亚洲铁路第一长隧<br/>——大瑞铁路高黎贡山隧道

亚洲铁路第一长隧
——大瑞铁路高黎贡山隧道

2017-08-01司景钊

隧道建设(中英文) 2017年7期

亚洲铁路第一长隧
——大瑞铁路高黎贡山隧道

1 工程意义

大瑞铁路是我国《中长期铁路网规划》中完善路网布局和国家实施西部大开发战略的重要举措，是一条贯通滇西，走向南亚、东南亚的战略之路；更是一条事关国家“一带一路”战略、重塑南方古丝绸之路，促进滇西地区跨越发展的交通大动脉。大瑞铁路对进一步凸显云南面向东南亚、南亚开放的桥梁和纽带作用，促进沿线地区经济社会发展，提升云南对外开放水平，推动我国与东南亚、南亚国家的交流与合作，将产生重大而深远的影响。高黎贡山隧道是亚洲铁路第一长隧，为全线重点控制性工程。

2 工程概况

大理至瑞丽铁路(见图1)位于云南省西部地区，东起广大铁路终点大理站，向西经永平、保山和潞西等市县，穿苍山、笔架山、大光山、怒山和高黎贡山等山脉，跨西洱河、漾濞江、顺濞河、澜沧江、怒江和龙川江等大江大河，西至瑞丽，线路长330.103 km。其中，大理至保山段全长133.660 km，保山至瑞丽段全长196.443 km。

图1 大瑞铁路平面布置图

高黎贡山隧道平面布置见图2。隧道位于怒江车站与龙陵车站之间，全长34 538 m，最大埋深为1 155 m。设计速度为140 km/h，隧道进口(里程D1K192+302)紧邻怒江特大桥，怒江车站部分进入隧道进口段，出口(里程D1K226+840)位于龙陵县，龙陵车站部分进入隧道出口段。

图2 高黎贡山隧道平面布置图

高黎贡山隧道施工平面布置见图3，分为一、二期施工。一期为Ⅰ线隧道+辅助坑道(1座贯通平导+1座斜井+2座竖井)施工。Ⅰ线隧道全隧线路中线为直线，隧道内线路纵坡为人字坡，最大线路坡度为23.5‰。进口段21.198 kmⅠ线隧道及23.077 km平导采用钻爆法施工，出口段13.340 kmⅠ线隧道及11.518 km平导以TBM施工为主，TBM施工困难段及洞口段均采用钻爆法施工，TBM步进通过，Ⅰ线TBM直径为9.0 m，平导TBM直径为6.36 m。1号斜井位于线路右侧，按主副井设置，主斜井平长3 850 m，副斜井平长3 870 m； 2座竖井均按主副井设置，其中1号竖井主井深762.59 m、副井深764.74 m，2号竖井主井深640.22 m、副井深640.36 m，主井内径均为6.0 m，副井内径均为5.0 m。二期将贯通平导扩挖为Ⅱ线隧道。

图3 高黎贡山隧道一期施工平面示意图(单位： m)

2 工程地质情况

2.1 区域地质构造分布

高黎贡山隧道区域地质构造分布见图4。隧道位于印度板块与欧亚板块相碰撞缝合带附近，地跨扬子亚板块、印支亚板块和滇缅泰亚板块，穿越其两两相互碰撞汇聚的金沙江缝合带、澜沧江缝合带、保山地块与腾冲地块碰撞汇聚之怒江缝合带，褶皱、断裂构造相当发育。

(a) (b)

2.2 工程地质特征

本线是我国第一条穿越横断山脉、地形地质条件极为复杂的国家Ⅰ级干线铁路，沿线工程地质条件差，不良地质及特殊岩土发育，具有“三高”(高地热、高地应力和高地震烈度)、“四活跃”(活跃的新构造运动、活跃的地热水环境、活跃的外动力地质条件和活跃的岸坡浅表改造过程)的特征。

2.3 工程主要不良地质

2.3.1 高烈度地震

隧道区域位于滇西南地震带，地震活动强度非常大，频度高。测区地震动峰值加速度为0.20g，地震动反应谱周期为0.45 s。强震与活动断裂分布的相关性极高，大部分6级以上强震沿活动断裂分布。场址历史上遭受过强震，1976年5月龙陵发生7.3级地震。区域内龙陵—澜沧断裂具备发生7级及以上地震的构造条件，估计未来百年可能发生的最大震级M=7.5级。

2.3.2 活动断裂

隧道沿线断层分布和活动断裂分别见图5和表1。隧道洞身D1K206+020～+200段、D1K213+000～+280段分别穿越镇安活动断层及勐冒活动断裂，均属龙陵—澜沧断裂，该断裂的水平滑动速率为1.07～2.59 mm/年，其未来百年内最大右旋位移量估计值为(2.51±0.66) m，为晚更新世—全新世活动断裂。

图5 隧道沿线断层分布示意图

表1 隧道活动断裂一览表

2.3.3 高地温

高黎贡山越岭段地热成因类型主要为断裂深循环型，高黎贡山隧道位于邦腊掌—黄草坝水热活动带排泄区以南，朝阳—平达水热活动带补给区附近，黄草坝阻水隔热断裂之下盘(南东盘)相对低温通道内，深孔钻探实测最高温度40.6 ℃，路肩面最高温度36.7 ℃。

与隧道关系密切的导热断裂主要为邦迈—邵家寨断层(F1-2)、邦迈—邵家寨次级断层、怒江断裂(F1-1)、镇安断裂(F4-2)，导热断裂附近可能出现局部热水突出。前2个断层预测最高温度43 ℃，后2个断裂(F1-1、F4-2)预测最高温度50 ℃，均热害中等。

2.3.4 岩爆

隧道钻爆法施工7段1 840 m及TBM掘进段180 m位于花岗岩地层，为弱富水性硬质岩，可能产生轻微岩爆。埋深较大，区域地应力较高，根据深孔钻探揭露，局部岩芯饼化现象十分明显，反映了埋深较大处应力集中的状态，可能发生轻微或中等岩爆。预测全隧岩爆段落总长2 020 m，其中，轻微岩爆段累计长度770 m(含TBM施工段180 m)，中等岩爆段累计长度1 250 m。平导可能发生岩爆段落及岩爆等级与正洞对应里程一致。

2.3.5 软质岩变形

隧道穿越软弱岩层，遇地下水极易软化而发生软质岩控制性大变形。另外隧道穿越9条区域性断裂，也易发生结构控制型大变形。Ⅰ线隧道软岩大变形段落总长3 185 m，其中轻微变形1 435 m；断层破碎带中局部断层黏粒易发生中等大变形，长1 750 m。

2.3.6 放射性

隧道内放射性背景值较高的地层主要为花岗岩、混合花岗岩、花岗片麻岩和片岩等，隧道正洞、平导局部段落地层环境中，辐射照射对公众产生的年有效剂量当量He大于5 mSv，小于15 mSv，属放射性场所监督区。

2.3.7 有害气体

区内断裂切割深度大，隧道通过地段大面积出露岩浆岩，反映出区内地壳一定深度内岩浆活动及热力变质作用强烈，岩石变质作用复杂，矿物变质、富集可能伴生有毒气体，随着地热流体的流动可能造成隧道局部有毒气体富集。此外，隧道还存在岩溶、滑坡体、顺层、表层溜塌和特殊岩土(软土及膨胀土)等不良地质。

3 工程重难点

3.1 高温热害问题突出

中国目前还没有成熟的隧道高温环境下施工技术综合配套成果，施工难度很大。高温环境容易造成人员和施工设备效率降低，除危及人的健康安全以外，也直接影响到工程实体质量。施工阶段如不能采取有效的防治措施，将可能导致人身伤害或安全质量事故，进而影响工期和成本。如何减少热水对隧道施工和结构的影响，解决高温环境下混凝土的施工工艺以保证衬砌结构的质量，满足耐久性要求，需要进一步结合实际作业环境和条件进行研究，并采用新技术(隧道制冷技术、高温水环境下的注浆堵水技术、高温环境下的混凝土材料研究及施工技术)降低高温环境对施工人员和设备的不利影响，避免对工程实体质量的损害。

3.2 软岩大变形

软岩变形段施工历来属于隧道施工质量的关键控制点，到目前为止，该问题仍未完全解决，施工难度非常大。高黎贡山隧道软岩段落较长、埋深较大，而软岩段围岩的自承能力不足，易发生大变形，影响隧道施工安全，延误工期。在有些高地应力条件下的软岩甚至在二次衬砌施作完成以后仍长期发生持续缓慢的变形，导致二次衬砌开裂，结构侵入限界，需进行返工处理。TBM在软岩地段施工过程中则可能发生卡机受困事故。

3.3 隧道涌水量大

根据设计，预测隧道正常涌水量为12.77×104m3/d，最大涌水量为19.2×104m3/d。斜、竖井施工中可能存在涌水突泥事故，轻则造成淹井，重则可能导致重大的人员、设备和财产损失。地下水的存在严重影响隧道施工作业条件，对安全质量均有重要影响；更有可能在运营期间发生渗漏水，危及结构使用寿命和功能，严重影响运营安全。

3.4 软弱破碎围岩地段TBM施工易卡机

Ⅰ线TBM施工共有20段总长1 280 m属于岩体破碎-极破碎地段，平导TBM施工有15段总长980 m属于岩体破碎-极破碎地段，而且2台TBM均要穿越240 m的蚀变岩段，为不宜使用TBM掘进段。TBM掘进后易坍塌掉块，对刀盘的旋转形成很大阻力。如果围岩同时是软岩，则可能存在掘进后收敛变形的风险，对TBM形成较大的挤压应力。花岗岩地层富水节理密集带的突水涌砂会造成设备被困和安全事故，这些都将直接影响施工进度和安全，甚至可能引起工法的改变。

3.5 安全风险极高，组织管理管控要求严

高黎贡山隧道属于特长隧道长度特大、地质条件极复杂、工期紧张，属于Ⅰ级风险隧道。在深竖井及长斜井施工中就存在极高的风险，同时隧道存在高地温、涌水突泥、高地应力岩爆、软岩大变形、断层破碎带及活动断层等不良地质，在不良地质地段施工，易发生安全质量事故，稍有不慎就可能造成重大的人员、设备和财产损失。

在Ⅱ线平导扩挖施工阶段中后期，大瑞铁路已经正式运营，扩挖施工属于临近既有线施工，需要采取控制爆破措施，完善安全预案，避免对既有线正常运营的影响，确保扩挖施工顺利进行。

施工过程中如果对风险点识别不完全，方案不合理，把控不到位，则可能发生严重事故，甚至造成重大损失。因此，需要制定周密的安全防控措施，并落实到每个环节；制定隧道施工风险应急预案，配备必要的报警、应急通讯、应急照明和应急排水等系统。

3.6 通风效果要求高

隧道各作业面独头掘进距离都很长，且施工工况变换频繁，对通风方案的设计和选择及通风管理均要求较高。地质条件特殊，环境复杂，施工过程中可能存在高温热害及有害气体，对于施工通风的要求相对于常规隧道更高。