【京张高铁】穿山钻地勇往直前

  100多年前，中国人自行设计建设的第一条铁路——京张铁路，开通运营；100多年后，2022年北京冬奥会的重要交通配套设施——京张高铁，正在建设。一条代表中国高铁建设水平的铁路正在崛起。

  今天，本版推出《京张高铁系列报道之一（隧道篇）》，介绍京张高铁控制性工程——新八达岭隧道和清华园隧道，呈现这两座隧道施工的重难点，并结合隧道专家的访谈，让大家进一步了解中国高铁隧道建设。

  在100多年前“中国铁路之父”詹天佑主持修建的京张铁路旁边，京张高铁已然开工15个月。这是一场意义深刻的历史对话。

  想要在雄关天险腹地开山辟路、挖地掘道，绝非易事。如何保护好长城这一重要古迹文物，无疑是京张高铁建设中需着重关注的问题。

  2016年3月，京张高铁拉开建设序幕。全长12.01公里的新八达岭隧道，是京张高铁的重点工程和控制性工程。该工程由中国中铁五局集团京张高铁3标项目部承建。

  6月17日，记者走进施工正酣的新八达岭隧道。项目部经理蒋思和记者说：“新八达岭隧道穿越八达岭长城世界文化遗产核心区，沿线分布有居庸关长城、水关长城及八达岭长城国家级旅游景点，这里有众多国家级文物。”

  项目部采用预应力锚杆技术，增强较弱岩层的稳定性，避免岩层出现离层或是错动现象。他们还使用电子雷管减震爆破实施工程技术，能使爆破震动的幅度和分贝降到最低。施工队专门成立监控测量小组，将爆破振速设为必测项目之一。一系列新技术措施的运用，减少了施工对山体的扰动，最大限度地保护了文物设施。

  新八达岭隧道并行水关长城，两次下穿八达岭长城，一处浅埋下穿既有京张铁路青龙桥站，一处浅埋下穿八达岭附近的石佛寺村庄。

  每逢周末和法定节假日，到长城旅游参观的游客较多，进入景区道路拥堵严重。新八达岭隧道进口、1号斜井、2号斜井入口均在长城景区内，施工车辆出入经常受阻，物流组织难。

  一项项难点，摆在建设者面前。隧道内正在建设的八达岭长城站是目前国内埋深最大和提升高度最大的高铁地下车站。站隧大跨过渡段开挖断面大，最大跨度32.7米，开挖断面494.4平方米，施工工序复杂；大断面开挖穿越断层破碎带和风化槽，施工难度大增。

  一系列困难反而激发了项目部员工创新攻关的热情。项目部总工程师罗都颢和记者说，项目部成立科技攻关小组，多次召开专题会议仔细研讨施工工艺和方法，制订科学施工方案。

  在技术思路和措施上，项目部采用预应力锚杆、预应力锚索、格栅网络及多层分组喷射混凝同组成的主动支护体系，形成了刚柔并济多重防护的围岩自承载支护结构。针对大跨过渡段，他们提出“DFHZ工法”，即“顶洞超前、分层下挖、预留核心、重点锁定”的新型开挖工法，共分13步完成开挖，实现了超大断面隧道的安全快速施工。

  在施工工艺和组织上，项目部采用永临结合的立体多通道辅助坑道网络，运用基于人机定位系统的先进组织管理，实现了全方位多通道安全快速作业；采用精准微损伤控制爆破的先进的技术，消除了工程建设对文物和环境的不利影响。

  在新材料和新设备运用上，项目部采用纳米喷射混凝土增强初期支护的强度，运用高性能混凝土确保大跨过渡段浇筑质量；采用大断面变截面台车实现大跨过渡段9个断面的施工，并使用拱架安装台车、隧道内预应力锚杆等新机具。

  在信息技术方面，项目部运用BIM技术、人车定位系统、智通交通指挥系统等技术，实现隧道多作业面施工管理的创新，为智能京张建设奠定了基础。

  2016年11月21日，新八达岭隧道1号斜井与正洞贯通。2017年3月8日，大跨过渡段“DFHZ工法”第一步“顶洞超前”顺利完成，为后续12步开挖施工打下了坚实基础；5月10日，2号斜井完成开挖进入正洞；6月12日，2号斜井及8条辅助通道全部与长城站贯通。

  目前，隧道进口端开挖完成900多米，出口端开挖完成700多米，1号斜井正洞开挖完成600多米，2号斜井正洞开挖完成800多米，隧道正洞6个工作面累计开挖完成3000多米。

  从新八达岭隧道进口到出口，从1号斜井到2号斜井，从8个辅助通道到大跨过渡段，从暗挖隧道到381米的明挖隧道，项目部多个作业面都在紧锣密鼓地推进施工。记者每到一处，既能听到机器的轰鸣，又能看到多名员工并肩作战、挥汗如雨的感人场面。

  肩负隧道施工艰巨任务的，绝大部分是“80后”“90后”的年轻人。项目部经理蒋思、党工委书记贾友文是“70后”，年龄稍长，他们身后的主要管理岗位上几乎是清一色的年轻人。大家总是忙忙碌碌，又是那么生龙活虎、干劲十足，在施工中脱颖而出，在岗位上是钉子、是匠人，个个都是顶梁柱，共同支撑起大国工程。

  在新八达岭隧道进口掌子面处， 记者看到29岁的架子队队长高飞正在三臂凿岩台车旁边观察掌子面围岩变动情况。他说：“目前，我每天都要跟班作业，严抓工序循环时间，保证每道工序在规定时间内完成。”

  在大跨过渡段左向掌子面凿岩台车前，记者与盯控现场的项目部常务副经理段仕军攀谈起来。33岁的段仕军去年4月来到项目部，负责整个项目部的施工生产。他每天都要驱车赶赴各工作面处理问题，需在各工点之间来回穿梭，每天至少步行10公里，1年多来在隧道里走的路加起来已超过5000公里。

  在交谈过程中，仿佛电影《变形金刚》里的场面在隧道里出现，三臂凿岩台车缓缓地从体侧伸出三只长长的机械胳膊，在到达掌子面预定位置后，三只机械手在坚硬的岩壁上完成了钻孔作业。

  走出1号斜井，夕阳返照洞口，光影灿灿。几名员工正好下班从洞口走出，他们越走越近，身影越来越高大，那几顶安全帽在夕照中显得熠熠生辉。

  工程技术人员在即将“服务”清华园隧道的“天佑号”盾构机前合影留念。刘福昌 摄

  6月19日的北京，依然是持续高温，位于北京市海淀区的京张高铁清华园隧道工地，3号盾构机始发井施工接近完毕，即将迎接“天佑号”盾构机现场组装始发。

  就在此前3天，开挖直径12.64米的泥水平衡盾构机“天佑号”在广州海瑞克隧道机械制造厂成功下线，开始出厂验收。

  清华园隧道为全线控制工程，位于海淀区，全长6020米，是高铁在北京核心区首次采用大直径盾构机开挖的隧道。隧道在地下穿越4处地铁、6处重要城市道路、73条重要市政管线，是目前国内位于城区、穿越地层最复杂、重要建筑物最多的国铁单洞双线大直径盾构高风险隧道。

  中国铁建十四局集团京张高铁1标项目部盾构负责人赵斌说：“在长株潭城际铁路树木岭隧道施工，盾构机在地下10次穿越京广铁路，地面沉降不超过2毫米，我们拥有的穿越城市地下的技术已十分成熟。我们有信心让盾构机又‘准’又‘稳’地通过北京市区。”

  盾构施工是一种全机械化施工方法，隧道掘进、出土、拼装衬砌等全过程自动化作业，开掘和管片拼装同步成型，掘进速度快，安全高效，不影响地面交通、地下管线等设施，在繁华城市能够大大减少地面建筑物的拆迁工作，有巨大的经济优势。

  清华园隧道地质水文条件复杂、水压大，其中全断面卵石地层长达1800米，对刀具磨损将非常严重。

  在盾构机制作的完整过程中，项目部组织召开盾构设计联络会，对盾构机进行设计改造，量身定做的“天佑号”盾构机，耐压指数达8个大气压，自带碎石机、常压换刀等先进功能，排浆管吸口加强了冲刷防滞排，得到专家们的一致认可，操作更安全、便捷，将最大限度减少设备损耗、大大节约工期。

  “科学、可行、绿色、安全。”赵斌说，清华园隧道施工标准、施工难度比以往任何一次施工的要求都要高。在编制方案过程中，他们集中汇集了在穿越长江、黄河和城市大盾构施工中的成熟经验，认真分析研判，并得到权威专家肯定。他们还建立了一套施工台账，保证每项工作严格落实。

  大断面、长距离盾构隧道产生的海量渣土和废弃泥浆如何在市中心“消化”？按照单机单日掘进20米来算，工程一天就产生弃渣2653立方米、废弃泥浆2000立方米。工地周围高校密集，寸土寸金，渣土外运十分困难。

  1标项目部在原清华园站位置建立多个弃浆池并投资购买了2套泥水分离设备及4套压滤设备。隧道施工产生的渣土经过泥水分离，加工生产的泥饼外运，水过滤出来重复利用，环保节能一举两得。他们还投入100多万元，给泥水分离设备加盖隔音板房减小噪音污染。

  “项目部计划清华园隧道要争创高级别的奖项，实现这个目标必须在建设中不折不扣地落实好每一个细节。”项目负责人赵海涛介绍，他们最近采购了一批数控钢筋加工设施，这样整个施工环节全部是现代化的设备。

  严金秀，现任国际隧道协会副主席、中国中铁科学研究院副总经理，享受国务院政府特殊津贴专家。她在国内外隧道工程技术现状和发展趋势、长大和复杂山岭隧道设计及实施工程技术、水下隧道设计及实施工程技术等方面有较深的研究。

  记者：您好，听说您刚从挪威考察回来，这次考察了什么项目，出国是什么任务，有哪些收获？

  严金秀：我这次到挪威参加2017世界隧道大会以及国际隧道协会第43届会员国大会，不仅和世界各国的隧道专家进行了广泛的交流，而且借此机会与挪威的隧道专家就“挪威法”进行了较为深入的探讨。挪威的地质以硬岩为主，挪威工程师充分的发挥硬岩特性，利用锚喷支护做永久衬砌，不仅节省了工程建设价格，而且方便隧道的运营维护。

  记者：除了挪威外，世界上还有哪些国家的隧道实施工程技术比较先进，他们有哪些好的做法？

  严金秀：挪威是世界隧道强国，虽然国家不大，但隧道众多，特别是水工隧洞、公路隧道，而且形成了独具特色的“挪威法”。世界最长的公路隧道是挪威于1995年3月开始修建、2000年11月27日正式通车的24.5公里长的拉达尔隧道，这一纪录保持至今。此外，挪威还建设了大量海底隧道，最深处达海平面下223米。

  除了挪威外，世界上隧道技术先进的国家还有英国、法国、瑞士、奥地利、意大利、德国、日本等。

  记者：除了国外，您也长期致力于中国铁路隧道工程的科研与攻关，亲历了中国铁路隧道修建技术的发展，能否结合您的经历，谈一下中国铁路隧道工程领域的发展与变化，以及在国际上，咱们国家的铁路隧道建设处于什么水平？

  严金秀：从20世纪80年代修建衡广铁路复线大瑶山隧道以来，特别是21世纪以来，我国铁路隧道技术取得突飞猛进的发展，我国慢慢的变成了世界上拥有铁路隧道最多的国家。我国在特长铁路隧道、各种复杂地质隧道以及高速铁路隧道科研、设计、施工等方面积累了丰富的经验，得到了国际同行的认可。去年11月在新加坡举办的2016国际隧道协会年度颁奖会议上，我国32公里长的新关角特长铁路隧道获得了国际隧协2016年度重大隧道工程奖，这是国际隧协年度奖中分量最重的奖励。我国铁路隧道建设技术总体处于国际先进水平。

  记者：当前，2022年北京冬奥会配套工程京张高铁正在抓紧建设，这条线上也有很多隧道，尤其是新八达岭隧道、清华园隧道，您是否去考察或者了解过？

  记者：新八达岭隧道除了要穿越多个断层带，还要穿越长城世界文化遗产核心区八达岭长城等国家级旅游景点，国宝级文物众多。这样的隧道工程，修建时存在哪些技术难题，国内外有没有先例？

  严金秀：新八达岭隧道除了穿过多个断层带以及八达岭长城等国家级旅游景点外，最大的难点是设在隧道内的八达岭长城站。该车站内地下洞室数量多、洞群复杂、交叉节点密集，是目前国内埋深最大、最复杂的暗挖洞群车站，也是世界最大跨铁路地下车站，国内外没有类似的先例。该地下车站的主要技术难题有大断面隧道分步开挖、大断面隧道支护及围岩稳定、隧洞群设计施工等。中国铁路总公司对此项目格外的重视，已经列课题组织相关的单位开展科研攻关。

  记者：通常情况下，铁路只有经过山区时才要修隧道，但是清华园隧道却修建于市区，这种设计有啥好处，又会带来哪些技术难题？

  严金秀：清华园隧道位于城区，要穿过一系列重要道路、建筑物，其难点是要控制施工对旁边的环境的影响。设计采用大断面泥水盾构方案，有利控制施工沉降或隆起。加强施工期间的监控量测，及时反馈信息，调整施工参数，是确保安全施工的重要措施。

  记者：您平时出差坐火车多吗，每当火车经过隧道，尤其是有您参与科研或者攻关的隧道，会有什么感受？作为一名隧道专家，同时也是我国多个隧道工程建设的参与建设者，您想对读者说些什么？

  严金秀：我坐火车经过自己参与建设的隧道时，感觉特别亲切，参与隧道科研时的情景历历在目。隧道工程十分艰苦，特别是遇到地质复杂的隧道，建设者们付出了十分艰辛的努力。现在中国铁路建设取得了长足的进步，大家能享受到高品质、便捷的铁路交通，确实应该感谢这些铁路建设者、这些隧道建设者们的付出！