近日，國際咨詢工程師聯(lián)合會（FIDIC，菲迪克）2016年全球工程評選盛典在摩洛哥古城馬拉喀什落下帷幕，來自全球100多個國家的數(shù)百名代表參加了此次會議。由中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司（簡稱鐵一院）總體設(shè)計的青藏鐵路西寧至格爾木增建二線新關(guān)角隧道獲“全球優(yōu)秀工程獎”。
“菲迪克工程項目獎”評選被譽(yù)為國際工程咨詢界的“諾貝爾獎”，在國際工程咨詢界廣受認(rèn)可。鐵一院副總工程師李國良介紹：“青藏鐵路西寧至格爾木增建二線新關(guān)角隧道總長32.7公里，位于青藏鐵路原天棚（天峻縣）至察汗諾車站（烏蘭縣）之間。新關(guān)角隧道設(shè)計為兩座平行的單線隧道，為客貨共線電氣化鐵路，設(shè)計時速160公里，是當(dāng)前我國運(yùn)營里程最長的高原鐵路隧道。”
項目于2007年11月6日開工建設(shè)，2014年12月28日正式開通運(yùn)營。
兩管隧道互為救援通道
新關(guān)角隧道使中國單個鐵路隧道長度首次突破30公里，開創(chuàng)了高海拔地區(qū)修建超長隧道的先例，并創(chuàng)造了高海拔世界第一長隧。然而超長隧道在發(fā)生緊急情況時，如何展開救援是一個大問題。
鐵一院按照保證人員疏散安全、自救為主的原則，結(jié)合中國鐵路的運(yùn)營管理模式和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，確定了兩管隧道互為疏散場所和救援通道的原則，設(shè)置了簡單安全的緊急救援站。
李國良介紹，這一原則要求兩管隧道自成系統(tǒng)，為完全獨(dú)立的運(yùn)營系統(tǒng)，不允許在區(qū)間內(nèi)設(shè)置道岔，即渡線；與此同時，設(shè)計兩管隧道通過加密的疏散橫通道連接，以滿足疏散條件。兩管隧道采用相互獨(dú)立的供風(fēng)排煙系統(tǒng)：隧道口附近設(shè)置射流風(fēng)機(jī)向隧道內(nèi)加壓；通過疏散橫通道向火災(zāi)的隧道供風(fēng)，滿足疏散要求；通過均勻地設(shè)置豎井，從頂部排煙。
“新關(guān)角隧道的成功修建，為在超長隧道內(nèi)設(shè)置緊急疏散救援系統(tǒng)提供了中國模式。”李國良說。
堵排結(jié)合克服持續(xù)高壓涌水
在設(shè)計之初的巖土地質(zhì)勘探過程中，鐵一院發(fā)現(xiàn)新關(guān)角隧道地層巖性極其復(fù)雜，地下水豐富。預(yù)測Ⅰ線隧道正常涌水3.1萬立方米，最大涌水7.3萬立方米；Ⅱ線隧道正常涌水5.2萬立方米，最大涌水12萬立方米。施工中存在軟弱圍巖大變形、突水涌水、圍巖失穩(wěn)等風(fēng)險。
為此，鐵一院制定了堵排結(jié)合、控制排放的涌水處理原則。通過風(fēng)險分析和抽水試驗(yàn)，制定了符合新關(guān)角隧道特點(diǎn)的堵排水措施的水量選擇標(biāo)準(zhǔn)；根據(jù)不同的涌水特點(diǎn)，設(shè)計了不同的注漿堵水方案，在傳統(tǒng)注漿技術(shù)的基礎(chǔ)上，將聚亞胺膠脂材料引入鐵路隧道施工，取得了良好的堵水效果；精心設(shè)計了長管路抽水系統(tǒng)，保證了隧道的正常掘進(jìn)；由于涌水量大，為了保證地下水不對隧道道床結(jié)構(gòu)及運(yùn)營安全產(chǎn)生威脅，防止凍害，在隧道進(jìn)口端設(shè)置了8060米長的泄水洞，保證了運(yùn)營安全。
新思路、新方法，克服了罕見的持續(xù)高壓涌水，形成了高海拔特長隧道巖溶裂隙水綜合處理技術(shù)，保證了隧道的順利施工。同時，避免了地下涌水造成的終生限速運(yùn)營的病害。
活塞風(fēng)自然換氣創(chuàng)新型通風(fēng)技術(shù)
新關(guān)角隧道地處青藏高原，空氣稀薄，通過輔助坑道施工的工作面多、獨(dú)頭通風(fēng)長度將達(dá)5000米以上；同時，施工斜井、兩條施工隧道及二者之間的橫通道共同組成的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，隨著施工的不斷推進(jìn)，通風(fēng)環(huán)境不斷復(fù)雜化；另外，在高原環(huán)境中，低氣壓、缺氧條件下內(nèi)燃機(jī)型廢氣排放量更大，炮煙、粉塵、內(nèi)燃廢氣組合危害比平原地區(qū)更加嚴(yán)重，通風(fēng)不良的施工安全隱患更多，通風(fēng)技術(shù)難度更大。
為解決這一難題，鐵一院協(xié)同石家莊鐵道學(xué)院、蘭州交通大學(xué)共同完成了《高原隧道長距離施工通風(fēng)及安全保障措施研究》，設(shè)計增加多個斜井和射流風(fēng)機(jī)通風(fēng)為新關(guān)角隧道施工服務(wù)。
而在運(yùn)營階段的通風(fēng)設(shè)計，鐵一院突破了以往的通風(fēng)理念，在新關(guān)角隧道中利用活塞風(fēng)自然換氣，正常運(yùn)營中不再設(shè)置機(jī)械通風(fēng)構(gòu)造物。“通過精密計算，我們采取利用機(jī)車行駛帶來的風(fēng)實(shí)現(xiàn)換氣，而不再設(shè)置輔助的通風(fēng)豎井，從而創(chuàng)造出新的通風(fēng)技術(shù)。”李國良說。
除此之外，新關(guān)角隧道堅持環(huán)保和發(fā)展的理念，從底部穿越青海南山，最大限度地減少了工程對環(huán)境的破壞；為了保護(hù)脆弱的高原生態(tài)環(huán)境，鐵一院在隧道區(qū)域設(shè)置了氣象站，長期進(jìn)行水文環(huán)境和氣候檢測；遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)水源地，避免了對當(dāng)?shù)厝嗣竦纳钜约皩η嗪：捌渲苓吷鷳B(tài)環(huán)境的不利影響；在工程棄碴場設(shè)置了擋護(hù)和綠化工程，竣工后對施工場地進(jìn)行了地表植被恢復(fù)，做到工程建設(shè)與環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展。
