吴家岔隧道:宝兰客专首座贯通的万米“一级风险”隧道

 2015年5月14日14时10分,随着最后一声炮响在甘肃榆中的黄土塬深处回荡,宝兰客专(现徐兰高铁宝兰段)全线4座10公里以上特长隧道中首座贯通的隧道——吴家岔隧道提前实现贯通。这座全长10.456公里的单洞双线隧道,位于甘肃省定西市安定区和兰州市榆中县交界处,穿越砂质黄土与泥岩地层,最大埋深245米。自开工建设以来,中铁二局的建设者在Ⅳ级、Ⅴ级围岩占比极高的“一级风险隧道”中鏖战近3年,以8个工作面同时施工、连续创造月成洞纪录的高效组织,攻克了黄土堆积层进洞、下穿连霍高速公路等重重难关。吴家岔隧道的提前贯通,为宝兰客专2017年7月9日全线通车运营奠定了坚实基础,使兰州至宝鸡的运行时间由7小时缩短至2小时。

一、工程概况:横亘黄土塬的10.456公里“首座万米长隧”

吴家岔隧道位于甘肃省定西市安定区与兰州市榆中县交界处,穿越车道岭,是宝兰客专全线4座10公里以上特长隧道中首座贯通的隧道。隧道的主要技术参数:

 
 
项目 数据
全长 10455.83米(约10.46公里)
全线排名 宝兰客专4座万米长隧之一
隧道类型 单洞双线高铁隧道
最大埋深 245米
主要地层 砂质黄土、泥岩
风险等级 一级风险隧道
贯通时间 2015年5月14日14时10分
施工单位 中铁二局

吴家岔隧道所在的宝兰客专(宝鸡至兰州客运专线)是徐兰高铁的重要组成部分,东起陕西宝鸡,西至甘肃兰州,全线桥隧比高达93.07%。隧道正洞Ⅳ级围岩8160米、Ⅴ级围岩2295.83米,Ⅳ级、Ⅴ级围岩占比极高,施工难度极大。作为中铁二局四公司成立以来施工的最长隧道,吴家岔隧道被列为项目工期和投资控制性工程。

二、攻坚难点:黄土塬的“三重封锁”

吴家岔隧道被列为一级风险隧道,其建设面临三大核心挑战的高度叠加。

(一)砂质黄土与泥岩——遇水即塌的“水豆腐”地层

隧道洞身穿越砂质黄土和泥岩地层。黄土遇水后结构迅速破坏,围岩自稳能力极差,施工如同在水豆腐上打洞。隧道出口位于黄土堆积层,进洞极为困难。Ⅳ级、Ⅴ级围岩占比极高,常规支护手段难以奏效,每向前掘进一米都面临坍塌的高风险。

(二)下穿连霍高速公路——毫米级沉降的极限控制

隧道下穿连霍高速公路。在运营高速公路下方进行隧道施工,任何地表沉降超标都可能影响路面安全,对爆破参数和沉降控制提出了毫米级的精度要求。施工如履薄冰。

(三)黄土堆积层与隧道通风——进洞与“呼吸”的双重困局

隧道出口位于黄土堆积层,进洞极为困难。隧道全长超过10公里,独头掘进距离长,施工通风排烟极为困难,洞内空气质量难以保证,施工效率受到严重制约。

三、技术创新:从“8个工作面”到“双层超前小导管”的系统突破

面对黄土塬的“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)“长隧短打”——8个工作面的高效协同

为破解10.46公里超长隧道的施工困局,隧道采用进出口及3个斜井辅助施工。高峰时期,共有8个工作面同时施工。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,有效破解了超长隧道的施工困局。

(二)“施作抗滑桩+大管棚”——攻克黄土堆积层进洞难题

针对隧道出口位于黄土堆积层、进洞困难的极端难题,项目部采用了 “施作抗滑桩+大管棚” 的施工方案。抗滑桩加固了洞口边坡的稳定性,大管棚超前支护在掌子面前方形成“伞状”保护层,二者相结合有效攻克了黄土堆积层进洞的世界级难题。

(三)双层超前小导管与超前地质预报——下穿高速公路的“安全锁”

在下穿连霍高速公路地段,项目部严格落实超前地质预报和监控量测工作,采用双层超前小导管进行施工。超前地质预报提前探明前方围岩状况;双层超前小导管通过两层注浆加固,在开挖面前方形成更加稳固的保护层,有效控制了地表沉降,确保了高速公路运营安全。

(四)标准化管理与高产纪录——从“月成洞130米”到“提前贯通”

项目部将标准化管理贯穿于隧道施工全过程,严控安全步距和开挖进尺,严格按照设计方案施工。2014年,吴家岔隧道1号斜井创造了连续5个月月成洞超过100米的纪录,出口连续8个月月成洞超130米。这一高产掘进使隧道提前贯通,成为宝兰客专全线4座10公里以上特长隧道中首座贯通的隧道。因吴家岔隧道施工进度远超其他三座特长隧道,且无砟轨道施工质量优良,项目部获得了甘青公司组织的全线观摩学习。

四、战略价值:宝兰客专的“首座标杆”

吴家岔隧道是宝兰客专全线4座10公里以上特长隧道中首座贯通的隧道。2017年7月9日,宝兰高铁全线正式开通运营。宝兰高铁是国家中长期铁路网规划“八纵八横”高速铁路主通道中路桥通道的重要组成部分,是贯穿我国西北地区与中、东部地区的铁路客运主通道。

开通后,兰州至宝鸡的运行时间由原来的7小时缩短至2小时,到达西安缩短至3小时左右。徐兰高铁与已开通的兰新高铁共同构成我国贯通东西的高铁大动脉。吴家岔隧道以10.46公里的长度和“首座万米长隧”的殊荣,成为这条横贯东西的钢铁大动脉上最关键的节点工程之一。

隧道通车后,运营维护工作持续进行。2023年10月,天水南高铁通信车间定西北高铁综合工区在徐兰高速定西北至榆中区间吴家岔隧道进行了年月表检修。吴家岔隧道至今仍日复一日地承载着徐兰高铁列车的密集通行,守护着这条横贯中国东西的钢铁大动脉的安全运行。