如何在“豆腐”里成功打洞?成兰铁路松潘隧道这项创新获得国家专利

2020-11-06 516 0

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“咚咚咚~”11月5日上午11时许,随着最后半米拱部围岩被液压破碎锤凿通,成兰铁路松潘隧道顺利贯通。一般隧道贯通时,掌子面部位的大部分围岩都会被爆破,而松潘隧道却不同:被凿通的围岩位于掌子面的上部,而在掌子面的正前方,一块土堆矗立着,面积约为整个断面的2/3。“这是我们能在’豆腐’里顺利打通的秘诀。”成兰铁路有限责任公司成兰指挥部副指挥长肖霞林说。

成兰铁路位于两大地震断裂带交汇处,地质灾害频繁,加上地质条件复杂,软岩大变形多、岩性破碎,被视作我国在建最难铁路。在全线诸多隧道中,松潘隧道是松散围岩大变形的代表。

“简单来说,就是围岩稳定性太差。”肖霞林说,开挖隧道,新开挖的岩面,有一定的自稳时间,从几个小时到几天,甚至几十年都不会塌方,施工人员利用这段时间完成支护,施做二衬。可松潘隧道的围岩太差了,自稳的时间不足以完成支护,因此,施工中塌方、初支变形等险情多,“边修边垮”。

而且松潘隧道的埋深也浅,加上地表泥石流沟多,施工中还出现过一次冒顶险情。有一次,松潘连续暴雨后,地表土层松散程度加剧,隧道建设时突发垮塌险情,石块不停往下掉,持续了3个多小时,经探查发现,地表出现了直径12米、面积110平方米的塌坑。之后,施工人员采取地面钢管桩加固、洞内初支注浆加固、掌子面超前管棚支护等举措,让隧道形成稳定的结构。仅处理此处险情,就耗时5个月。

中间部位的就是核心土(王眉灵 摄)

中间部位的就是核心土

“2013年开工建设到2017年,这4年时间,我们以既有的开挖方法来做,但效果不明显。”中铁二十五局成兰铁路项目部总工程师石拓说,出现垮塌、变形等险情后,施工试着用了好几种方法,比如打长锚杆(加固)、加套拱(加粗)、横撑和斜撑等等,花费了不少精力和时间,但效果不明显,平均每月只能掘进22米左右。

在这一过程中,施工逐渐探索出“隧道微三台阶上部核心土施工工法”,在掌子面前方留存2/3面积大小的核心土,通过上部、侧面、下部分台阶施工,逐步往里掘进。该工法的核心点在于,解决了隧道掘进掌子面前方结构的稳定性,特别是软岩极为破碎段掌子面的稳定性。运用这一施工工法,隧道建设进度大为提升,同样地质段平均每月可掘进35米。

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这一被“逼”出来的自主创新,成功解决了地震高发区极度破碎软岩的大变形控制这一世界性难题,于2019年获得了国家知识产权局授予的发明专利。作为一种工法获国家发明专利,极为罕见。

肖霞林介绍,这一施工工法已经在全国推广应用,解决了很多铁路软岩隧道的建设难题,让隧道得以安全、高效掘进。松潘隧道建造关键技术经全面总结提炼,共形成和申报技术成果9项,将为我国高原、高寒、破碎软岩隧道建设提供技术借鉴。

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