襄垣隧道:郑太高铁10.15公里“高风险控制性工程”的科技攻坚

 2019年10月3日,在太行山下的国庆欢歌中,国家重点工程太焦高铁(郑太高铁组成部分)建设工地传来喜讯——全长10153米的襄垣隧道如期贯通。这座超过万米的特长隧道,被国家铁路集团有限公司确定为一级高风险隧道。作为郑太高铁全线第二座贯通的万米特长隧道,襄垣隧道穿越太行山下5条岩溶、突水、涌泥等频发的断层破碎地质带,以Ⅳ、Ⅴ级围岩为主、占比高达76%。自2016年10月进场以来,中铁五局的建设者在3年多的鏖战中,先后改革和创新工艺工法21项,获得国家专利5项,为2020年12月12日郑太高铁全线开通运营铺平了关键道路。

一、工程概况:10.15公里的“高风险控制性工程”

襄垣隧道位于山西省长治市襄垣县境内,是郑太高铁(太焦段)全线48座隧道中的一座,由中铁五局贵州公司承建。隧道的主要技术参数:

 
 
项目 数据
全长 10153米(约10.15公里)
全线排名 第二座贯通的万米特长隧道
风险等级 国家铁路集团一级高风险隧道
工程中标价 8.4亿元
围岩构成 Ⅳ、Ⅴ级围岩占比76%
地质断层 穿越5条地质断层
辅助斜井 3座,共长3913米
作业面 8个作业面、4个贯通面同时掘进

隧道岩层主要为泥岩、泥灰岩,先后穿越5条地质断层,具有地质结构复杂、安全风险高、质量控制难度大等特点,被中国铁路总公司确定为高风险控制性工程。

二、建设历程:从“2016年进场”到“2019年贯通”的3年鏖战

2016年10月,中铁五局太焦高铁项目部正式进场施工。

2019年5月8日,历经两年半的艰苦奋战,襄垣隧道出口至3号斜井段贯通,两支施工队伍胜利会师,实现了首个阶段性重要节点工期目标。

2019年10月3日,太焦高铁建设工地传来喜讯,全长10153米的襄垣隧道如期贯通。这座万米特长隧道的贯通,为太焦高铁2020年底开通运营奠定了坚实基础。

2020年12月12日,郑太高铁全线开通运营,太原至郑州的最短旅行时间缩短至2小时24分。

三、攻坚难点:一级高风险隧道的“三重封锁”

襄垣隧道被国家铁路集团有限公司确定为一级高风险隧道。其建设面临三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)5条地质断层与76%软弱围岩——“断裂带上的步步惊心”

隧道先后穿越5条地质断层,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。全隧Ⅳ、Ⅴ级围岩占比高达76%。Ⅳ、Ⅴ级围岩是围岩分级中稳定性最差的类别,岩体破碎、自稳能力极差。施工人员还遇到了大大小小的溶洞100多个,每一次岩溶突水、涌泥都是一场与地下水的生死博弈。

(二)岩溶、突水与涌泥——“水帘洞”中的极限排险

太行山下的地质条件极为复杂,岩溶、突水、涌泥等地质灾害频发。隧道开挖中,灰岩遇水极易产生掉块,富水条件下软弱围岩稳定性进一步恶化,突水涌泥风险极高。施工人员如同在地下“水帘洞”中掘进,每向前推进一米都可能遭遇突涌灾害。

(三)10公里万米长隧——工期与质量的双重考验

隧道全长超过10公里,仅设3座斜井共长3913米。施工过程中,独头掘进距离长,通风排烟、物料运输极为困难。工期紧、安全风险高、质量控制难度大,每一项都考验着建设者的智慧和韧性。

四、技术创新:21项创新工艺与5项国家专利的“科技突围”

面对“5条断层+76%软弱围岩+100多个溶洞”的多重封锁,中铁五局的建设者展开了一系列技术创新,先后改革和创新工艺工法21项。

(一)超前小导管角度定位装置——几十元的“网红”专利

在隧道施工过程中,打设超前小导管是非常重要的一环,也是开挖隧道的第一步。工人如果技术不够熟练,未能精确控制打设角度,极易造成掌子面坍塌。项目部职工创新工作室研发了“超前小导管角度定位装置”——两个巴掌大的红色装置。工人在打设超前小导管前,将其套在钢架上,再将风钻的钻头放入定位孔中,钻孔角度完全与隧道前进方向一致。一个角度定位装置,成本不过几十块钱,还能反复使用。这一装置获得国家专利,得到业主方高度认可并在太焦铁路全线推广。

(二)半自动防水板挂设台车——从22万报价到自主研发的“降本增效”

隧道施工中,防水板挂设是一大难题。此前,4个工人一天最多挂6米,人工挂还容易使防水板背后产生空洞。河南一家企业开出22万元制造一辆台车的高价。项目部决定自行研发,发动全体职工开展专项攻关。最终,一辆由职工自主研发的“半自动防水板挂设台车”诞生。车顶只需一名操作工人,轻轻一点遥控器,防水布就被滚轴抽到隧道上方,如同自动刷墙般铺满隧道水泥面。如今,一个工人一天能铺设24米。8辆台车累计节本降耗1500余万元。

(三)悬臂式混凝土半自动喷淋养护系统——破解二衬养护难题

在襄垣隧道施工中,项目部职工创新研发的“悬臂式混凝土半自动喷淋养护系统”解决了二衬混凝土养护难题。两根12米长的导轨紧贴隧道二衬拱顶,浓密的水雾从喷头中涌出,拱顶混凝土墙面变得湿润。这一系统有效保障了隧道衬砌质量。

(四)21项创新工艺与成套工装——科技攻坚的“全链条”

襄垣隧道施工中,建设者广泛使用半自动防水板挂设台车等隧道施工成套工装,积极推广“四新”技术应用、狠抓工序管理。先后获得国家级专利5项,国家级优秀QC成果1项、省部级优秀QC成果2项。这些创新有力推动了项目顺利实施和节点目标的实现。

五、战略价值:太原至郑州“2小时经济圈”的咽喉工程

襄垣隧道是郑太高铁全线重难点控制性工程。郑太高铁是我国高速铁路网“八纵八横”主通道太原至郑州高铁的重要组成部分。线路全长约358.8公里,设计时速250公里。全线共有39条隧道。

襄垣隧道的贯通,为郑太高铁全线通车扫清了关键障碍。郑太高铁开通运营后,太原到郑州的高铁动车将不必绕行石家庄方向,可直接沿晋中、长治、晋城南下出省。运行时间将由4小时缩短至2小时左右。山西省会太原与河南省会郑州之间,形成了“2小时经济圈”。

襄垣隧道以10153米的长度和国家一级高风险隧道的殊荣,成为这条纵贯太行山的钢铁大动脉上最关键的节点工程之一。从2016年10月的进场施工到2019年10月的胜利贯通,再到2020年12月郑太高铁的全线通车运营,这座太行山深处地下长龙的每一米掘进,都是中国工程团队在极端复杂地质条件下“攻坚克难、敢为人先”的生动写照。