在西成高铁这条穿越秦岭的钢铁大动脉上,有一座隧道被建设者称为“在火药桶上生火做饭”——这便是西成高铁全线唯一一座高风险高瓦斯隧道及原油侵染隧道黄家梁隧道。隧道全长11632米,是西成高铁四川段的重点控制性工程。2013年3月至2016年2月1日,中铁五局的建设者们在长达近3年的时间里,与高浓度瓦斯和随时可能喷涌的原油展开了一场惊心动魄的地下鏖战。2021年,黄家梁隧道荣获国家优质工程奖。
一、工程概况:横亘剑阁青川的11.6公里地下长龙
黄家梁隧道位于四川省广元市剑阁县与青川县交界处,进口里程DK431+653,出口里程DK443+292,全长11639米。隧道为单洞双线,设计时速250公里/小时。隧道设计为6‰、20‰上坡及-3‰的人字坡,洞身最大埋深约620米。隧道位于剑门关至江油北区间,线间距4.6米,全隧除进口段位于半径R=12000m的右偏曲线上外,其余地段均为直线。隧道受石油、天然气影响,属高瓦斯隧道,被中国铁路总公司风险评估判定为Ⅰ级高风险隧道。
黄家梁隧道也是西成高铁全线唯一一座高风险高瓦斯隧道及原油侵染隧道。2013年3月,隧道主体工程正式开工建设。
二、攻坚难点:“火药桶”上的三大致命挑战
黄家梁隧道的建设面临三大核心挑战的高度叠加,每一项都足以让普通隧道工程望而却步。
(一)高浓度瓦斯——浓度超标一倍的“隐形炸弹”
黄家梁隧道的地表是海拔只有六七百米的浅丘区,但就在并不算太厚的岩层下,埋藏着为数不少的油气泡。随便捡起一块碎石,都飘散着油气味。大部分时间,隧道里的瓦斯浓度超过正常值一倍以上。“真的是在炸药包里头干活。”2013年6月,第一次来工地的湖北籍工人刘京国差点以为自己走错了地方,做过矿工的他说,隧道里的味道比煤矿还要呛人。西南交大一位教授现场考察后感慨,这些油气不具备开采价值,却是施工的世界性难题。
(二)原油侵染——随时可能喷涌的“黑色杀手”
2014年9月8日上午,工人陈友全正在挖石头,手臂上突然落下几点黑色液体——是原油!他赶紧丢下工具往洞口跑。这一天恰好是中秋节,食堂的饭已经做好,还准备好了庆功宴。但大家谁也没有心情吃,赶紧调来通风机不停地吹了整整两天。整个黄家梁隧道工区,到处都有小规模的油气泡。黄家梁隧道油砂的岩性主要为中粗岩屑砂岩和岩屑石英砂岩,储集空间既有孔隙又有裂缝,油砂厚度约为26米。
(三)震后破碎体——龙门山断裂带的“内伤”
隧道施工区域位于龙门山脉的北端,“5·12”汶川特大地震后,相对平缓的地表下有着数不清的“内伤”。“一不留神就垮一块。鬼晓得哪块后头有油气,真是‘前有狼后有虎’。”贵州籍工人杨晓斌至今走路还是喜欢东张西望,这是施工期间落下的毛病。隧道地处地震重建区,地质复杂、余震频发。
三、技术创新:8个工段2000人“智取”油气
面对“高瓦斯+原油+破碎体”的三重封锁,2000多号工人、200多台套机械在8个工段同时作业。平均每天还不到11米的掘进速度,让建设者明白——仅靠蛮力远远不够。中铁五局成都工程有限责任公司副总经理雷鹏说:“只能靠自己摸索了。”
第一招:勘测井“排雷”。 “每隔10米就打一个眼,看油气储藏情况。”地勘技术员刘林华介绍,每个眼深度不得低于30米。通过各个岩层的岩芯分析,工区各段的油气储藏分布情况被大体标出,施工单位提前派人手和仪器对拟施工区域排气。
第二招:PSP地质探测仪开路。 这一设备能勘测两百米范围内的油气含量,一旦有风吹草动,立即停止施工。每天,工人们都要抬着五六十斤重的探测仪给其他工友“开路”,只要警报声一响,便立即增加通风机功率。
第三招:严苛的安检制度。 工人们每天进入隧道前要严格安检,火柴、火机都不能带。每个工段的入口,都调来了数量不等的通风机。如果只用通风机,光排完瓦斯就要两年时间。
在设计中,西成客专穿越油砂岩地层的大跨度高瓦斯隧道——黄家梁隧道,采用工程类比等方法,对油砂岩地层高速铁路大跨度高瓦斯隧道设计技术进行了系统研究。隧道进口端在勘测完成至施工单位进场期间,既有道路靠山侧坡脚新增一条中石油兰成原油管道,并且原油管道施工时曾引起隧道进口端的地表浅层工程滑坡。通过对油砂岩地层高速铁路大跨度高瓦斯隧道设计技术进行研究,确保了施工安全,保护了周围环境,节省线路长度约10公里。
四、战略价值:西成高铁的“咽喉”工程
2016年2月1日,黄家梁隧道实现贯通。它的贯通标志着西成高铁四川段建设取得重大突破。2017年12月6日,西成高铁正式通车运营。黄家梁隧道作为西成高铁九大主要隧道之一,是这条连接西安与成都的钢铁大动脉上最关键的节点工程。
2021年,黄家梁隧道荣获国家优质工程奖。2013年3月至2016年2月1日——这是黄家梁隧道主体工程施工时间。从2016年贯通到2021年获奖,这条11.6公里的隧道见证了西成高铁从建设到运营的全过程,也见证了中国高速铁路在高瓦斯、高难度隧道施工领域的技术跨越。
