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高铁开通|零下42度，穿越多个生态景区……他们如何建成最北高寒高铁长隧？

◎科技日报记者 李丽云 通讯员 张学鹏 刘立娜 牛荣健
7月30日 ， 经过近四年的高寒地区施工 ， 国家“十三五”重点工程建设项目、牡丹江至佳木斯高铁七星峰隧道顺利贯通 ， 为年末完成全线铺轨任务奠定了基础 。 此举刷新了在我国最东部、最北部高纬度高寒地区开展高铁建设的新纪录 。
牡佳高铁七星峰隧道位于黑龙江省佳木斯市桦南县和双鸭山市集贤县境内 ， 穿越黑龙江省七星峰国家级森林公园和七星峰省级地质公园以及东北虎自然保护区；全长10291米 ， 最大埋深423.5米 ， 地质构造复杂 ， 岩层风化程度高；涌水量极大 ， 最高日涌水量达8万立方米 ， 四年大概涌出近四个西湖的水；地处高寒 ， 最低气温零下42° ， 属于一级风险隧道 ， 是牡佳高铁全线难点工程和控制性工程 ， 也是我国在建最北高铁及黑龙江省在建的最长隧道 。 隧道由中国铁路设计集团有限公司勘察设计 ， 由中铁一局集团公司承建 。
高寒低温、岩层古老善变、涌水量巨大、穿越多个生态景区 ， 这些犹如一个个虎视眈眈的拦路虎 ， 挡在隧道施工面前 。 重重障碍之下 ， 施工方和设计方如何攻克技术瓶颈 ， 建成最北高寒长隧？
零下42度 ， 数控钢结构加工中心解难题
牡佳高铁地处高寒地区 ， 全年无霜期仅140天 ， 冬季平均气温零下19摄氏度 ， 最低气温曾达零下42摄氏度 ， 在高寒地区作业 ， 给施工带来极大的作业困难 。
在高寒地区修建高铁 ， 日常隧道挖掘工作都变得极为艰难 ， 冻土层上 ， 工具敲上去就是一个白点 ， 东北冬季漫长 ， 白天时间短 ， 有效施工周期短 ， 一年几乎有近一半时间无法作业 ， 加上地表普遍分布季节性冻土带 ， 路基经受周期性冻融循环作用 ， 极易引起冻胀 ， 这些都成了施工项目部亟待解决的难题 。
为解决该隧道设计面临的严寒气候防寒防冻断层破碎带等技术难题 。 负责隧道设计的中国铁设隧道专业技术人员通过总结哈牡高铁、哈佳铁路在建设和运营过程中的经验 ， 细化了深埋排水设施为主体的隧道防寒防排水系统设计 ， 保证隧道防寒抗冻要求 。
“中国铁设在牡佳客专工程设计中 ， 全线采用了基于铁路三维信息模型的BIM设计 ， 这也是高纬度严寒地区高速铁路设计中首例 。 BIM应用突破了二维图纸的视觉局限 ， 实现了工程的三维虚拟化设计、可视化决策、协同化建造 ， 提高了多专业系统性设计质量；BIM技术的应用对提升铁路勘察设计水平、提高工程建设质量、以及开通运营后维护管理等铁路工程全生命周期过程中各个方面 ， 都具有很大的促进作用 。 ”中国铁路设计集团有限公司牡佳客专项目总工程师牛永平向科技日报记者介绍说 。
自2016年11月隧道开工建设以来 ， 施工建设者突破了8条地质断层、穿越18处物探高风险异常区 ， 在沼泽地上修筑施工便道 ， 在极寒环境下确保混凝土浇筑质量 。
一年仅掘进300米！变更性岩层成为“拦路虎”
对于中铁一局牡佳客专项目部副经理贾贵宝来说 ， 七星峰隧道注定是他一生最难忘的施工经历 。
七星峰隧道地处完达山系 ， 地质年代久远 ， 土质复杂 ， 施工作业中一般按土质优劣分为一至五个等级 ， 根据土质等级进行施工 。 七星峰隧道土质复杂 ， 夹有片岩、石墨夹层、大理岩、变粒岩等 ， 属于最差的五级围岩 。 土质等级几乎一天一个变化 。
“刚开始作业时 ， 发现土层属于三级土质 ， 可是再往下挖一会儿就变成四级了 ， 土质忽软忽硬 ， 这样的变数很多 。 ”贾贵宝说 ， 这样的事情他以前也遇到过 ， 但一般50米-60米的长度 ， 干一段时间就过去了 ， 可是七星峰隧道几乎从头到尾都是这样的情况 。
“土质易变给施工带来极大困难 ， 破碎的土质极易造成塌方 ， 因此 ， 每一米的施工都小心翼翼 ， 最慢时 ， 一年只推进了300多米 。 ”贾贵宝苦涩地回忆说 。
“针对古老善变的岩层 ， 我们采取的隧道施工理念就是‘岩变我变’ ， 利用超前地质预报手段 ， 在开挖之前现探明前方的围岩状况 ， 根据实际状况及时调整开挖和支护参数 ， 围岩变化了 ， 我们就变化相应的施工方案 。 ”中铁一局牡佳高铁项目部总工程师周欢欢向科技日报记者揭秘他们战胜这个古老善变岩层的策略和科技手段 。


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