永顺隧道:贵南高铁喀斯特“一级高风险”的提前贯通

 2022年1月24日,随着一声响亮的爆破声,贵南高铁永顺隧道安全贯通,标志着贵南高铁广西段南宁到河池区间隧道工程全面竣工。这座全长11014米的单洞双线隧道,位于广西河池市境内,是贵南高铁全线6座超过万米的特大型隧道之一。隧道地处典型的喀斯特岩溶地貌区,先后穿过2处断裂带,跨越40多处岩溶洼地,岩溶、岩爆、破碎带等不良地质强烈发育。自2018年6月开工以来,中铁十一局的建设者们在“一级风险隧道”的极端环境中鏖战三年多,以平行导洞施工法将作业面一举增加至10个,最快每天可推进40米,较传统工法效率提高5倍,使隧道提前3个月贯通。永顺隧道的贯通,为贵南高铁2023年全线开通运营扫清了关键障碍。

一、工程概况:喀斯特腹地的11公里“地下长廊”

永顺隧道位于广西河池市境内,是贵南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 11014米(约11公里)
隧道类型 单洞双线高铁隧道
设计时速 350公里/小时
地质特征 典型喀斯特岩溶地貌
断裂带 2处
岩溶洼地 40余处
开工时间 2018年6月2日
贯通时间 2022年1月24日
施工周期 3年多
风险等级 一级高风险隧道
承建单位 中铁十一局集团

永顺隧道所在的贵南高铁正线全长481公里,是国家“八纵八横”高速铁路主通道包头至海口通道的重要组成部分,也是广西首条设计时速350公里的高速铁路。全线桥隧比高达九成,正线共设隧道108座、桥梁193座。永顺隧道作为全线6座超过万米的特大型隧道之一,其施工进度直接关系到整条铁路的通车节点。

二、攻坚难点:喀斯特地貌的“一级风险”五重封锁

永顺隧道所处地域是典型的喀斯特岩溶地貌,地质条件极为复杂。隧道洞身先后穿过2处断裂带,跨越40多处岩溶洼地,洞身位于地下水季节变动带内,岩溶水发育。隧道自进洞以来共发现溶洞46次,消除涌泥塌方隐患10次。其建设面临五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)溶洞密布——“地下蜂巢”的步步惊心

隧道跨越40多处岩溶洼地,岩溶强烈发育。喀斯特地貌中溶洞、溶蚀裂隙密布,施工中稍有不慎就可能遭遇巨型溶洞,引发突泥涌水甚至隧道塌陷。隧道自进洞以来共发现溶洞46次,平均每掘进约240米就遭遇一个溶洞。在如此密集的溶洞群中掘进,施工如履薄冰。

(二)断裂带与岩爆——“断裂带上的枪林弹雨”

隧道洞身先后穿过2处断裂带。断裂破碎带内岩体破碎、地下水发育,每穿越一条断裂带都面临坍塌和涌水的高风险。隧道施工过程中,岩爆频繁发生,围岩在高应力下突然破裂弹射,对施工人员安全构成致命威胁。

(三)突泥涌水——地下水季节变动带的“水帘洞”

洞身位于地下水季节变动带内,岩溶水极为发育。施工过程中经常有突泥、涌水等问题,突泥涌水不仅严重威胁施工人员安全,也可能瞬间淹没作业面。每一次突泥涌水都是一场生死博弈。

(四)作业面狭小与交通组织复杂——“空间困局”的极限挑战

作为单洞双线隧道,内部作业面狭小,交通组织复杂。在狭窄空间中,大型机械化设备难以全面施展;多作业面同时施工使物流调配和工序衔接极为困难,施工组织难度远超普通隧道。

(五)30℃高地温与长距离通风——地下“桑拿房”的极限坚守

隧道长达11公里,自然通风不畅。即使在冬季,洞内温度仍高达30℃左右。传统通风设备通常只能保证1公里隧道的施工需求。高地温、高湿度与长距离通风困难的叠加,使施工人员长期在闷热环境中作业,每工作一段时间就必须轮换休息。

三、技术创新:从“平行导洞”到“首台对旋通风机”的系统突破

面对喀斯特“地质博物馆”的多重封锁,云桂铁路广西公司与中铁十一局的建设者展开了一系列技术创新与管理突破。

(一)平行导洞施工法——10个作业面的“速度革命”

传统两头掘进方式难以满足工期要求。建设者参考了国内外众多特长隧道的施工经验,在永顺隧道洞口旁边开凿了一条平行的辅助坑道,通过导洞与开挖隧道之间的横通道,一举将隧道作业面增加至10个。最快的时候每天可向前推进40米,较传统施工方法提高5倍,使隧道提前3个月贯通。这个隧道也成为贵南高铁全线施工作业面最多、推进速度最快的隧道。

“平行导洞施工法不仅可以增加隧道施工的作业面,加快隧道整体施工进度,更兼有排水、出渣、通风、运输施工物资等作用,隧道建成后还可以发挥应急避险、线路维护等重要作用,可谓是一举多得。”云桂铁路广西公司贵南高铁指挥部副指挥长高在新说。

(二)首台低噪变频隧道专用对旋通风机——填补国内空白

永顺隧道由于长度很长,自然通风不畅。传统的通风设备通常只能保证1公里隧道的施工需求。施工单位组建了通风技术课题研究小组,研发出我国首台低噪变频隧道专用对旋通风机。通过采用压入式和巷道式通风方式,每台对旋通风机可满足3公里的施工需要,效率较以往提高了3倍,极大改善了隧道内的空气质量,保证隧道施工安全,也填补了我国长大隧道通风困难课题的空白。

(三)综合超前地质预报体系——“排雷”的科技之眼

施工中通过加强超前地质预报,强化过程监控,辅以物探雷达、TSP、瞬变电磁探水等综合预报手段,提前探明前方溶洞、断裂带和富水区的位置和规模,为动态调整施工方案提供了科学依据,有效降低了地质灾害风险。

(四)创新工装与工艺集群——质量与效率的双重保障

项目积极运用自行研发的二衬信息化浇筑系统、布料振捣仰拱一体化液压栈桥、矮边墙自动凿毛机等创新工装、新工艺,强化了现场质量、安全和环保管控,加快了工程进度。针对岩溶发育段,采用反压回填、增设混凝土护拱等措施,利用辅助坑道增加工作面,攻克了岩溶发育、地质复杂等难题。

四、战略价值:贵南高铁的“咽喉”工程

永顺隧道是贵南高铁全线重难点控制性工程、特长一级高风险隧道。贵南高铁贯穿广西西北部和贵州东南部,是广西首条设计时速350公里的高速铁路。永顺隧道的贯通,标志着贵南高铁广西段南宁到河池区间隧道工程全面竣工。

2023年8月31日,贵南高铁全线开通运营。南宁至贵阳的通行时间从5个多小时缩短至2小时左右。贵南高铁与成贵、贵广高铁、渝黔高铁等共同构成川渝黔至华南沿海地区间交流的快速铁路通道。

永顺隧道以11014米的长度和一级高风险隧道的殊荣,成为这条纵贯黔桂的钢铁大动脉上最关键的节点工程之一。从2018年6月开工到2022年1月贯通,三年多间,这座喀斯特腹地深处的地下长龙,见证了中国工程团队在极端复杂地质条件下“攻坚克难、敢为人先”的勇气与智慧。