连云山隧道:浩吉铁路“七隧二桥”之首的800天攻坚

 2017年6月21日上午10时,随着最后一声炮响在浏阳北乡的群山深处回荡,蒙华铁路(后更名浩吉铁路)全线重点控制性工程——连云山隧道正式贯通。这座全长10.7公里的单洞单线隧道,是浩吉铁路全线最长的单洞单线隧道,也是全线首个贯通的10公里以上长大隧道。自2015年4月28日开钻以来,中铁二局的建设者们历时两年零三个月,比合同工期提前10个月完成了这座Ⅰ级风险隧道的掘进任务。连云山隧道的贯通,刷新了国内单洞单线长大隧道施工新纪录,为这条世界最长重载铁路的按期通车赢得了宝贵时间,也为我国重载铁路特长单线隧道建设积累了弥足珍贵的工程经验。

一、工程概况:横亘浏阳北乡的10.7公里“头号工程”

连云山隧道位于湖南省浏阳市境内,进口位于淳口镇枫林湖村,出口位于关口街道道源湖村。隧道全长10702米(约10.7公里),设计时速120公里/小时,是蒙华铁路“七隧二桥”九大控制性工程之一,也是全线最长的单洞单线隧道。

 
 
项目 数据
全长 10702米(约10.7公里)
全线地位 浩吉铁路最长单洞单线隧道
隧道类型 重载铁路单洞单线隧道
设计时速 120公里/小时
最大埋深 566.1米
最大地应力 23.9MPa
最大日涌水量 41570立方米
开工时间 2015年4月28日
贯通时间 2017年6月21日
施工周期 2年3个月(提前10个月)
风险等级 Ⅰ级风险隧道
施工单位 中铁二局集团二公司

隧道是浩吉铁路浏阳段最先开钻的工程,它的开钻标志着浩吉铁路浏阳段正式开工建设。隧道穿越2条发育褶皱带、8条断层和3条节理密集带,地层含水量较大。隧道最大埋深达566.1米,最大地应力23.9MPa,出口超浅埋段最小埋深仅5.28米。隧道高至极高地应力洞段长达7697米。

作为重载铁路隧道,浩吉铁路设计时速120公里,规划年运输能力2亿吨以上。重载铁路对隧道仰拱技术和质量标准要求远高于普通铁路隧道,隧道的整体道床与结构耐久性必须满足万吨重载列车长期反复冲击的严苛要求。

二、攻坚难点:Ⅰ级风险隧道的“三重封锁”

连云山隧道被列为Ⅰ级风险隧道,其建设面临三大核心挑战的高度叠加。

(一)单线小断面——“空间困局”的极限挑战

连云山隧道为单洞单线隧道,断面狭小。与双线隧道相比,单线隧道作业空间极为有限,大型机械化设备难以全面施展,物料运输、人员进出、工序交叉全部在狭窄空间内完成。建设者形象地形容,在单线小断面隧道中施工,如同在“螺蛳壳里做道场”,每一道工序的推进都受到空间的严苛制约。

独头掘进距离长、断面小,洞内施工交通干扰大,隧道快速施工组织难度极高。如何在这种“空间困局”中实现快速掘进,成为贯穿施工全过程的头号难题。

(二)复杂地质——“地质博物馆”的生死穿越

隧道地质条件极为复杂,穿越2条发育褶皱带、8条断层和3条节理密集带,地层含水量较大。在8条断层的密集穿越中,每向前掘进一米都面临坍塌和涌水的高风险。断层破碎带内岩体破碎、地下水发育,施工稍有不慎就可能引发地质灾害。

“这是我第一次遇到施工如此艰难的项目。”贯通现场,有着20多年隧道施工经验的3工区经理朱光明满是感慨。隧道最大日涌水量达41570立方米——相当于每天涌出近20个标准游泳池的水量。在斜井段施工期间,项目重点加强了反坡开挖隧道的抽排水。解决断层中存在涌水、突泥、防塌等工作成为安全控制的重点。

(三)工期紧迫与重载铁路高标准——“速度与质量”的双重考验

隧道设计建设工期为43个月。作为“七隧二桥”九大控制性工程之一,隧道的建设进度直接关系到整条铁路能否按期完工。与此同时,作为重载煤运通道,仰拱技术和质量标准高,对结构耐久性和施工精度提出了远超普通铁路隧道的严苛要求。如何在确保重载铁路高质量标准的前提下实现快速掘进,成为建设者必须破解的核心命题。

三、技术创新:从“3斜井5工作面”到“24米长栈桥”的系统突破

面对“单线小断面+复杂地质+工期紧迫”的三重封锁,中铁二局的建设者与科研团队展开了一系列技术创新与管理突破。

(一)“3斜井5工作面”——破解单线隧道施工困局

为破解10.7公里超长单线隧道的施工困局,隧道设置了3个斜井作为辅助施工洞,使全线形成5个作业面、8个作业点同时施工作业的宏大格局。这一“长隧短打”的组织模式,使建设者能够在多个作业面同步推进,有效破解了单线小断面特长隧道“有劲使不出”的困局。隧道贯通时,来自全国各地的500多名工人经历了800多个日夜的奋战。

(二)24米仰拱长栈桥——“单线隧道长栈桥施工工法”的全国首创

针对单线隧道断面小、仰拱施工与掘进运输相互干扰的突出矛盾,中铁二局创新研发了24米仰拱长栈桥。传统的短栈桥无法同时满足掌子面掘进和仰拱施工的并行需求,而24米长栈桥使运输车辆可以从栈桥上方通行,仰拱施工在栈桥下方同步进行,实现了掘进与仰拱施工的平行流水作业。这一工法刷新了国内单洞单线长大隧道施工新纪录,被总结为“单线隧道长栈桥施工工法”,为后续单线特长隧道施工提供了宝贵的经验参照。

(三)新型无门架台车与湿喷机械手——机械化配套的全面升级

项目采用新型无门架台车、湿喷机械手等国内隧道施工先进设备、工艺进行施工建设。无门架台车取消了传统台车的门架结构,大幅提升了隧道内的通行空间和运输效率;湿喷机械手则提高了喷射混凝土的效率和质量,降低了粉尘浓度。以高度机械化方式组织施工,有效弥补了单线小断面隧道人工效率低下的短板。

(四)技术质量分级管理与超前地质预报——“排雷”的科技之眼

项目革新管理理念,采用技术质量分级管理,强化现场班组长安全质量责任制。全面加强超前地质预报,实时监控围岩变化,有效化解隧道施工风险。针对隧道地质特性,项目部组织研究施工方案,成立专题研究小组,先后4次召开专家论证会,并制定周技术例会制度。通过刚性落实“两紧一长”施工红线,确保了隧道安全顺利贯通。

四、战略价值:浩吉铁路的“湘赣咽喉”

连云山隧道是浩吉铁路全线首个贯通的特长隧道。2019年9月28日,浩吉铁路正式开通运营。这条北起内蒙古鄂尔多斯市浩勒报吉南站、终至京九铁路吉安站的重载铁路,全长1813.5公里,是世界上一次性建成投用里程最长的重载铁路。

浩吉铁路是国家“北煤南运”新的战略运输通道。过去需要一个多月才能运到的煤炭,通过浩吉铁路最快一天之内可以到达。规划年运输能力2亿吨以上,对于保障华中地区能源供应、扩大煤炭“公转铁”运量、助力打好污染防治攻坚战具有重要意义。

对于拥有140多万人口的浏阳市来说,浩吉铁路的开通意味着自2003年醴浏铁路停运后,时隔16年再次迎来大铁路过境并设站。连云山隧道以10.7公里的长度和全线最长单洞单线隧道的殊荣,成为这条纵贯南北的能源大动脉上最关键的节点工程之一。