乌蒙山区复杂环境叙毕铁路隧道建设关键技术

西南交通大学

 

叙（永）毕（节）铁路（川滇段）是区域性干线铁路，线路全长151.838km，设计速度120km/h，为国家Ⅰ级单线电气化铁路。叙毕铁路（川滇段）地处乌蒙山区，是西部陆海新通道的骨干工程和我国西南地区地方铁路的标志性工程。乌蒙山区高原山地占比超90%，残丘峰林，沟壑纵横，叙毕铁路（川滇段）海拔抬升超过1200m，隧道超50座，总长121.371km，隧线比高达80%。乌蒙山区是长江上游重要生态安全屏障，生态保护区众多，水源涵养困难，地下水生态脆弱。富水隧道施工涌排水极易导致地下水大量流失，造成地下水生态失衡。同时，乌蒙山区地质条件复杂，岩溶地层分布范围超过区域总面积的60%，瓦斯地层广泛分布且喷孔动力现象显著，铁路隧道穿越岩溶和瓦斯地层等不良地质无法避免。高压富水岩溶隧道施工过程中极易诱发岩溶突水突泥。特长铁路隧道高瓦斯地层隧道施工风险高、管理难度大，一旦发生隧道瓦斯突出，后果严重。在高铁联合基金重点项目等课题的资助下，历时七年半攻关，突破了制约乌蒙山区复杂环境叙毕铁路隧道建设的技术瓶颈。

一、主要科技创新

1.生态敏感区隧道施工地下水运移特性及保护技术。建立了生态敏感区隧道“四水”循环转化模型及其模拟方法；提出了隧道施工涌排水诱发地层地下水位变化的预测公式；构建了基于水文地质和隧道特征的地下水保护综合防控技术，缩小了注浆范围。提出的单浆液和双浆液分区综合注浆堵水技术，大幅减少了堵水时间，解决了隧址区地下水生态脆弱保护难题。

2.高压富水岩溶隧道突水突泥预测方法和处置技术。揭示了岩溶隧道突水突泥灾变机制、判定准则与破坏模式；建立了基于数值模拟统计回归和强度理论解析相结合的岩体防突最小安全厚度预测方法；建立了高压富水岩溶隧道突水突泥风险指标体系和处置技术。提出的“地质管排水降压+帷幕注浆防突+超前管棚防塌+衬砌加厚抗压”突水突泥处置技术，大幅提升了突水突泥风险段施工月进尺。

3.特长铁路瓦斯隧道分级分类方法与瓦斯防突技术。建立了铁路瓦斯隧道分类分级方法和瓦斯体积分数设防标准；提出了隧道施工瓦斯分布特征与隔断压入式通风及防突揭煤综合处置技术；形成了铁路瓦斯隧道标准化施工成套管理体系。瓦斯分类分级更加精准，有效解决了高瓦斯含量、高钻孔浓度、高瓦斯压力地层特长铁路隧道高瓦斯隧道突出风险防控难题。

二、项目评价

该成果在“四水”循环转化模拟方法、岩体防突最小安全厚度预测方法、高压富水岩溶隧道突水突泥风险评估技术、通风及防突揭煤处置技术等方面具有显著的创新性。该成果总体达到国际先进水平，其中生态敏感区隧道施工地下水运移特征及保护技术达到国际领先水平。

三、成果及效益

采用该项目成果安全高效建成了被誉为“行走在山间云端的钢铁大动脉”的叙毕铁路（川滇段）。主要成果应用在叙毕铁路（川滇段）、成贵高速铁路、泸石高速、峨汉高速、乐西高速、九绵高速等国家重大工程的大量隧道中。建成的叙毕铁路（川滇段）等工程为乌蒙山区改善交通条件和投资环境、促进经济社会全面发展、巩固脱贫攻坚成果、推动民族文化交流作出了重要贡献，产生了重大经济和社会效益。