中国铁路隧道

中国轨道交通——隧道的成长

自新中国成立以来,中国经济快速的发展着,而轨道交通也在慢慢起步。我国是个多山的国家,75%左右的国土是山地或重丘,为了保护自然环境,消除山地危害,隧道工程已经成为了当前的主要解决方法。

从一九四九年到一九八五年,已建成的隧道共有4323座,总延长为2020.5公里。旧中国从一八八九年在台湾省台北至基隆的铁路线上,建成第一座261.4米的狮球岭隧道起,到一九四九年的六十年间,在大陆共建铁路隧道331座,总延长为100.1公里。新中国三十六年所建隧道座数和总延长分别为旧中国六十年所建的13.1倍和20.2倍。在这些新建的标准轨距铁路隧道中,五十年代建成的有994座,总延长为268.3公里;六十年代建成的有820座,总延长为388.1公里;七十年代建成的有2277座,总延长为1226.3公里;八十年代前半期,由于铁路建设重点转向既有线路改造和在中部、东部地带修建运煤线路,截止一九八五年底共建隧道232座,总延长为137.8公里。中国已成为二十世纪八十年代中期世界上铁路隧道最多的国家之一。随着山区铁路建设数量的增长,修建隧道的密度相应增大。据统计,一九四九年全国铁路线上平均每65.9公里有一座隧道,隧道总延长仅占线路总长的0.46%;而一九八五年全国平均每11.2公里铁路就有一座隧道,隧道总延长占线路总长的比例达4.1%。新中国成立初期修建的宝成铁路线上,隧道总延长为84.4公里,占线路长度的12.6%;六十年代修建的成昆铁路,隧道总延长344公里,占线路长度的31.3%;七十年代建成的襄渝铁路,隧道总延长287公里,占铁路线长度的33.4%。若以线路某一区段来说,成昆铁路的金口河至乌斯河一段盘山展线隧道密度为最。这段铁路长26公里,其中隧道13座,共延长21公里,占线路长度的80.8%,平均每公里线路中就有800多米是隧道。旧中国修建的隧道,其长度绝大部分在600米以下,标准轨距隧道的平均长度为374米,窄轨隧道的平均长度为121米。新中国成立初期,修建宝成铁路翻越秦岭时,由于受修建长大隧道的能力所限,不得不迂回展线盘山而过。从五十年代后期起,修建长大隧道的能力逐渐增强。一九五九年建成了4270米长的凉风垭隧道,首次突破4000米长度。一九六七年建成了6379米长的沙木拉达隧道,一九六九年又建成了7032米长的驿马岭隧道,一九八一年开工新建的大瑶山隧道长达14295米,在中国铁路隧道建设史上第一次突破1万米。从一九四九年到一九八五年建成的铁路隧道中,长度在3公里以上的有58座,其中4公里以上的有20座。由于长隧道增多,隧道的平均长度也显著增长。新中国成立以后新建的隧道,五十年代平均每座长310米,六十年代平均每座长499米,七十年代平均每座长533米,八十年代前半期平均每座长588米。总平均为467.4米。另外还修建了几十座多线隧道。这是中国铁路隧道科学技术有了较大发展和综合建设能力大为增强的标志。

方法也发生了很大变化。目前我国主要的技术有,爆法隧道施工技术,特殊围岩隧道施工及地质灾害防治要点,埋暗挖施工技术,挖法设计与施工,敞式岩石掘进机与复合衬砌施工,法设计与施工,埋管段隧道修建技术,助施工方法,水下隧道等等。说道水下隧道,拿广深港客运专线的狮子洋隧道为例子据中国工程院院士专家组会诊论证显示,狮子洋隧道水下工程占总量的57%,开掘难度极高,而且是内地铁路首次以盾构法进行水下隧道施工,列为全线最高风险等级,其间将遭遇长距离掘进中盾构设计与配置、

地下防坍和控制变形、特殊环境下结构耐久性、水下隧道防救灾等九项重大技术难关,譬如盾构机在水深仅7米的小虎沥水道,隧道顶距水底仅7到9米,且全为淤泥或软硬不均地层下作业,风险极大,加上高铁运行时速350公里的速度目标值,都是世界级的考验。

该标段工程具有规模大、工期紧、设计标准高、涉及工法多、地质复杂、水压大、盾构掘进距离长等特点。同时,还存在明挖基坑地层软弱、刀具管理难度大、高水压带压作业以及江底地中盾构对接与拆解等工程难点。

自2007年11月9日狮子洋隧道第一台盾构机开始掘进以来,建设、设计和科研部门联合展开攻关,先后攻克了“高水压、强渗透”地质条件下,掘进机水中带压更换刀具等多项世界性的技术难题,成功穿越深水、淤泥和超浅埋地段,实现了盾构机的水下精确对接。

2011年03月12日,我国采用盾构法施工的首座水下铁路隧道广深港高铁狮子洋隧道12日全线贯通。直径超过11米的巨型盾构机在水下60米深处的精确对接,标志着我国长距离水下铁路隧道的施工和科研取得了重大突破。这座隧道多项世界性技术难题全部破解,填补了我国泥水加压平衡盾构机施工多项技术空白。

担负狮子洋隧道SDIII标施工的中铁隧道股份项目部全体员工历经磨难,克服了江底复杂地层施工风险、设备故障频发、频繁带压进仓、洞内施工作业面多、战线长,工艺工法交叉转换频繁,施工干扰大等困难,狮子洋员工经历了超乎想象的艰辛、坎坷„„

面对诸多施工难题,全体参战员工始终坚持“至精、至诚,更优、更新”的企业精神,充分发挥专业化队伍的优势, 周密部署,精心组织,依靠集团的技术和专家优势,在监理、设计、咨询的共同帮助下,不断摸索总结经验,优化工序安排,积极主动采取各种措施确保正常生产,在江底破碎带施工中,科学制定方案,精心组织施工,大力开展科技攻关,先后攻克了江底破碎带施工难题,实现了施工技术突破,为国内同等地质条件下海底盾构掘进施工积累了宝贵经验。

项目部承担施工任务的狮子洋隧道左线正线长5999.94米,右线正线长5966.626米。开工伊始,项目部以高标准、严要求、讲科学、不懈怠的理念推进狮子洋隧道建设。2006年5月项目进场施工,2007年11月首台越洋盾构“跨越号”始发,2010年5月17日、7月19日左右线盾构分别掘进至原定合同里程。在之后的施工中,为了早日实现隧道贯通,本着“不见不散”的原则向洋底持续推进,顺利完成四次追加任务量,并率先达到对接里程。此间,项目部针对狮子洋隧道的特点和技术难题逐一开展科研立项和攻关。克服了众多世界性难题,创造了国内外隧道施工多项记录,攻克了带压进仓等多项技术难题,逐步探索了一套软硬不均地层特长隧道泥水盾构施工技术方案。

其中有些主要重难点,1.径泥水平衡盾构机长距离穿越复杂地层。

工程盾构隧道施工为国内铁路首次进行江底长距离的推进,圆隧道内直径

9.8m,盾构独头推进近5000m,对整个系统的运行、维护要求高。 盾构掘进需通过粉质粘土、淤泥质粘土、细砂、中砂、粗砂、全风化~弱风化的泥质砂岩、粉砂岩、细砂岩等多种复合地层,基岩地段还需通过断层或节理密集带,对刀具的适应性、泥水系统和推进中参数的控制有较高的要求。

2.江中对接

盾构机采取在江中对接解体的方式,国内尚无施工先例,施工风险大,对接段的加固止水和盾构机拆解后对盾壳的支撑都要确保万无一失。

3. 联络通道施工

本标段共设12处联络通道,其中盾构段10处,部分联络通道处于淤泥质土、粉细砂岩地层中,在地下水丰富的情况下开挖,需进行特种注浆和冷冻法施工,施工难度和风险均较大。

4. 盾构机浅埋段和近接段施工

盾构机穿越地段覆土深度最小仅6.2m,河道最低处距隧顶仅10m左右,始发段左右线间距离仅0.5倍洞径,在这种情况下对轴线控制、地面沉降及参数稳定控制难度很大。

5. 工程接口多、防水要求高

本工程的防水等级较高,且由于施工工艺繁杂,特别是明挖隧道与暗挖隧道、明挖隧道与盾构工作井、盾构工作井与盾构隧道、联络通道与隧道、江中对接等接口较多,而且隧道经过地段地下水丰富、与江河存在水力联系,为承压水,在防水施工上存在一定困难。

但是自2007年11月9日狮子洋隧道第一台盾构机开始掘进以来,建设、设计和科研部门联合展开攻关,先后攻克了“高水压、强渗透”地质条件下,掘进机水中带压更换刀具等多项世界性的技术难题,成功穿越深水、淤泥和超浅埋地段,实现了盾构机的水下精确对接。负责隧道设计的中国铁建铁四院副院长谢海林介绍,在安全设计上,隧道可满足“抗震抗火抗暴抗洪”要求。抗震设计可抗7级强震,抗爆可抵御5公斤炸药的冲击。抗洪设计,可以满足300年一遇洪水水位下,河道的冲刷变形对隧道的影响。防水采用了双道密封条,可以防渗防漏,满足100年耐久性要求。此外,隧道内设计的19条逃生横通道,可以有效应对火灾、火车意外撞击等事故发生时人员的安全撤离。可见施工人员并没有被种种困难而吓退,而是义无反顾的冲了上去,与其战斗,直至战胜了这些困难。狮子洋隧道的列车通过时速设计350公里,是目前世界上通行速度最快的水下铁路隧道。这些离不开施工人员的智慧结晶和汗水。

经过几十年的努力,中国隧道与地下工程修建技术已比肩欧美,成为世界隧道大国。中国中铁隧道集团公司秉承“勇于跨越,追求卓越”的企业精神,肩负起行

业科技创新的重任,发展了钻爆法等传统工法,首创了浅埋暗挖法,并迅速在我国隧道与地下工程中推广应用。尤其是“十一五”期间,他们不仅进一步发展了传统隧道施工方法,而且利用盾构工法修建城市地铁,穿越大江大河,引领我国隧道施工进入穿江越海时代。

中铁隧道集团公司高度重视科研开发工作,坚定实施“科技兴企”战略。集团公司董事长、党委书记郭大焕要求加大科技创新力度,努力打造中国中铁隧道知名品牌。集团公司总经理张继奎根据建筑市场发展形势,进一步提出了“大专业,小综合”的发展思路,要求充分发挥科技人才的创造力,培育核心技术优势,提升企业的整体竞争能力。

集团领导的正确领导使得中铁隧道集团公司在“十一五”期间完成科研立项100余项,取得了丰硕的科研成果。承担国家863计划项目4项,铁道部重点科研项目7项。通过省部级鉴定22项,其中17项科研成果达到国际领先或国际先进水平,17项科研成果达到国内领先或国内先进水平。五年来共获得各类科技进步奖82项次,其中国家级科技进步奖2项,省部级科技进步奖13项。获得国家级工法9项、省部级工法24项。目前累计拥有国家级工法17项,省部级工法50项。获国家发明专利9项,实用新型专利25项。主持和参加编写的国家和行业以上技术规范标准22项,翻译标准2项。科技创新和技术进步大大提高了隧道施工技术水平,为制订和实施“十二五”科技创新技术打下了坚实基础。 中铁隧道集团公司高瞻远瞩,根据行业发展趋势,瞄准国际先进技术,提出了中长期隧道科技四大发展方向:一是低碳、节能、环保型地下工程修建技术。二是隧道及地下工程施工智能化、信息化和机械化技术。三是海底、水底隧道修建技术。四是盾构、TBM隧道及隧道专用设备研制技术。

为了四大发展方向的顺利实施,他们提出打造创新型、科技型、环保低碳型现代化企业集团的目标,确立了“十二五”科技创新11大重点开发技术:一是软弱围岩隧道安全快速施工技术,二是盾构及TBM施工脱困和超前加固地层技术,三是大直径泥水盾构施工关键技术,四是客运专线、重载铁路隧道施工关键技术,五是深大基坑和多线并行隧道施工关键技术,六是水下隧道修建关键技术,七是长大隧道修建关键技术,八是复杂桥梁施工关键技术,九是智能化和信息化施工技术,十是严寒地区隧道防排水及防冻综合技术,十一是基于互联网技术的工程项目三维图形信息管理系统。

他们还进一步提出了六大推广和转化技术:一是注浆加固地层技术;二是软弱围岩快速施工及大变形控制技术;三是盾构和TBM始发、到达和脱困技术;四是节能通风技术;五是降水技术;六是可视化检测技术。这些技术紧密结合企业实际,目前在某些领域已经取得一定进展,对企业发展产生了积极的推动作用。 在跨越大江大河施工领域,过去是桥梁建设具有传统优势,但是随着世界先进的盾构技术在我国工程建设领域中的逐步成熟,从大江大河甚至海底下面穿越已不再是梦想。特别是沿江沿海码头城市,城市空间非常有限,地下和水下空间开发将是必然趋势。

“万里长江第一隧”武汉长江隧道已于2009年底通车,长江过江交通迎来“江上架桥、江面行船、江底通隧”的“三维”时代。该隧道面临盾构机掘进姿态控制难、高水压、超浅埋、强透水、长距离掘进五大世界级难题。中国中铁领导高度重视,多次亲临现场帮助解决问题。中铁隧道集团公司联合体采用“气垫式泥水平衡技术”,保持水压平衡,水土沉降控制在3厘米以内;采用最新的防水接缝技术防

止隧道施工渗漏水。为了控制隧道变形,施工方研制出特种管片,被列入国家863计划,最终成功攻克了五大世界级难题。

我国是个多山的国家,75%左右的国土是山地或重丘,此外,我国江湖还区域比较广泛,沿海公路通道规划中常遇到桥梁方案与隧道方案必选的问题,内河的横跨通道也同样遇到这些问题。过去跨江通道之考虑桥梁方案,这对于解决南北交通发挥了巨大作用,但同时对航道造成不良影响。相比之下,隧道建设的优势就体现了出来,不仅不收自然环境影响,能全天候通行,还对生态环境影响小,一洞多用的特点受到广泛重视。

近半个世纪以来,中国铁路隧道修建技术虽然有很大发展,但与当代世界铁路隧道长度不断增加并向水域发展的趋势比较还有一定差距。中国当前铁路隧道的修建的数量,已列世界前茅,但 10km 以上的隧道(包括贯通的)只有 4 座,既大瑶山、长梁山双线隧道和秦岭 I 、 II 线单线隧道。 20km 以上的长大隧道和水下铁路隧道还是空白。因此,特长和超长隧道的设计理论和施工技术还有待开发、研究和提高。同时,对于为数众多的 500m 以下的短隧道施工机械化程度还不高。对于隧道环境工程、防灾技术以及山区铁路隧道普遍存在的各种地质灾害防治技术也许要研究和加强。隧道建设组织管理水平亟待提高,以适应铁路隧道高质量高效率建设发展的需要。

中国铁路隧道建设,走过一个多世纪的风雨历程,又面临着 21 世纪更大的挑战。国家已作出决策,加强铁路基础设施建设、拉动国民经济发展和西部大开发,云、贵、川、藏铁路,沿江铁路,以及南部沿海铁路等,都有大山阻隔,长隧道和隧道群不可避免,铁路隧道建设任重道远。西安南京铁路东秦岭隧道,长 12268m (建成后将是我国第三长的双线隧道),已于 2000 年 3 月动工。京沪高速铁路南京过长江的水下隧道,黄河水下隧道,以及穿越胶州湾、渤海湾、杭州湾、琼州海峡和台湾海峡的海底隧道也已在研究中。中国铁路隧道向超长和水域发展将是在所必然。铁道部在《铁路科技发展“十五”计划和 2015 年长远规划纲要》中强调,未来 5-15 年铁路科技发展的重点任务是:发展高新技术,实现技术跨越;加强技术创新,促进产业技术升级;强化基础技术,提供技术保障。铁路隧道工程技术的发展,也要向这一目标努力。要加强高新技术的开发研究,加强地质勘探和新技术、新设备的应用研究,发展隧道工程地质学,加强施工地质勘测和超前预报工作,改进和完善施工机械化配套,加强对隧道灾害的防治及环境保护等方面的研究,努力提高隧道建设组织管理水平,把铁路隧道修建技术的发展推向新阶段。

我国通过三十多年大量工程的实践,初步形成了中国完整的隧道科学技术体系,隧道建设者正以改革的精神,大力推广先进的新奥法施工工艺,采用先进的施工机具,为多快好省地修建铁路隧道而努力,未来更美好!

中国轨道交通——隧道的成长

自新中国成立以来,中国经济快速的发展着,而轨道交通也在慢慢起步。我国是个多山的国家,75%左右的国土是山地或重丘,为了保护自然环境,消除山地危害,隧道工程已经成为了当前的主要解决方法。

从一九四九年到一九八五年,已建成的隧道共有4323座,总延长为2020.5公里。旧中国从一八八九年在台湾省台北至基隆的铁路线上,建成第一座261.4米的狮球岭隧道起,到一九四九年的六十年间,在大陆共建铁路隧道331座,总延长为100.1公里。新中国三十六年所建隧道座数和总延长分别为旧中国六十年所建的13.1倍和20.2倍。在这些新建的标准轨距铁路隧道中,五十年代建成的有994座,总延长为268.3公里;六十年代建成的有820座,总延长为388.1公里;七十年代建成的有2277座,总延长为1226.3公里;八十年代前半期,由于铁路建设重点转向既有线路改造和在中部、东部地带修建运煤线路,截止一九八五年底共建隧道232座,总延长为137.8公里。中国已成为二十世纪八十年代中期世界上铁路隧道最多的国家之一。随着山区铁路建设数量的增长,修建隧道的密度相应增大。据统计,一九四九年全国铁路线上平均每65.9公里有一座隧道,隧道总延长仅占线路总长的0.46%;而一九八五年全国平均每11.2公里铁路就有一座隧道,隧道总延长占线路总长的比例达4.1%。新中国成立初期修建的宝成铁路线上,隧道总延长为84.4公里,占线路长度的12.6%;六十年代修建的成昆铁路,隧道总延长344公里,占线路长度的31.3%;七十年代建成的襄渝铁路,隧道总延长287公里,占铁路线长度的33.4%。若以线路某一区段来说,成昆铁路的金口河至乌斯河一段盘山展线隧道密度为最。这段铁路长26公里,其中隧道13座,共延长21公里,占线路长度的80.8%,平均每公里线路中就有800多米是隧道。旧中国修建的隧道,其长度绝大部分在600米以下,标准轨距隧道的平均长度为374米,窄轨隧道的平均长度为121米。新中国成立初期,修建宝成铁路翻越秦岭时,由于受修建长大隧道的能力所限,不得不迂回展线盘山而过。从五十年代后期起,修建长大隧道的能力逐渐增强。一九五九年建成了4270米长的凉风垭隧道,首次突破4000米长度。一九六七年建成了6379米长的沙木拉达隧道,一九六九年又建成了7032米长的驿马岭隧道,一九八一年开工新建的大瑶山隧道长达14295米,在中国铁路隧道建设史上第一次突破1万米。从一九四九年到一九八五年建成的铁路隧道中,长度在3公里以上的有58座,其中4公里以上的有20座。由于长隧道增多,隧道的平均长度也显著增长。新中国成立以后新建的隧道,五十年代平均每座长310米,六十年代平均每座长499米,七十年代平均每座长533米,八十年代前半期平均每座长588米。总平均为467.4米。另外还修建了几十座多线隧道。这是中国铁路隧道科学技术有了较大发展和综合建设能力大为增强的标志。

方法也发生了很大变化。目前我国主要的技术有,爆法隧道施工技术,特殊围岩隧道施工及地质灾害防治要点,埋暗挖施工技术,挖法设计与施工,敞式岩石掘进机与复合衬砌施工,法设计与施工,埋管段隧道修建技术,助施工方法,水下隧道等等。说道水下隧道,拿广深港客运专线的狮子洋隧道为例子据中国工程院院士专家组会诊论证显示,狮子洋隧道水下工程占总量的57%,开掘难度极高,而且是内地铁路首次以盾构法进行水下隧道施工,列为全线最高风险等级,其间将遭遇长距离掘进中盾构设计与配置、

地下防坍和控制变形、特殊环境下结构耐久性、水下隧道防救灾等九项重大技术难关,譬如盾构机在水深仅7米的小虎沥水道,隧道顶距水底仅7到9米,且全为淤泥或软硬不均地层下作业,风险极大,加上高铁运行时速350公里的速度目标值,都是世界级的考验。

该标段工程具有规模大、工期紧、设计标准高、涉及工法多、地质复杂、水压大、盾构掘进距离长等特点。同时,还存在明挖基坑地层软弱、刀具管理难度大、高水压带压作业以及江底地中盾构对接与拆解等工程难点。

自2007年11月9日狮子洋隧道第一台盾构机开始掘进以来,建设、设计和科研部门联合展开攻关,先后攻克了“高水压、强渗透”地质条件下,掘进机水中带压更换刀具等多项世界性的技术难题,成功穿越深水、淤泥和超浅埋地段,实现了盾构机的水下精确对接。

2011年03月12日,我国采用盾构法施工的首座水下铁路隧道广深港高铁狮子洋隧道12日全线贯通。直径超过11米的巨型盾构机在水下60米深处的精确对接,标志着我国长距离水下铁路隧道的施工和科研取得了重大突破。这座隧道多项世界性技术难题全部破解,填补了我国泥水加压平衡盾构机施工多项技术空白。

担负狮子洋隧道SDIII标施工的中铁隧道股份项目部全体员工历经磨难,克服了江底复杂地层施工风险、设备故障频发、频繁带压进仓、洞内施工作业面多、战线长,工艺工法交叉转换频繁,施工干扰大等困难,狮子洋员工经历了超乎想象的艰辛、坎坷„„

面对诸多施工难题,全体参战员工始终坚持“至精、至诚,更优、更新”的企业精神,充分发挥专业化队伍的优势, 周密部署,精心组织,依靠集团的技术和专家优势,在监理、设计、咨询的共同帮助下,不断摸索总结经验,优化工序安排,积极主动采取各种措施确保正常生产,在江底破碎带施工中,科学制定方案,精心组织施工,大力开展科技攻关,先后攻克了江底破碎带施工难题,实现了施工技术突破,为国内同等地质条件下海底盾构掘进施工积累了宝贵经验。

项目部承担施工任务的狮子洋隧道左线正线长5999.94米,右线正线长5966.626米。开工伊始,项目部以高标准、严要求、讲科学、不懈怠的理念推进狮子洋隧道建设。2006年5月项目进场施工,2007年11月首台越洋盾构“跨越号”始发,2010年5月17日、7月19日左右线盾构分别掘进至原定合同里程。在之后的施工中,为了早日实现隧道贯通,本着“不见不散”的原则向洋底持续推进,顺利完成四次追加任务量,并率先达到对接里程。此间,项目部针对狮子洋隧道的特点和技术难题逐一开展科研立项和攻关。克服了众多世界性难题,创造了国内外隧道施工多项记录,攻克了带压进仓等多项技术难题,逐步探索了一套软硬不均地层特长隧道泥水盾构施工技术方案。

其中有些主要重难点,1.径泥水平衡盾构机长距离穿越复杂地层。

工程盾构隧道施工为国内铁路首次进行江底长距离的推进,圆隧道内直径

9.8m,盾构独头推进近5000m,对整个系统的运行、维护要求高。 盾构掘进需通过粉质粘土、淤泥质粘土、细砂、中砂、粗砂、全风化~弱风化的泥质砂岩、粉砂岩、细砂岩等多种复合地层,基岩地段还需通过断层或节理密集带,对刀具的适应性、泥水系统和推进中参数的控制有较高的要求。

2.江中对接

盾构机采取在江中对接解体的方式,国内尚无施工先例,施工风险大,对接段的加固止水和盾构机拆解后对盾壳的支撑都要确保万无一失。

3. 联络通道施工

本标段共设12处联络通道,其中盾构段10处,部分联络通道处于淤泥质土、粉细砂岩地层中,在地下水丰富的情况下开挖,需进行特种注浆和冷冻法施工,施工难度和风险均较大。

4. 盾构机浅埋段和近接段施工

盾构机穿越地段覆土深度最小仅6.2m,河道最低处距隧顶仅10m左右,始发段左右线间距离仅0.5倍洞径,在这种情况下对轴线控制、地面沉降及参数稳定控制难度很大。

5. 工程接口多、防水要求高

本工程的防水等级较高,且由于施工工艺繁杂,特别是明挖隧道与暗挖隧道、明挖隧道与盾构工作井、盾构工作井与盾构隧道、联络通道与隧道、江中对接等接口较多,而且隧道经过地段地下水丰富、与江河存在水力联系,为承压水,在防水施工上存在一定困难。

但是自2007年11月9日狮子洋隧道第一台盾构机开始掘进以来,建设、设计和科研部门联合展开攻关,先后攻克了“高水压、强渗透”地质条件下,掘进机水中带压更换刀具等多项世界性的技术难题,成功穿越深水、淤泥和超浅埋地段,实现了盾构机的水下精确对接。负责隧道设计的中国铁建铁四院副院长谢海林介绍,在安全设计上,隧道可满足“抗震抗火抗暴抗洪”要求。抗震设计可抗7级强震,抗爆可抵御5公斤炸药的冲击。抗洪设计,可以满足300年一遇洪水水位下,河道的冲刷变形对隧道的影响。防水采用了双道密封条,可以防渗防漏,满足100年耐久性要求。此外,隧道内设计的19条逃生横通道,可以有效应对火灾、火车意外撞击等事故发生时人员的安全撤离。可见施工人员并没有被种种困难而吓退,而是义无反顾的冲了上去,与其战斗,直至战胜了这些困难。狮子洋隧道的列车通过时速设计350公里,是目前世界上通行速度最快的水下铁路隧道。这些离不开施工人员的智慧结晶和汗水。

经过几十年的努力,中国隧道与地下工程修建技术已比肩欧美,成为世界隧道大国。中国中铁隧道集团公司秉承“勇于跨越,追求卓越”的企业精神,肩负起行

业科技创新的重任,发展了钻爆法等传统工法,首创了浅埋暗挖法,并迅速在我国隧道与地下工程中推广应用。尤其是“十一五”期间,他们不仅进一步发展了传统隧道施工方法,而且利用盾构工法修建城市地铁,穿越大江大河,引领我国隧道施工进入穿江越海时代。

中铁隧道集团公司高度重视科研开发工作,坚定实施“科技兴企”战略。集团公司董事长、党委书记郭大焕要求加大科技创新力度,努力打造中国中铁隧道知名品牌。集团公司总经理张继奎根据建筑市场发展形势,进一步提出了“大专业,小综合”的发展思路,要求充分发挥科技人才的创造力,培育核心技术优势,提升企业的整体竞争能力。

集团领导的正确领导使得中铁隧道集团公司在“十一五”期间完成科研立项100余项,取得了丰硕的科研成果。承担国家863计划项目4项,铁道部重点科研项目7项。通过省部级鉴定22项,其中17项科研成果达到国际领先或国际先进水平,17项科研成果达到国内领先或国内先进水平。五年来共获得各类科技进步奖82项次,其中国家级科技进步奖2项,省部级科技进步奖13项。获得国家级工法9项、省部级工法24项。目前累计拥有国家级工法17项,省部级工法50项。获国家发明专利9项,实用新型专利25项。主持和参加编写的国家和行业以上技术规范标准22项,翻译标准2项。科技创新和技术进步大大提高了隧道施工技术水平,为制订和实施“十二五”科技创新技术打下了坚实基础。 中铁隧道集团公司高瞻远瞩,根据行业发展趋势,瞄准国际先进技术,提出了中长期隧道科技四大发展方向:一是低碳、节能、环保型地下工程修建技术。二是隧道及地下工程施工智能化、信息化和机械化技术。三是海底、水底隧道修建技术。四是盾构、TBM隧道及隧道专用设备研制技术。

为了四大发展方向的顺利实施,他们提出打造创新型、科技型、环保低碳型现代化企业集团的目标,确立了“十二五”科技创新11大重点开发技术:一是软弱围岩隧道安全快速施工技术,二是盾构及TBM施工脱困和超前加固地层技术,三是大直径泥水盾构施工关键技术,四是客运专线、重载铁路隧道施工关键技术,五是深大基坑和多线并行隧道施工关键技术,六是水下隧道修建关键技术,七是长大隧道修建关键技术,八是复杂桥梁施工关键技术,九是智能化和信息化施工技术,十是严寒地区隧道防排水及防冻综合技术,十一是基于互联网技术的工程项目三维图形信息管理系统。

他们还进一步提出了六大推广和转化技术:一是注浆加固地层技术;二是软弱围岩快速施工及大变形控制技术;三是盾构和TBM始发、到达和脱困技术;四是节能通风技术;五是降水技术;六是可视化检测技术。这些技术紧密结合企业实际,目前在某些领域已经取得一定进展,对企业发展产生了积极的推动作用。 在跨越大江大河施工领域,过去是桥梁建设具有传统优势,但是随着世界先进的盾构技术在我国工程建设领域中的逐步成熟,从大江大河甚至海底下面穿越已不再是梦想。特别是沿江沿海码头城市,城市空间非常有限,地下和水下空间开发将是必然趋势。

“万里长江第一隧”武汉长江隧道已于2009年底通车,长江过江交通迎来“江上架桥、江面行船、江底通隧”的“三维”时代。该隧道面临盾构机掘进姿态控制难、高水压、超浅埋、强透水、长距离掘进五大世界级难题。中国中铁领导高度重视,多次亲临现场帮助解决问题。中铁隧道集团公司联合体采用“气垫式泥水平衡技术”,保持水压平衡,水土沉降控制在3厘米以内;采用最新的防水接缝技术防

止隧道施工渗漏水。为了控制隧道变形,施工方研制出特种管片,被列入国家863计划,最终成功攻克了五大世界级难题。

我国是个多山的国家,75%左右的国土是山地或重丘,此外,我国江湖还区域比较广泛,沿海公路通道规划中常遇到桥梁方案与隧道方案必选的问题,内河的横跨通道也同样遇到这些问题。过去跨江通道之考虑桥梁方案,这对于解决南北交通发挥了巨大作用,但同时对航道造成不良影响。相比之下,隧道建设的优势就体现了出来,不仅不收自然环境影响,能全天候通行,还对生态环境影响小,一洞多用的特点受到广泛重视。

近半个世纪以来,中国铁路隧道修建技术虽然有很大发展,但与当代世界铁路隧道长度不断增加并向水域发展的趋势比较还有一定差距。中国当前铁路隧道的修建的数量,已列世界前茅,但 10km 以上的隧道(包括贯通的)只有 4 座,既大瑶山、长梁山双线隧道和秦岭 I 、 II 线单线隧道。 20km 以上的长大隧道和水下铁路隧道还是空白。因此,特长和超长隧道的设计理论和施工技术还有待开发、研究和提高。同时,对于为数众多的 500m 以下的短隧道施工机械化程度还不高。对于隧道环境工程、防灾技术以及山区铁路隧道普遍存在的各种地质灾害防治技术也许要研究和加强。隧道建设组织管理水平亟待提高,以适应铁路隧道高质量高效率建设发展的需要。

中国铁路隧道建设,走过一个多世纪的风雨历程,又面临着 21 世纪更大的挑战。国家已作出决策,加强铁路基础设施建设、拉动国民经济发展和西部大开发,云、贵、川、藏铁路,沿江铁路,以及南部沿海铁路等,都有大山阻隔,长隧道和隧道群不可避免,铁路隧道建设任重道远。西安南京铁路东秦岭隧道,长 12268m (建成后将是我国第三长的双线隧道),已于 2000 年 3 月动工。京沪高速铁路南京过长江的水下隧道,黄河水下隧道,以及穿越胶州湾、渤海湾、杭州湾、琼州海峡和台湾海峡的海底隧道也已在研究中。中国铁路隧道向超长和水域发展将是在所必然。铁道部在《铁路科技发展“十五”计划和 2015 年长远规划纲要》中强调,未来 5-15 年铁路科技发展的重点任务是:发展高新技术,实现技术跨越;加强技术创新,促进产业技术升级;强化基础技术,提供技术保障。铁路隧道工程技术的发展,也要向这一目标努力。要加强高新技术的开发研究,加强地质勘探和新技术、新设备的应用研究,发展隧道工程地质学,加强施工地质勘测和超前预报工作,改进和完善施工机械化配套,加强对隧道灾害的防治及环境保护等方面的研究,努力提高隧道建设组织管理水平,把铁路隧道修建技术的发展推向新阶段。

我国通过三十多年大量工程的实践,初步形成了中国完整的隧道科学技术体系,隧道建设者正以改革的精神,大力推广先进的新奥法施工工艺,采用先进的施工机具,为多快好省地修建铁路隧道而努力,未来更美好!


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