穿越“地质博物馆”的新成昆铁路
2022-05-30郭静
60多年前，老成（四川省成都市）昆（云南省昆明市）铁路的建成书写了人类征服自然的奇迹。半个多世纪后的2022年6月21日，21世纪的新成昆铁路核心控制性工程——小相岭隧道顺利贯通，标志着在建新成昆铁路隧道全线贯通。这不仅是老成昆铁路传奇的续写，更是中国铁路建设者们又一次对极限的挑战。
新成昆铁路建设过程中遇到了哪些地质难题？中国铁路建设者们又是如何用科技的力量攻克这些难题的呢？
成昆线读书铺站是新、老成昆铁路的交会车站（摄影/罗春晓）
新成昆铁路上的“拦路虎”
2007年，全长860千米的新成昆铁路正式开工。新成昆铁路与老成昆铁路的走向大致平行，而又截弯取直。隧道，就是“拉直”线路的主要方式。
不论是老成昆铁路还是新成昆铁路，铁路沿线都是山势陡峭，深涧密布，沟壑纵横，地形和地质极其复杂，被称为“地质博物馆”，曾被外国专家断言为“铁路禁区”。
隧道施工中面临着涌水、涌砂、塌方、活动断裂、断层破碎带、软岩大变形、岩爆、高地温等工程地质难点。
以新成昆铁路线上最长隧道——小相岭隧道为例，水害即涌水是建设过程中最大的“拦路虎”，水量之大、风险之高国内罕见。
涌水指的是由于隧道的掘进破坏了含水层结构，使水动力条件和围岩力学平衡状态发生急剧改变，以致地下水体所储存的能量以流体高速运移形式瞬间释放而产生的一种动力破坏现象。
涌水是隧道施工中仅次于塌方的地质灾害之一，水的主要来源有地表水体、溶洞及暗河水、老窖积水或古矿洞积水、含水层及断层水。
在小相岭隧道施工过程中，突发涌水情况（摄影/中新社记者 刘忠俊）
在隧道施工过程中，常常会引起隧道围岩应力（地下洞室周围岩石中单位面积上的内力强度）松弛或集中，使围岩遭到破坏，也会使隔水层的有效保护厚度相应减小，导致围岩稳定性降低，从而增加隧道涌水的风险。
此外，隧道的涌水量随地形地貌条件及隧道位置的变化而变化，隧道越长、经过的水文地质单元越多、汇水面积及补给范围越大，其单位涌水量就越大。
全电脑三臂凿岩台车进行钻爆作业，实现智能定位和全自动高效智能化钻孔，凿岩速度快，安全系数高，爆破效果好（供图/郭静）
湿喷机械手，其工作范围最远达16米，用于喷射混凝土（供图/郭静）
如何攻克难“啃”的硬骨头
在设计之初，小相岭隧道即在中部设置了人字排水坡，以应对可能出现的严重的涌水问题。施工过程中，建设者们坚持“治岩先治水、治水先泄压、泄压先排水”的原则，引进国内先进的全电脑三臂凿岩台车、湿喷机械手等大型工装设备，采取探水、泄水、排水、分水等多种举措，改善围岩地质条件，使风险频率和规模大大降低。通过增设止水墙，将涌水通过横洞排至自然河道，或者采取加深加宽排水槽的方式，加大排水量，最终“驯服”了涌水。
在隧道开挖过程中，受应力变化（指日积月累有个力一直在变化）影响，山体软岩容易变形。要解决变形问题，就要给岩體减压，如图所示，即需要把隧道断面扩大，预留出变形空间，建设人员使用钢制拱架进行加固，将突起的不规则岩石锁定在拱架上。
为了不让隧道壁垮掉，要扩大断面，提前预留由于重力而下坠的范围并对其加固（供图/马骁）
岩层在构造运动作用下，因受力而发生弯曲，一个弯曲称褶曲，如果发生的是一系列波状的弯曲变形，就叫褶皱（摄影/马骁）
据统计，小相岭隧道施工中遇到岩溶暗河，累计涌水量超过2亿立方米，相当于15个西湖的水量。而面对每一次突发状况，建设者们都临危不乱、迎难而上，用科学方法冷静应对，使施工得以顺利推进。
终于，小相岭隧道穿越了10条断层和2条褶曲，洞身穿越了约4.5千米的可溶岩区段，经过2200多天的艰苦奋战，迎来了全线贯通的胜利。截至目前，新成昆铁路6段扩能工程中，已有5段建成投运。
知识链接
勇闯“铁路禁区”的老成昆铁路
20世纪60年代，30多万名铁路建设者在中国西南地区的崇山峻岭间修建起了一条举世瞩目的山岳铁路——成昆铁路，在当时开创了18项中国铁路之最、13项世界铁路之最，与阿波罗登月、第一颗人造卫星被联合国并称为“象征20世纪人类征服自然的三大奇迹”。
老成昆铁路始建于1958年，1970年全线竣工运营，全长1085千米，是纵贯中国西南、西北地区的交通大动脉。
当时中国的施工和装备水平相对落后，钢轨全部靠人工抬运，隧道施工全靠建设者们用大锤、钢钎一点点凿孔爆破，即使全天24小时施工，每天掘进仍不足一米……老一辈铁路建设者们坚持不懈、克服万难，经过12年的艰苦鏖战，凿穿了几百座大山，修通了427座隧道，架设了991座桥梁，终使难以逾越的天堑变成了通途。
老成昆铁路关村坝站（位于四川省乐山市）
新成昆铁路再次穿越“地质博物馆”，预计今年底实现全线贯通。新成昆铁路全线建成通车后，新老成昆线将客货分离，时速80千米的老成昆线以货运为主，时速160公里的新成昆线以客运为主。新老两条“天堑之路”，将共同助力沿线地方经济发展，谱写铁路建设发展新篇章！
