坪上隧道:渝厦高铁“Ⅰ级风险”岩溶长隧的1336天攻坚

 2023年12月27日12时,随着最后一次爆破声响彻渝东南群山,由中铁十二局承建的渝厦高铁重庆至黔江段全线首座富水岩溶万米长隧——坪上隧道提前节点工期3个月顺利贯通。这座全长10180米的单洞双线隧道,地处西南喀斯特地貌核心区,是全线涌水量最大、可溶岩区段最长的万米长隧。自2020年4月开工以来,建设者在1336个日夜中穿越3条逆掩断层、攻克单日216万立方米特大涌水、安全穿越50余次溶洞风险。坪上隧道的贯通,为2025年6月27日渝厦高铁重庆东至黔江段全线通车扫清了关键障碍,使重庆主城至黔江的旅行时间从4小时缩短至最快61分钟。

一、工程概况:彭水腹地的10180米“Ⅰ级风险”岩溶长隧

坪上隧道位于重庆市彭水苗族土家族自治县境内,是渝厦高铁重庆至黔江段(重黔铁路)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 10170—10180米(约10.18公里)
隧道类型 单洞双线高铁隧道
设计时速 350公里/小时
最大埋深 550米
风险等级 Ⅰ级风险管理隧道
贯通时间 2023年12月27日
施工周期 1336天
设计单位 中铁二院
施工单位 中铁十二局集团

坪上隧道所在的渝厦高铁重庆至黔江段,是国家《中长期铁路网规划》“八纵八横”高速铁路网中厦渝通道的重要组成部分。隧道地处西南喀斯特地貌核心区,全隧通过岩层以灰岩、白云岩等碳酸盐岩为主,地表岩溶沟槽、溶洞、洼地、落水洞等现象极为发育。隧道下穿高压富水区、文复背斜以及龙洋掩逆断层、高谷逆断层、熊家园逆断层等多条逆掩断层。作为全线可溶岩区段最多、地质结构最复杂的万米长隧,坪上隧道不仅是重黔铁路Ⅰ级风险管理隧道,更是全线重难点控制性工程之一。

二、建设历程:从“2020年开工”到“提前3个月贯通”的1336天鏖战

2020年4月,坪上隧道正式开工建设。为破解10.18公里超长隧道的施工困局,隧道采用“1泄水洞+1横洞+1平导+19横通道”的辅助坑道结构形式,辅助坑道全长10108米,为重黔铁路全线最长辅助坑道。这一宏大布局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。

2023年12月27日12时,随着最后一次爆破完成,历经1336天的艰苦鏖战,坪上隧道顺利贯通。隧道贯通较节点工期提前3个月。隧道的贯通,打破了全线建设瓶颈,成为全线第二座贯通的“万米长隧”。

贯通后,隧道建设快速推进。2025年3月13日,渝厦高铁重庆东至黔江段启动联调联试。2025年6月27日,渝厦高铁重庆东至黔江段正式开通运营。重庆东至黔江最快61分钟可达,重庆东至长沙最快3小时53分钟可达。

三、攻坚难点:全线涌水量最大的“喀斯特地质博物馆”

坪上隧道地处西南喀斯特地貌核心区,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)单日216万立方米特大涌水——全线涌水量之最

坪上隧道是全线涌水量最大的隧道。施工期间最大涌水量达每天216万立方米。216万立方米的日涌水量,相当于每天涌出约1030个标准游泳池的水量。这一数据在中国高铁隧道建设史上极为罕见。面对如此巨大的涌水量,每一次突水都可能瞬间淹没作业面,排水任务极为艰巨。为化解这一风险,设计团队创新设计了专项技术方案。

(二)3条逆掩断层与文复背斜——“断裂带上的步步惊心”

隧道穿越龙洋掩逆断层、高谷逆断层、熊家园逆断层等3条断层破碎带以及文复背斜。断层破碎带内岩体破碎、地下水极为发育,每穿越一条断层都面临坍塌和涌水的高风险。逆掩断层的复杂构造使围岩稳定性变化极为频繁,施工如履薄冰。

(三)50余次岩溶风险与10万立方米巨型溶腔——“地下蜂巢”的致命威胁

隧道建设过程中累计处理岩溶风险30余次,成功穿越大小岩溶50余次。其中最大溶腔长57米、宽45米、高40米,容积超过10万立方米。在如此密集的溶洞群中掘进,每向前推进一米都面临突泥涌水的致命威胁。

(四)进口严重顺层偏压与最大埋深550米——“变形魔咒”与极地应力的双重绞杀

隧道存在进口严重顺层偏压。顺层偏压使围岩受力不均,支护难度成倍增加。隧道最大埋深达550米。在如此巨大的埋深下,地应力高度集中,软岩大变形和岩爆风险突出。偏压与高地应力的叠加,使施工安全风险呈几何级数增加。

(五)煤层瓦斯及非煤有害气体——“隐形杀手”的生死排险

隧道存在煤层瓦斯及非煤有害气体等安全风险。瓦斯积聚风险对通风防爆管理提出了最为严格的要求;非煤有害气体对施工人员健康构成直接威胁。建设者通过人工配合瓦斯自动监测,安全通过煤层与瓦斯区段。

四、技术创新:从“智能掘进”到“一板一档”的系统突破

面对“特大涌水+3条断层+50余次岩溶”的多重封锁,中铁二院与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)Ⅰ级机械化施工配套体系——从“人海战术”到“智能掘进”

建设者构建了Ⅰ级机械化施工配套体系。应用了可视化超前物探、三维激光地质扫描仪、全自动化三臂凿岩台车、智能二衬台车等成套化工装设备。三臂凿岩台车实现了钻孔作业的自动化和精准化;智能二衬台车确保了衬砌质量的全过程管控。这一体系使隧道施工从原来的“人海战术”转变成为“智能掘进”,实现了超前地质智能探测、地质风险自动化预警和机械化智能排险相结合的施工模式。仅掌子面成套化智能机械设备就代替了以往一半以上的人员配置,施工安全保障和工效得到显著提升。

(二)智能机械化仰拱施工体系——功效提升35%的“流水线革命”

项目团队推广应用了“36米有效长度移动栈桥+仰拱全幅钢模板”的仰拱施工体系,实现了仰拱钢筋、仰拱混凝土、填充混凝土标准化流水线作业。这一工装体系功效提升约35%,从人工开挖平均超挖值23厘米下降到11厘米。创新形成的“挑钎法”工艺,通过应用柔性钻杆解决了三臂凿岩台车外插角过大的问题,将隧道拱墙超挖从17厘米降至9厘米,减少超挖47%。

(三)“一板一档”管理模式——工程质量的全生命周期管控

项目团队在全线率先探索实施了“一板一档”管理模式。建立起涵盖从设计到运维4个阶段、17道工序、24个环节的长效质量监管机制,建立了包括无砟轨道在内的隧道工程全寿命周期质量档案系统。这一模式成为全线质量管理的标杆。

(四)“探测+注堵+引排”综合治水方案——特大涌水的系统应对

针对富水岩溶地质,建设者量身制定了“探测+注堵+引排”相结合的富水岩溶隧道掘进施工方案。通过修筑洞内引排水系统,巧妙将地下暗河改造成为蓄水池,作为日常文明施工和混凝土养护取水地。通过超前预报管理,安全通过最大涌水量达每小时2.48万立方米的地下暗河。累计处理岩溶风险30余次,成功穿越大小岩溶50余次。同时采用人工配合瓦斯自动监测,安全穿越煤层与瓦斯区段。

五、战略价值:渝东南接入全国高铁网的咽喉工程

坪上隧道是渝厦高铁重庆至黔江段全线重难点控制性工程。渝厦高铁重庆至黔江段是国家“八纵八横”高铁网中厦渝通道的重要组成部分。坪上隧道的贯通,为2025年6月27日渝厦高铁重庆东至黔江段全线通车扫清了关键障碍。

渝厦高铁重庆东至黔江段正线全长约250公里,起自重庆东站,途经重庆市南岸区、巴南区、南川区、武隆区、彭水县,接入黔江站。全线共有隧道54座,桥隧比高达92.7%。渝厦高铁重庆段通车后,重庆主城区至黔江区的列车旅行时间将从4小时缩短至最快61分钟,重庆东至长沙最快3小时53分钟可达。

这条高铁线路将进一步加强沿线地区与海峡西岸经济区、长江中游城市群等经济发达地区间的相互联系。对于整合沿线旅游资源,加快推进沿线地区“大旅游经济”发展,促进区域社会经济快速发展具有重要意义。坪上隧道以10170米的长度和Ⅰ级风险隧道的殊荣,成为这条纵贯渝东南的钢铁大动脉上最关键的节点工程之一。