6年掘进173米，修建这座隧道犹如“豆腐脑里打洞”

　　出品 | 网易新闻

　　作者 | 须臾千秋，清华大学土木工程博士

　　在兰渝铁路线上，有这样一座隧道，它的所在地原本是一片寂寥无人的黄土岭，在地图上连标注都没有，但在隧道工程的行业内，这条隧道却鼎鼎有名，它就是胡麻岭隧道。

　　（原本无人知晓的胡麻岭）

　　胡麻岭隧道是兰渝铁路工程自兰州东向重庆方向的第一条长大隧道，位于兰州市榆中县与定西市渭源县交界处，隧道从榆中县龙泉乡的武家庄村开始，经过胡麻岭主峰胡麻岭粱所在的黑山乡，到渭源县秦祁乡白土坡村。

　　这条全长13.61公里的隧道，运用世界顶级的隧道施工技术，居然耗时8年才彻底建成。要知道，在“基建狂魔”中国人手中，即使是被称为“世纪工程”的港珠澳大桥，全线建成也不过只用了九年的时间。

　　这条原本名不见经传的隧道，为什么被称为“全国罕见的世界难题”？这要从隧道的大敌——水，开始讲起。

　　（一）又含水又含砂，隧道穿越粉细砂地层犹如“在豆腐脑里打洞”

　　其实，胡麻岭隧道全长的13.61公里中，有10公里难度很低，快的时候一天可以施工上百米，不到半年就修完了，当时，人们并没有把这条隧道当作“拦路虎”。

　　但是很快，它就用剩下的那3.25公里让中国和世界隧道工程行业明白了什么叫“恐怖”。

　　这短短的3.25公里穿越第三系饱和富水粉细砂地层，上面有一座水库和一条河流，使得土层中形成众多大小不等的水囊。测量发现，每立方米富水粉细砂中，含砂76%，含水24%。

　　受施工扰动的影响，围岩液化十分严重，还有突水、涌砂等安全隐患。在问题最严峻的“豆腐土层”里，平均每个月只能前进四五米，堪称“蜗牛爬行”。

　　（地下水示意图）

　　粉细砂地层是最令岩土工程师头疼的地质环境之一。

　　粉砂土是岩石经过风化作用后的产物，颗粒介于细砂土和粉土之间，透水能力极强，当底层的附近存在大量水源，如水库、河流时，土层里就会形成许多含水量丰富的水囊。

　　这些地下水原本与人相安无事，但修建隧道时，一旦要穿过这些水囊，其中蕴含的水就会突涌出来，轻则阻碍施工，重则造成事故。

　　（隧道突水）

　　如果出来的仅仅是水，问题还不大，只要做好排水措施，将涌出来的地下水导走即可。

　　然而，遇到水的粉砂土绝不会老老实实呆在原地。它刚挖出来时呈固体状，能立得住，随后，先是像出汗一样渗水，一会儿顶部开始坍落，再过一会儿底部开始滑动，当富水粉细砂体量足够大时，便形成涌动的流砂，整个过程不到20分钟。

　　它们的战斗力可比单纯的地下水强多了，不仅直接对人员和设备造成危险，而且砂土的流失还会破坏隧道土体的强度，严重的甚至会造成塌方。

　　在这种条件下打隧道，被形象地比喻为“在豆腐脑打洞”，任何现代化机械都无计可施，整个施工如同“拉锯战”，掘进，淹没，再掘进，进度变得异常缓慢。

　　（发生突泥的隧道）

　　如果照这样挖下去，再过十年也挖不完。

　　（二）在豆腐脑一般的土层里施工，隧道里的大水如何破解？

　　由于情况异常复杂，采用传统的止水措施来单打独斗根本不奏效。随着施工，技术人员们逐渐摸清了这种特殊地质环境的工程特性，15次邀请国内知名专家，探索出了一套有针对性的“复合式”解决方案。

　　首先是洞内降水。在进入开挖区域前，预先在洞内和洞外布设大量的井点，用自动抽水设施进行24小时连续不断的抽水，将隧道附近的地下水位降低。

　　经过持续不断的降水，饱水砂土的水位线被降低到了隧道以下，其上的砂土含水率逐渐降低到不足10%，这样就可以开挖，同时不会造成结构的坍塌。

　　（正洞降水设施）

　　除了预先降低水位外，工程师们还采取了超前支护的方法来减小施工对围岩的扰动。

　　对于含水率较大的软塑状或流塑状底层，采用水平旋喷法及逆行加固，使用高压旋喷的方法向岩体内注入水泥浆，喷射流以巨大的能量将一定范围内的土体射穿，并在喷嘴作缓慢旋转和进退的同时切割土体，强制土颗粒与浆液搅拌混合，待浆液凝固后，便形成水平圆柱状水泥土固结体，从而在隧道开挖轮廓外形成拱形预衬砌。

　　（隧道外深井降水）

　　这样一来，隧道壁就实现了基本稳固，不会在下一步的开挖时发生坍塌。针对第三系粉细砂岩遇水后松散的特殊工程特性，现场还进行了大量注浆工作，对由于砂土流失造成的空洞进行填充，避免造成土体的变形。

　　由于土层较软，新开挖的隧道时刻都有发生变形的趋势，甚至会由于土体内应力的改变而发生整体下移，这种掌子面超前加固的工法使得隧道壁的受力更加均匀，有利于隧洞结构的稳定，提高整体安全度。

　　就是用这套办法，中国人将施工速度提高到了每月20多米，使得总工期变得可以承受，填补了全球范围内第三系富水粉细砂隧道修建技术空白，攻克了第三系饱和富水粉细砂地层上打隧道这个国际难题。

　　（三）这么难修的隧道为什么一定要修？

　　既然这条隧道这么难修，费时费力，那为什么一定要修通呢？这要从我国的一条铁路大动脉——兰渝铁路说起。

　　兰渝铁路是中国境内一条连接甘肃省会兰州市与直辖市重庆的国铁Ⅰ级双线电气化客货共线快速铁路，正线全长886千米，全线桥隧比例72%，设计旅客列车速度目标值为时速160千米，有条件路段预留时速200千米。

　　兰渝铁路是中国中长期铁路网规划中西北至西南区域间客货并重的大能力运输新通道，第三条纵贯中国南北的铁路大动脉。

　　兰州和重庆，都是中国西部的重要城市，有铁路直接相连并不稀奇，可是，这条如此重要的铁路干线，居然到2017年9月才开通运营，而且，在这个时速350公里的高铁满街跑的年代，它的设计时速居然只有160千米。这对于我们这个“基建狂魔”国家来说简直不可想象。这是怎么一回事呢？

　　说到底，还是那个困扰了中国人3000年的“蜀道难”问题。

　　从兰州到重庆，恰好要跨过“一夫当关，万夫莫开”的秦岭，这里除了山就是峡谷，几乎没有一处是平地，绵延上千公里的山脉根本绕不过，只能和它硬刚。因此，兰渝铁路886公里的路程中有72%不是桥梁，就是隧道。

　　（秦岭地形，在业内人士看来有些恐怖）

　　既然绕不过山，能不能选择一些地质条件更好、更容易穿越的山来走呢？也不行。

　　兰渝铁路通过的黄土高原区和秦岭高中山区，位于青藏高原隆升区边缘地带，在区域地质上位于华北、扬子、青藏（柴达木、羌塘等）诸小板块相互汇集部位，地质环境极为复杂特殊，地震、暴洪、泥石流灾害多发，号称“地质博物馆”。

　　兰渝铁路需要穿越区域性大断裂10条、大断层87条，而这已经是经过精挑细选，最好走的道路了。

　　如果不走胡麻岭，兰渝铁路就必须要面临更为严峻的地质环境——地应力。

　　在这些地方，由于地壳的变动，岩层遭受挤压和扭曲，内部蕴藏着大量的能量，这时的地层就类似于一根弯曲到了极致的筷子，只要稍微增加一点扰动就会突然断裂。在地质学上，这就是我们所熟知的地震。

　　相比起来，胡麻岭隧道的困难还算可控。

　　然而，即使这样艰难，兰渝铁路还是非建不可。

　　它有效地连接了中国的西南和西北地区，形成重庆、四川等北上的快速通道，推动西南地区加快融入丝绸之路经济带。

　　兰渝铁路也是精准扶贫的长大干线，沿线22个县市区中分布着六盘山区、秦巴山区的十多个国家扶贫重点县。随着全线开通运营，沿线丰富的农牧业资源、有色金属资源、煤炭矿产资源有了廉价、快速的铁路运输通道，从而加速沿线地区经济发展、加快沿线群众脱贫致富。