鐵一院隧道專業(圖)
時間:2011-04-18 瀏覽次數:

世紀回眸:鐵骨丹心穿險阻

——院隧道專業歷史回顧

代代傳承,隧道設計邁出穩健步伐

在艱難險峻的崇山峻嶺間、在罕無人煙的大漠高原上、在亙古滄桑的黃土高坡前,我院的“隧道人”寫下了一個時代的輝煌。

  自1953年建院至今,我院已設計建成鐵路單雙線隧道、車站隧道、公路隧道2000余座,累計設計里程2000多公里,先后獲得30余項國家、省、部級優秀設計和科技進步獎,引領了中國隧道建設領域的多項技術革新,在祖國的大江南北樹起了一座座豐碑!

隧道,看似不起眼的土木工程,卻凝聚了幾代人的智慧結晶。

  上世紀五十年代,由于自然和技術條件限制,中國交通運輸業可謂是一窮二白,工程設計及施工領域比西方發達國家落后近一個世紀,計算工作只能憑借雙手演算完成,設計人員沒有現成的經驗借鑒,只能摸著石頭過河。寶成線、西延線等多條交通樞紐的隧道設計工作,不得不在干干停停的節奏中蹣跚推進。

  但就是在那樣落后的技術條件下,我院的“隧道人”在寶成鐵路寶略段山嶺地區最長的秦嶺隧道,設計了井深136、直徑4.5的隧道豎井;天蘭段大改建時,首次采用了框架柱式棚洞特殊設計;青藏線老關角隧道首次完成了當時高原第一長隧……正是一代代設計者點滴的積累,成就了我院隧道專業從量變到質變的飛躍。從1950年到1985年期間,我院隧道專業設計人員歷經幾十載辛勤耕耘,為我國縱橫交錯的鐵路網奉獻出自己的青春,塑造出多座舉世矚目的里程碑式的隧道建筑。

穿越秦嶺,隧道建設發展史上的里程碑

  彈指一揮間,80年代后期,隨著“請進來,走出去”的技術理念開始在設計領域滲透,雙線及多線隧道、特長隧道相繼在主要鐵路干線中出現,新技術、新工藝、新材料、新結構逐步應用,隧道設計邁出穩健的步伐。

  在秦嶺深處,一座當代中國最雄偉的地下建筑正發揮著越來越重要的作用。這就是由我院勘察設計、榮獲國家科學技術進步一等獎的秦嶺特長鐵路隧道。它的貫通,在中國鐵路建設史上具有劃時代的意義,標志著中國建設特長隧道的技術和水平邁上了一個新臺階。

  “我國隧道建設發展史上的一個新的里程碑”,這是寫在國家科學技術獎勵推薦書中的結論性意見中的一句話。

  秦嶺隧道是西安安康鐵路的控制工程,位于青岔車站與營盤車站之間,呈南北方向縱穿秦嶺山腹,由兩條相距30的平行單線隧道組成,單線長度18.46公里,居世界山嶺隧道第六位、亞洲第二位。隧道頂部距地表的最大埋深1600,為世界之最。由于不具備特長隧道施工技術,中國以往的鐵路建設只能在淺山地區和山谷中繞行,西安至安康鐵路原線路長達800多公里,而現在的西康鐵路基本沿直線延伸,正線長度只有267.8公里,足足少了500多公里!

  1995年元月,秦嶺II線隧道采用機械化鉆爆法先期開工,先后戰勝巖爆、高溫、涌水等災害,安全度過13條地質斷層帶,比預定工期提前3個半月貫通二線平行導洞,4次刷新中國鐵路單線隧道獨頭掘進速度的最高紀錄。

  I線隧道首次引進德國先進的大型隧道掘進機(TBM)設備與施工技術,可連續完成掘進,初期支護,仰拱塊安裝,風、水、電延伸和自行軌道鋪設等作業。施工全過程采用電腦PLC程序控制,實現了無爆破、無振動、無粉塵的工廠化快速掘進,達到國際先進水平,創造了單口月掘進528和日掘進40.5兩項全國最高記錄。

  TBM的引入,掀開了交通隧道機械切削施工的新篇章,大大拓寬了工程修建的方法和手段,同時也降低了工程造價,使得長度更長、規模更大、技術難度更高的隧道及地下工程的修建成為可能,推動了中國隧道及地下工程技術的快速發展。

迎難而上,黃土隧道阻不斷高速之旅

  鄭西客運專線沿線80%區段為黃土覆蓋,濕陷性黃土區施工技術是最大的技術難題。其中秦東隧道是全線重點控制工程之一,設計為單洞雙線隧道,為特大斷面黃土隧道。

  該隧道面臨諸多設計難點,如黃土隧道結構松散、自穩能力差、開挖斷面達164平方米,國內外均無類似的工程實例。另外,隧道內鋪設無砟軌道,工后沉降要求不大于15毫米;隧道洞口基底位于濕陷性黃土地層中,應采用有效基底處理措施,但隧道施工空間有限,施工難度及風險極大。同時,設計人員還需考慮鄭西客專設計時速為350公里,列車在隧道內高速運行產生的空氣動力學效應在洞口以微壓波的形式進行釋放,易對鄰近建筑物和周邊環境造成不利影響。

  由于時間緊迫、問題棘手,設計者常常加班到深夜,甚至幾十個小時不合眼。當繁華都市的霓虹璀璨閃爍時,與之相映的是辦公大樓的燈火通明。為了打造世界一流的高速鐵路,他們放棄了無數個節假日,犧牲了多少次與家人團聚的機會。

  經過縝密研究,一套套解決方案成功地應用于實踐。為了確保大斷面黃土隧道施工安全,針對不同地段,設計者分別采用了留核心土臺階法、CRD法及雙側壁導坑法等工法;為了確保工后沉降滿足要求,隧道內采用沖擊擠密水泥土樁法,有效地消除了基礎黃土的濕陷性……隨著一個個疑難問題的迎刃而解,鄭西高鐵得以順利地開通運營,我院在濕陷性黃土地區的高速鐵路修建技術也得到了進一步完善,形成了具有自主知識產權的“拳頭產品”。

動態設計,哪里有問題哪里就有技術支撐

  在孫中山先生的《建國方略》中,蘭州至重慶鐵路就被列為“中國鐵路系統中最重要者”。新建鐵路蘭渝線是我國路網中連接西北與西南的重要通道,由我院承擔設計的蘭州至廣元段總長492.956公里,由北向南分別經過黃土高原、秦嶺高中山區兩大地貌單元,全段隧道工程集中,地質條件復雜,長大隧道比例較高,共分布有隧道66座,隧道總長343.263公里,占線路總長度的69.6%,其中特長隧道9座,總長143.96公里,占隧道工程的41.9%。

  我院設計人員在傳統測量階段的基礎上,增加了加深地質及穩定方案研究階段,對蘭州至廣元段境內的不良地質進行徹底調查,并進行了多方案研究。為最大限度地繞避不良地質,在理論基礎充分的條件下,大膽使用了3‰隧道內不折減的技術標準,不僅節省了7.5億元的工程投資,而且改善了工程設置條件,降低了橋梁高度,減少了通過膨脹軟巖帶的隧道長度,使暗工程隧道改善為明線橋工程,提高了工程的安全可靠性。

蘭渝鐵路控制性咽喉工程之一的西秦嶺隧道設計為兩座單線隧道,左線長28236,右線長28236.58,為全線第一長隧道,采用鉆爆法和TBM相結合施工,是目前國內采用鉆爆法和TBM相結合施工最長的隧道。木寨嶺隧道地質條件復雜,其中洞身大段落穿越炭質板巖,設計和施工難度極大,是極高風險隧道。設計人員根據實際情況采用動態設計,在現場設立動態設計組,他們天天泡在工地,哪里有問題就第一時間出現在哪里,為隧道建設的順利推進提供了強有力的技術支持。

同心同力,開創我國公路特長隧道新紀元

  我院設計的秦嶺終南山公路隧道全長18.02公里,是當時世界上最長的雙洞高速公路隧道,擁有世界口徑最大、深度最高的豎井通風工程,擁有全世界高速公路隧道最完備的監控技術,擁有世界高速公路隧道最先進的特殊燈光帶等六項“世界第一”。

  一次建成18公里特長高速公路隧道在國內外尚屬首次,該隧道涉及的運營通風、監控、防災救援、系統集成及運營管理等關鍵技術均屬世界性難題,這對我院隧道設計者來講無疑是一次嚴峻的考驗。為此,設計者翻閱大量相關資料,密切合作,從選線踏勘初期到調研設計后期,一點一滴收集各方資料,不管環境多么惡劣,不管條件多么艱苦,經歷了無數個不眠之夜。

  終南山隧道在選線初期,在國內首次采用衛星定位技術進行無通視測量,采用了大地音頻測深技術、鉆探、物探、遙感等立體化綜合勘探技術和地應力測試等技術,在460平方公里范圍內進行綜合勘察,最后選定了地質條件最好、線路走向較短、對自然環境影響最少的石砭峪埡口作為主隧道的越嶺通道。通過廣泛調研和借鑒國內外鐵路、煤炭、礦山等行業的技術成果,設計采用了節能、高效、可靠的三豎井分段縱向式通風技術;建立了集監控、報警、通風、救援和滅火為一體,具有國際先進水平的綜合防災救援體系,隧道全程采用火災自動報警系統和具有火災事件檢測功能的視頻事件檢測系統,提高了隧道異常事件的檢測率。2007年曾發生一例火災事件,視頻事件檢測系統和火災自動報警系統先后在火情發生30秒內發現異常并報警,救援人員及時趕到現場并成功處置,未造成人員傷亡事故;隧道還首次建立了超大規模、智能先進、安全可靠的特長公路隧道監控系統,已經成為我國公路隧道建設史上一個新的里程碑。

拓展業務,挑戰多方建設領域

  進入21世紀,隨著社會的發展,土地資源日趨緊張,地下通道和地下空間的開辟利用因具有安全可靠、經濟便利、環保節約用地等優勢,越來越多地被采用。我院隧道專業依靠多年積累的技術優勢,已逐步擴展到地鐵、市政、引水排水工程等多項領域,生產規模逐步擴大,產值逐年增長,不斷創造出新的輝煌成績。

  全暗挖的勁松站是北京地鐵的代表之一,受車站周邊環境限制,該車站不具備明挖條件,需暗挖施工,開創了我院在地鐵設計領域的先例。設計人員通過對單跨兩層大斷面、雙跨兩層聯拱、三跨兩層聯拱等幾種斷面在空間利用率、土建規模、施工風險、廢棄工程量等方面綜合比較后,確定采用施工安全性高,風險小、空間利用率高的雙柱三跨兩層聯拱結構。而在重慶地鐵設計中,考慮到重慶以巖石地層為主,傳統鉆爆法施工不僅會帶來爆破振動、擾民、環境污染、阻礙交通等不利影響,其施工進度也較慢。為此,我院成立了以隧道專業為支撐的專家組,決定采用兩臺敞開式硬巖隧道掘進機施工,并解決了諸如敞開式TBM設備參數要求、支護技術、沉降控制技術、小間距施工技術、過站技術及隧道防排水研究等六大難題,使重慶地鐵成為國內首條采用TBM施工的地鐵工程。

  在市政設計領域,隧道設計者大展拳腳,不斷研發創新,在攻克難關的同時,自主開發出了效率高、實用性強的設計軟件,并廣泛應用于實踐中。

  廣州康王路延伸段下穿流花湖隧道工程,位于廣州市繁華地段,隧道下穿影響的建筑物有市政管線、高架橋、流花湖、高層民用建筑等,工程邊界條件復雜,工法多變,面臨著零距離下穿既有高架橋深基坑支護及橋樁保護、立體十字交叉異形多層地下結構及施工工法技術以及湖底雙層隧道結構耐久性技術等多項技術難題。廣州魚珠至長洲島隧道工程是我院歷史上第一次主持設計的沉管隧道工程,推薦采用沉管隧道方案,工程越珠江段江面寬度780,最大水深超過15,隧道多次下穿既有鐵路,方案設計過程中涉及航道、港務、海事、水利、漁政、鐵路、市政、規劃、碼頭等部門,方案論證內容非常廣泛。該工程的實施,將為我院更大力度參與跨越大江大河的隧道工程奠定雄厚的基礎。

  西安水荒始于1969年,曾有40%的地區實行定時供水,1995年幾十家工廠因無水停產,數十萬居民在缺水中度日。為解決這一“頑疾”,引乾濟石調水工程應運而生。我院承擔了穿越秦嶺終南山的輸水隧洞設計工作。設計人員打破傳統思路,將鄰近鐵路、公路隧道已探明的地質情況及相關資料在輸水隧洞建設中直接利用,實現了資源共享;并將輸水隧洞與公路隧道建設相結合,同步實施,利用在公路隧道內開設橫通道的方式將輸水隧洞分成若干段,實現了長隧短打、縮短工期、節省投資的目的。無獨有偶,在南水北調的骨干工程引漢濟渭調水工程中,長達97公里的秦嶺隧洞是控制性關鍵工程,所經區間地質情況復雜、地形變化極大。設計人員經過多方案比選,針對特殊地形反復研究,確定了隧洞以TBM施工為主、鉆爆施工為輔,將全隧洞分為三大段,即進口鉆爆法施工段、嶺脊TBM施工段、出口鉆爆法施工段,有力確保了隧洞的順利建設。

團隊協作,大會戰中再創時代輝煌

  橋隧處目前擁有隧道及地下工程專業技術人員60余名,高級工程師30名。這支風華正茂的團隊充滿了激情和創造力,打造了一項又一項的精品工程。

  從1953年以來,我院隧道專業設計項目先后獲得國家科技進步一等獎1項,國家級銅質獎1項,部優、省優共28項。其中秦嶺特長鐵路隧道修建技術獲“國家科技進步一等獎”,參與設計的青藏鐵路工程獲“國家科技進步特等獎”,烏鞘嶺隧道修建技術獲“鐵道部特等獎”,青藏鐵路多年凍土隧道關鍵技術獲“鐵道部科學技術二等獎”,編制的單、雙線鐵路隧道防坍建筑物“棚洞”部標準和輕型明洞部通用圖、單線鐵路棚洞獲部優秀設計二等獎;“淺埋及偏壓隧道設計定量分析計算辦法”填補了鐵道部的空白,并先后編制了模筑襯徹及復合式襯徹部標準及通用圖,獲得部優秀設計二、三等獎……

  “業精于勤,行成于思”。多年來,隧道專業一直注重“兩條腿走路”,一方面多方引進高素質、高能力的優秀人才,補充新鮮的血液;另一方面,隧道所秉承了“傳、幫、帶”的培養方式,在實際工作中經驗豐富的同志只要發現問題,就隨時隨地啟發、傳授新同事。所里多次組織新進人員到施工現場參觀學習,并聘請院士、教授結合設計、施工中遇到的疑難問題進行專業知識傳授,在團隊內部掀起了互幫、互學、互問的學習高潮。

  無論嚴寒酷暑,只要工作需要,這些“隧道人”都會馬上放下個人的一切,迅速奔赴第一線。哪里有隧道,哪里就有他們的足跡;哪里有隧道搶險,哪里就有他們的身影。近年來,我院隧道專業先后參與了北京地鐵、西安地鐵、重慶地鐵等項目,設計中不斷涌出技術難點,為了便于討論研究,相關設計人員常常集中在一起辦公,他們需要處理來自業主、總體單位及相關專業單位的各項意見,承受著巨大的壓力,精神常處于高度緊張之下,大家開玩笑地說:“工作已經滲透到我們的血液里,就連晚上做夢也不放過?!?/SPAN>

  進入新世紀,中國鐵路的現代化建設走向了由量的積累向質的轉變的黃金時期。2011年,不但是我院“十二五”規劃的開局之年,也是我院“三次創業”偉大征程的關鍵一年,鐵一院的所有“隧道人”必將抓住機遇,開拓進取,在新的起點上描繪出更加壯麗的篇章!

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