处,由中铁十一局四公司承建的准朔铁路卧龙山隧道0号斜井正洞与1号斜井正洞顺利贯通。这座全长近12公里的单线隧道,是准朔铁路全线三座长大隧道之一,也是头号重难点控制性工程。自2008年4月开工以来,建设者历时4年半艰苦鏖战,先后经历了煤层、瓦斯、富水膨胀性泥岩、沙层等不良地质,克服了涌水量大、围岩自稳能力极差等一系列世界级难题。2019年1月2日,随着准朔铁路首发货运列车缓缓驶出店坪南站,这条我国“西煤东运”的重要通道正式投入运营。卧龙山隧道以11.9公里的长度和全线控制性工程的殊荣,成为这条蒙晋陕能源大动脉上最关键的节点工程。

一、基本概况与工程数据

卧龙山隧道位于山西省忻州市偏关县境内,地处准朔铁路偏关站和石城站之间。隧道的主要技术参数:

 
 
项目 数据
全长 11921—11944米(约11.9公里)
隧道类型 单线铁路隧道
最大埋深 187.5米
线路设计 位于曲线上,为单项坡设计
轨道类型 无砟道床
开工时间 2008年4月
贯通时间 2013年1月21日
长轨铺设时间 2018年4月14日
通车运营时间 2019年1月2日
所属线路 准朔铁路(正线全长约215公里)

准朔铁路是我国“十二五”规划的重点工程,线路正线全长215公里,按国铁Ⅰ级标准建设,年货运量6000万吨,为单线万吨重载运煤电气化铁路。全线先后行经山西朔州市、忻州市,内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗,以及陕西省榆林市府谷县北部边缘,地处蒙、晋、陕毗邻接壤之地。

二、建设历程:从2008年开工到2013年贯通

卧龙山隧道自2008年4月开工建设。作为准朔铁路全线三座长大隧道之一(另两座为六狼山隧道15175米、鹰鹞山隧道15721米),卧龙山隧道自开工之日起便面临着地质条件复杂、施工难度极大等一系列挑战。

在长达4年半的施工周期中,建设者先后克服了地质条件复杂、气候寒冷等一系列难题,严格监控各施工工序,加大科技攻关力度,不断优化施工方案。2013年1月21日,随着0号斜井正洞与1号斜井正洞的顺利贯通,卧龙山隧道全部胜利贯通。

隧道贯通后,后续工程仍在有序推进。2018年4月10日,准朔铁路五标项目首列长轨装车完毕,这批长轨正是为卧龙山隧道铺设所用。4月14日10时,伴随着机械轰鸣声,一对500米长轨缓缓被推送到道床板上,卧龙山隧道长轨铺设正式开始。作为准朔铁路最后一座铺设长轨的长大隧道,卧龙山隧道的铺轨完成标志着全线铺轨工程进入最后冲刺阶段。

2019年1月2日上午10时08分,准朔铁路首发列车“和谐号”32091次货运列车缓缓驶出店坪南站,开往内蒙段红进塔站,标志着我国重要运煤通道准朔铁路正式投入运营。

三、攻坚难点:不良地质的“五重封锁”

卧龙山隧道地处晋西北黄土高原,地质条件极为复杂,其建设面临五重核心挑战的高度叠加。

难点一:富水膨胀性泥岩——遇水膨胀的“变形魔咒”。 隧道基岩裂隙水、裂隙岩溶水极为发育。在富水条件下,膨胀性泥岩遇水后体积急剧膨胀,对衬砌结构产生巨大压力,常规支护手段难以奏效。

难点二:沙层与涌水——在“流沙”中掘进。 DK120+470至+681段为V级围岩沙层,涌水量大,给施工带来了极大难度。沙层结构松散、自稳能力几乎为零,稍有不慎就可能引发大面积涌砂坍塌。

难点三:围岩自稳能力极差——拱顶、侧壁易坍塌。 隧道围岩整体稳定性和自稳能力极差,拱顶、侧壁易坍塌,易产生集中突水。在如此破碎的围岩中掘进,每向前推进一米都面临坍塌的高风险。

难点四:煤层与瓦斯——地下“隐形炸弹”。 隧道穿越煤层,瓦斯积聚风险极高。瓦斯爆炸具有毁灭性的破坏力,通风防爆管理必须贯穿施工全过程。

难点五:气候寒冷——黄土高原冬季的严寒考验。 偏关县地处晋西北,冬季气温极低。低温环境下,混凝土养护周期延长,机械设备运行效率下降,施工人员作业条件恶劣。

面对五重地质封锁,项目领导班子高度重视,团结协助,科学管理,精心组织。参建人员发扬“不畏艰险、勇攀高峰、领先行业、创誉中外”的企业精神,克服了工程资金不到位、地质条件差、安全系数小、施工干扰大等诸多困难。项目部抓项目全面建设,抓技术人员业务素质提高,加大科技攻关力度,优化施工方案,狠抓工作落实,保证了工程质量和安全。

四、技术创新:软岩隧道施工的“卧龙山方案”

卧龙山隧道的成功建设,离不开一系列技术创新的支撑,相关研究成果以《软岩隧道施工技术在卧龙山隧道中的应用研究》为题发表于专业期刊。

超前地质预报技术体系。 针对隧道复杂的地质条件,建设者建立了一套系统的超前地质预报体系。通过综合运用地质雷达、超前钻孔等多种探测手段,提前掌握掌子面前方的围岩状况、地下水发育情况和不良地质位置,为动态调整施工方案提供了科学依据。

开挖及钻爆关键技术控制。 面对软岩、沙层、煤层等复杂地质条件,施工团队对钻爆方案进行了精细优化。严格控制单孔装药量和爆破震动速度,在确保安全的前提下最大限度减少对围岩的扰动。

初期支护及注浆关键技术。 针对富水膨胀性泥岩和沙层等不良地质,项目团队采取了加强型初期支护和系统注浆相结合的综合措施。通过超前小导管注浆加固围岩,配合钢拱架和喷射混凝土联合支护体系,有效控制了围岩变形和地下水涌入。

监控量测与动态设计。 建立了严密的围岩监控量测体系。通过实时监测拱顶沉降、周边收敛和地表沉降数据,动态调整支护参数和施工方案,确保施工安全质量全面受控。

五、“隧道车站”——卧龙山车站的独特设计

卧龙山隧道最引人注目的特点之一,在于它将车站“藏”在了隧道里。重载铁路在卧龙山隧道内设卧龙山车站。隧道内采用无砟轨道,其中岔区地段采用轨枕埋入式无砟轨道,其余地段采用双块式无砟轨道。卧龙山车站属于远期建设,近期只开通直向。这种“站中有隧、隧中有站”的设计,在重载铁路隧道建设中极为罕见。

全线三座长大隧道(六狼山、鹰鹞山和卧龙山)均为无砟道床。无砟道床施工和长轨铺设均由线桥公司负责。卧龙山隧道无砟道床整体道床施工是全线38.668公里无砟轨道整体道床的重要组成部分。

六、战略价值:西煤东运的“咽喉”工程

卧龙山隧道是准朔铁路全线三座长大隧道之一,也是全线头号重难点控制性工程。准朔铁路是大秦铁路的补给线,以运煤为主,是蒙煤外运的重要通道。线路的开通运营,使我国煤炭主产地山西、陕西、内蒙古西部等地区的路网结构更加完善,为远景煤炭基地战略转移做好运煤大通道的准备,将为进一步落实国家能源发展战略、构建大通道煤运网络发挥积极的作用。

准朔铁路的开通,一举结束了偏关县境内无铁路的历史,对于全县加快调整优化运输结构,推进货物运输“公转铁”将发挥积极作用。卧龙山隧道以近12公里的长度和全线控制性工程的殊荣,成为这条蒙晋陕能源大动脉上最关键的节点工程。自2019年1月2日正式运营以来,卧龙山隧道日复一日地承载着万吨重载列车的密集通行,将蒙西、晋北的滚滚乌金送往东部沿海的万家灯火。