这条隧道火车通过仅需7分钟,修通它却用了13年

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作者隋千倩,清华大学土木工程博士

铁路是国家铁路一级单线电气化铁路。长度不长,规格不高,不是高铁线路。它不会受到人们太多的关注。地狱级隧道曾一度“地基疯狂”,并在全世界500多名隧道专家身上绊倒。这是大竹山隧道。

全长14.484公里。最初预计将持续五年,从2008年到2019年,至今尚未完工11年。

大竹山隧道里有什么魔法?从横断山脉开始。

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(1)铁路穿越横断山为什么困难?

河流。

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(横断山)

只要看看横断山的地图,你就会知道横断山被称为“横断”,因为它由一系列平行的细长山脉组成。到处走动是不可能的。如果你想修好通往这些地方的道路,就必须克服横断山。

大竹山隧道位于云南高原西缘横断山脉中南部。山峰和山谷重叠,斜坡又陡又深,到处都是悬崖。

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(大虎山隧道所在地环境)

不仅地形复杂。

由于降水充沛,水系发达,部分地表水将沿基岩缝裂隙和岩溶洞渗入地下水。由于横断山区的岩层非常破碎,很容易被渗透的地下水渗透,形成大小的洞穴。洞穴以及许多黑暗的河流沿着岩层中断裂的带子向暗处运行。

大竹山的山面在表面看起来非常完整,内部就像一个大水箱。在施工期间遇到这些储水区非常麻烦。渗透性和泥泞性很容易坍塌。

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由于板块运动的挤压,山中不间断的岩层中含有大量的地应力。一旦施工强调了这些岩层的稳定性,就很容易造成坍塌甚至诱发地震。

此外,大竹山地层还富含天然气,地热甚至放射性。

他们中的任何一个都是一个足以让隧道建设者受苦的问题。

因此,这里的人们长期过着孤立的生活。近年来,在“中国一带一路”倡议的倡导下,中国西南与东南亚国家的经济联系越来越紧密,穿越横断山脉的铁路已成为不可修复的。

大理铁路连接中国西南部的昆明市与缅甸西南部的漂流港,与中缅石油天然气管道并列,将极大地促进中缅经贸关系,大大降低货运成本。人员交流,辐射周边国家和地区。

因此,虽然穿越横断山脉的铁路非常困难,投资巨大,但其回报却令人印象深刻。无论如何,这种基础设施投资是值得的。

水域。

褶皱结构。

在这些问题中,几百米是一个真正的困难,建设期延长了十年。

燕子沟断层和水寨断裂是大竹山隧道中两个最危险的断层。在施工期间,工人在断层上钻孔并爆炸,并且在面部突然出现直径20厘米的裂口,并且泥石流继续出现。泥石流的影响越来越大。埋了4米高的施工车只花了一个小时,在几个小时内,它填满了长达400多米的隧道。

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(来自隧道的泥石流)

起初,工人们试图按照传统的方法解决泥石流,暂时撤退,然后等待泥石流减速,然后将凝固的泥浆注入岩层,填补裂缝,堵塞裂缝。泥石流。但是,这不能解决大竹山隧道的水泥问题。

河从隧道里出来了。

事实上,大竹山的地下水位于隧道拱顶上方200-400米处,使隧道内的地下水压力达到3MPa。如此高的水压很容易突破断层形断裂带的围岩,然后重达20吨的挖掘机可以冲出40米。

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(工人冒着大量的水来阻止泄漏行动)

故障。对于断层施工方案,人们采用高压水动力水段排水,超高压聚合灌浆,管棚灌浆和堵水加固方案,最终顺利通过高压富水断层段。

工程师发现故障处理主要是为了解决故障中的水问题。只有断层开挖段中的水被堵塞在距挖掘等高线6-8米处,水压被排出并排出,水泥浆被辅助注入水泥浆。整合以确保安全通过故障。

采用超高压聚合灌浆施工方案进行排水灌浆,有效保证了浆液的有效扩散和固结。这是一种特殊的水泥材料,可承受高达20 MPa的压力,并具有水稀释特性,可有效地将水从挖掘剖面中密封出来。

同时,为了防止隧道内的危险,项目部还建立了一个五级泵站,连续抽水24小时。

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(隧道施工人员)

实际上,这种方法是一种完全“愚蠢的方法”。

复杂性复杂,溶解室和溶解槽的分布不规则。通常,溶液腔需要5~8个孔来完成灌浆加固。在灌浆时,还需要降低每个孔中的管子,这些管子不能重复使用,这会严重增加成本。

然而,对于燕窝故障的硬核工程,只有这种愚蠢的方法才能稳定稳定才能真正解决而不留下任何麻烦。从2009年到2011年,这个156米长的燕窝断层被挖了26个月才终于被挖出来。

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(来自大竹山隧道的瀑布)

燕窝断层只是大竹山隧道的一个缩影。

自大足山隧道建设开始以来的11年间,仅使用了116台水泵,水资源很多。即使是工程师自己也不知道它是山水储存还是地下黑暗河流。

从隧道中喷出的水甚至形成了一个瀑布,这里已经流淌了九年多。毫无疑问,人们甚至认为这是一个自古以来就存在的自然景观。

(3)隧道内的温度高达40摄氏度。如何在施工期间克服它?

大竹山隧道有许多地热资源。当机器和设备集中时,洞穴中产生的热量将使洞穴内的环境温度达到40摄氏度或更高。高温和倾倒水形成天然桑拿,湿度高达80%。

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一般来说,隧道内的温度超过28摄氏度,这已经是高温环境。 40摄氏度的环境显然对工人的健康有很大的影响。

为了降低洞内温度,施工队每天从宝山市购买大量的冰,以降低洞内温度,确保施工人员的安全和健康。三个建筑工作面每天消耗3吨冰,但即便如此,冷却效果仍然不能令人满意。

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施工队最终采用专为隧道冷却设计的DV400冷水机组,有效冷却了施工环境。

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(DV400冰箱原理)

在工作状态下,压缩机中的液态制冷剂被压入直接蒸发器的螺旋盘管中,并迅速膨胀成气态制冷剂。制冷剂在从蒸发器盘管外部的气流吸收大量热量的同时被蒸发,并且蒸发器中的气流的温度增加。它急剧减少,然后通过蒸发器的冷凝除去气流中的大量水分,从而实现冷却和除湿的效果。

通过重复该方法,可以连续冷却面部上的空气,并且可以将41摄氏度的温度降低到32摄氏度。

结论

如今,大竹山隧道的建设已经进入最后一个断层,最后一公里仍然更糟。这个曾经无法超越的神话般的项目将会完成。

大竹山隧道仅用了7分钟,建成了13年,大竹山的建筑工人用了13年时间为数百万乘客换了7分钟。

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编辑|史文辉

制作|网易新闻

作者|隋倩倩,博士清华大学土木工程专业。

铁路是国家铁路一级单线电气化铁路。长度不长,规格不高,不是高速铁路线。它不会受到人们的太多关注。地狱级难度的隧道曾经困扰过“基础疯狂”,并且还绊倒了世界上500多名隧道专家。这是大竹山隧道。

它的总长度为14.484公里。最初预计从2008年到2019年将持续五年,并且它已经完成了11年。

大竹山隧道有什么神奇之处?这始于横断山脉。

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(1)为什么铁路难以越过横断山?

河流沿断层发育。

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(横断山脉)

只要看看横断山的地图就会知道横断山被称为“横穿”,因为它由一系列平行的细长山组成。这是不可能的。如果你想修路进入这些地方必须通过横断山来克服。

大竹山隧道位于横断山脉的中南部,位于云南高原的西部边缘。山峰和山谷重叠,山坡陡峭而深邃,到处都是悬崖。

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(大竹山隧道所在的场地环境)

这不仅仅是地形复杂。

由于降水充沛,水系发达,部分地表水将沿基岩缝裂隙和岩溶洞渗入地下水。由于横断山区的岩层非常破碎,很容易被渗透的地下水渗透,形成大小的洞穴。洞穴以及许多黑暗的河流沿着岩层中断裂的带子向暗处运行。

大竹山的山面在表面看起来非常完整,内部就像一个大水箱。在施工期间遇到这些储水区非常麻烦。渗透性和泥泞性很容易坍塌。

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由于板块运动的挤压,山中不间断的岩层中含有大量的地应力。一旦施工强调了这些岩层的稳定性,就很容易造成坍塌甚至诱发地震。

此外,大竹山地层还富含天然气,地热甚至放射性。

他们中的任何一个都是一个足以让隧道建设者受苦的问题。

因此,这里的人们长期过着孤立的生活。近年来,在“中国一带一路”倡议的倡导下,中国西南与东南亚国家的经济联系越来越紧密,穿越横断山脉的铁路已成为不可修复的。

大理铁路连接中国西南部的昆明市与缅甸西南部的漂流港,与中缅石油天然气管道并列,将极大地促进中缅经贸关系,大大降低货运成本。人员交流,辐射周边国家和地区。

因此,虽然穿越横断山脉的铁路非常困难,投资巨大,但其回报却令人印象深刻。无论如何,这种基础设施投资是值得的。

水域。

褶皱结构。

在这些问题中,几百米是一个真正的困难,建设期延长了十年。

燕子沟断层和水寨断裂是大竹山隧道中两个最危险的断层。在施工期间,工人在断层上钻孔并爆炸,并且在面部突然出现直径20厘米的裂口,并且泥石流继续出现。泥石流的影响越来越大。埋了4米高的施工车只花了一个小时,在几个小时内,它填满了长达400多米的隧道。

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(来自隧道的泥石流)

起初,工人们试图按照传统的方法解决泥石流,暂时撤退,然后等待泥石流减速,然后将凝固的泥浆注入岩层,填补裂缝,堵塞裂缝。泥石流。但是,这不能解决大竹山隧道的水泥问题。

河从隧道里出来了。

事实上,大竹山的地下水位于隧道拱顶上方200-400米处,使隧道内的地下水压力达到3MPa。如此高的水压很容易突破断层形断裂带的围岩,然后重达20吨的挖掘机可以冲出40米。

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(工人冒着大量的水来阻止泄漏行动)

故障。对于断层施工方案,人们采用高压水动力水段排水,超高压聚合灌浆,管棚灌浆和堵水加固方案,最终顺利通过高压富水断层段。

工程师发现故障处理主要是为了解决故障中的水问题。只有断层开挖段中的水被堵塞在距挖掘等高线6-8米处,水压被排出并排出,水泥浆被辅助注入水泥浆。整合以确保安全通过故障。

采用超高压聚合灌浆施工方案进行排水灌浆,有效保证了浆液的有效扩散和固结。这是一种特殊的水泥材料,可承受高达20 MPa的压力,并具有水稀释特性,可有效地将水从挖掘剖面中密封出来。

同时,为了防止隧道内的危险,项目部还建立了一个五级泵站,连续抽水24小时。

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(隧道施工人员)

实际上,这种方法是一种完全“愚蠢的方法”。

复杂性复杂,溶解室和溶解槽的分布不规则。通常,溶液腔需要5~8个孔来完成灌浆加固。在灌浆时,还需要降低每个孔中的管子,这些管子不能重复使用,这会严重增加成本。

然而,对于燕窝故障的硬核工程,只有这种愚蠢的方法才能稳定稳定才能真正解决而不留下任何麻烦。从2009年到2011年,这个156米长的燕窝断层被挖了26个月才终于被挖出来。

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(来自大竹山隧道的瀑布)

燕窝断层只是大竹山隧道的一个缩影。

自大足山隧道建设开始以来的11年间,仅使用了116台水泵,水资源很多。即使是工程师自己也不知道它是山水储存还是地下黑暗河流。

从隧道中喷出的水甚至形成了一个瀑布,这里已经流淌了九年多。毫无疑问,人们甚至认为这是一个自古以来就存在的自然景观。

(3)隧道内的温度高达40摄氏度。如何在施工期间克服它?

大竹山隧道有许多地热资源。当机器和设备集中时,洞穴中产生的热量将使洞穴内的环境温度达到40摄氏度或更高。高温和倾倒水形成天然桑拿,湿度高达80%。

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一般来说,隧道内的温度超过28摄氏度,这已经是高温环境。 40摄氏度的环境显然对工人的健康有很大的影响。

为了降低洞内温度,施工队每天从宝山市购买大量的冰,以降低洞内温度,确保施工人员的安全和健康。三个建筑工作面每天消耗3吨冰,但即便如此,冷却效果仍然不能令人满意。

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施工队最终采用专为隧道冷却设计的DV400冷水机组,有效冷却了施工环境。

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(DV400冰箱原理)

在工作状态下,压缩机中的液态制冷剂被压入直接蒸发器的螺旋盘管中,并迅速膨胀成气态制冷剂。制冷剂在从蒸发器盘管外部的气流吸收大量热量的同时被蒸发,并且蒸发器中的气流的温度增加。它急剧减少,然后通过蒸发器的冷凝除去气流中的大量水分,从而实现冷却和除湿的效果。

通过重复该方法,可以连续冷却面部上的空气,并且可以将41摄氏度的温度降低到32摄氏度。

结论

如今,大竹山隧道的建设已经进入最后一个断层,最后一公里仍然更糟。这个曾经无法超越的神话般的项目将会完成。

大竹山隧道仅用了7分钟,建成了13年,大竹山的建筑工人用了13年时间为数百万乘客换了7分钟。

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编辑|史文辉

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