早胜三号隧道：国内首条古土壤高铁隧道的“董志塬”穿越

 2019年9月18日，随着最后一声炮响在“天下黄土第一塬”董志塬的腹地深处回荡，银西高铁全线重点控制性工程——早胜三号隧道实现顺利贯通。这座全长11171.38米的单洞双线隧道，位于甘肃省宁县境内，是国内首条穿越古土壤地层的高铁隧道。它与早胜一号、早胜二号及永乐隧道共同组成了我国在建规模最大的古土壤黄土隧道群。隧道洞身穿越古土壤膨胀土段落约8.9公里，6次穿越滑坡群，5次穿越浅埋冲沟，最大开挖断面达191.47平方米。自2016年10月15日开工建设以来，中铁十二局的建设者们在世界最大黄土塬的“水豆腐”地层中鏖战三年多，以月掘进120米以上的速度创造了国内古黄土隧道施工纪录。早胜三号隧道的贯通，打破了银西高铁的建设瓶颈，为2020年年底全线通车奠定了坚实基础。

一、工程概况：横亘“天下黄土第一塬”的11.17公里“古土壤禁区”

早胜三号隧道位于甘肃省庆阳市宁县境内，是银西高铁全线重点控制性工程。隧道的主要技术参数：

银西高铁全长约617公里，是我国“八纵八横”高速铁路网包（银）海通道的重要组成部分。线路穿越世界面积最大的黄土塬——董志塬，全线设20座车站。早胜三号隧道与早胜一号、早胜二号隧道累计全长25公里，共同构成了我国目前规模最大的古土壤隧道群。该隧道群全部位于200米以下的古土壤层，其深度和长度均创造了中国高铁建设之最。

二、攻坚难点：古土壤地层的“四重封锁”

早胜三号隧道所处的董志塬，是世界上黄土层最深厚、保存最完整的黄土塬。其建设面临四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）古土壤的膨胀性——“遇水即胀”的变形魔咒

早胜三号隧道是国内首条穿越古土壤地层的高铁隧道。当地古土壤富含蒙脱石，遇水则膨胀开裂。隧道洞身穿越的古土壤膨胀土段落约8.9公里。在开挖过程中，土体极易剥落掉块，影响施工安全；开通运营后，还易产生隧底隆起，影响动车行车安全。这种特殊的膨胀性地层，对支护结构的设计和施工提出了极高的要求。科研人员以早胜三号隧道为依托，对古土壤的物理力学性能、矿物成分与微观组构进行了系统测试，开展了不同含水率下原状、重塑古土壤试验。

（二）160—191平方米超大断面——中国高铁古土壤隧道之最

作为双线隧道，银西铁路早胜隧道群开挖断面达160平方米，创造了中国高铁古土壤隧道断面施工之最。早胜三号隧道最大开挖断面更是达到191.47平方米。在如此巨大的断面下进行古土壤地层施工，围岩自稳能力极差，支护难度成倍增加。建设者形象地形容，这种古土壤“土质酥得像饼干”。为避免施工中出现支护变形过大、支护开裂甚至塌方等事故，技术人员对隧道的支护受力特性及结构形式等方面进行了综合研究。通过现场监测发现，对于三台阶七步开挖法，围岩压力大致经历了急剧变化—缓慢变化—平稳变化3个阶段。钢拱架呈现三维受力状态，相邻两榀拱架间轴力以受压为主。

（三）6次穿越滑坡群与5次穿越浅埋冲沟——断裂带上的“步步惊心”

隧道全隧6次穿越滑坡群，5次穿越浅埋冲沟。滑坡、错落、溜坍和黄土陷穴等不良地质多发。隧道下穿高差达400米。古土壤具有膨胀性和垂直节理的特点，随时都有崩塌漏水的风险。在滑坡群和浅埋冲沟段施工，地表沉降控制要求极为苛刻，稍有不慎就可能引发地表塌陷。隧道顶端距水库最低点仅有40米。

（四）下穿水库与密集取水点——“头顶悬水”的生态红线

隧道毗邻及下穿既有水库，黄土塬上居民取水点星罗密布，环水保要求极为严格。隧道群恰好从杨家堡等多个水库下方穿越。大量泉眼裂隙水和孔隙水从土壤中渗出。在富水条件下，古土壤的膨胀性和湿陷性被进一步放大，施工中随时面临涌水突泥和地表塌陷的双重风险。建设者必须在确保施工安全的同时，严格保护地表水体和居民饮用水源不受破坏。

三、技术创新：从“椭圆断面”到“月掘进120米”的系统突破

面对“膨胀性古土壤+超大断面+滑坡群+下穿水库”的四重封锁，中铁十二局的建设者与科研团队展开了一系列技术创新。

（一）调整仰拱曲率——“圆润”断面的稳定支撑

为避免施工中易出现支护变形过大、支护开裂甚至塌方等事故，技术人员对隧道的支护受力特性及结构形式等方面进行综合研究，通过调整仰拱曲率，让椭圆形隧道断面更加“圆润”，形成稳固的支撑结构。这一看似微小的几何优化，使隧道结构的受力更加均匀，大幅提升了围岩的稳定性。在此基础上，经过严密计算采用最优的力度加固钢拱架，调整锚杆的深度、数量和打设时间，让钢拱架完美嵌入古土壤“肌体”中。

（二）校企合作与古土壤膨胀课题研究——科技赋能的“排雷之眼”

依托早胜隧道群，中铁十二局建设者参与了中国国家铁路集团有限公司古黄土膨胀课题研究，并在施工中形成了多个古黄土隧道施工专项研究和施工方案。技术人员通过校企合作的方式，共同开展古土壤隧道施工专项研究。相关学术研究对古土壤物理力学性能、矿物成分与微观组构进行了系统测试，为施工方案的优化提供了科学依据。通过这些研究，施工团队掌握了古土壤膨胀变形的规律，提前预判风险，动态调整施工方案。

（三）黄土隧道快速施工工法——月掘进从70米到120米的“速度革命”

在古土壤地层中，传统的施工方法效率极低。建设者通过不断的工艺优化和技术创新，形成了黄土隧道快速施工工法。隧道掘进月进度由最初的70米达到120米以上，实现了快速安全推进。早胜隧道群掘进月进度最快达到120米以上，创造了国内古黄土隧道施工纪录。这一“速度革命”的取得，为银西高铁按期建成通车提供了根本保障。

（四）二衬成套技术与先进设备——“工装保工艺”的质量管控

项目部率先应用了二衬成套分层分窗模筑技术、带模注浆技术和使用定型组合钢端模、仰拱移动栈桥、仰拱轻便弧形腹模、三焊缝爬焊机等先进技术、设备。这些工装设备的应用，实现了隧道主体工程安全快速推进，确保了衬砌质量全面受控。

四、战略价值：银西高铁的“咽喉”工程

早胜三号隧道是银西高铁全线重点控制性工程。它的贯通，打破了银西高铁的建设瓶颈，后续将进行铺轨、接触网架设及站房建设。银西高铁跨陕西、甘肃、宁夏三省区，是穿过陕甘宁革命老区腹地的第一条高铁。

2020年12月26日，银西高铁全线正式开通运营。银川至西安的列车运行时间由原来的12个小时缩短至3小时以内。这条高铁对密切陕、甘、宁三省经济联系，连接关中—天水经济区发展具有重要意义。2022年，早胜三号隧道荣获国家优质工程奖。早胜三号隧道以11171.38米的长度和国内首条古土壤高铁隧道的殊荣，成为这条穿越“天下黄土第一塬”的钢铁大动脉上最关键的节点工程之一。从2016年10月15日开工到2020年12月3日竣工，四年间，这座董志塬腹地深处的地下长龙，见证了中国工程团队在古土壤极端地质条件下攻坚克难的勇气与智慧。