高原铁路的“之最”工程
青藏高原雄伟险峻,穿越期间的青藏铁路汇集了铁路建设史上许多蔚为壮观的
工程,创造了许多“之最”。
从昆仑山北缘的纳赤台上行15公里,一座雄伟的大桥拔地而起,像巨人的双臂
横架于裂谷之间。这座大桥就是青藏铁路沿线最高的大桥--三岔河大桥。
这里海拔3800米,冲积地层形成的峡谷,犹如利斧将一座高山从中劈开。三岔
河大桥就矗立在这段峡谷之中,大桥两端悬架于地势陡峻的山崖之上。
三岔河大桥全长690.19米,13号墩高达54.1米,最高建筑高度为85.6米,是青
藏铁路全线第一高桥。它共有20个桥墩,其中17个是圆形薄壁空心墩,墩身顶部壁
最薄仅有30厘米。
由于大桥施工工期短、技术要求高,施工难度相当大。据承担这座大桥施工任
务的中铁十四局三公司指挥长朱明亮介绍,类似规模大桥的施工,在内地正常工期
需要两年。这座桥是青藏铁路格尔木至拉萨段重点控制性工程,承担着为前方铺轨
架梁运输物资的任务,大桥建设的控制工期只有一年的时间,冬季也必须施工。
2001年8 月22日,三岔河大桥开始施工,一二月份,当地气温最低到摄氏零下
30多度,桥墩混凝土浇筑首先要解决保温难题。由于恶劣的环境和技术难度较大,
大桥施工一度陷入停滞状态。中铁十四局经过反复实验,终于发明了一种方法:采
用模板内通蒸汽保温,模板外生火炉,外罩棉被、篷布的方法,硬是在冰天雪地中
创造了一个相对温暖的小环境,顺利进行了冬季混凝土灌注施工,使混凝土凝结达
到了最佳状态。同时使用先进的旋挖钻机进行桩基础施工,作业效率提高了20倍以
上。
2002年7 月24日,三岔河大桥主体工程完工。专家认为,三岔河大桥创造了世
界高寒桥梁施工的奇迹。
沿着青藏公路北行,就到达昆仑山口,这里有世界最长高原冻土隧道——青藏
铁路昆仑山隧道。2002年9 月26日9 时19分,昆仑山隧道胜利贯通。
青藏铁路昆仑山隧道全长1686米,地处海拔4600至4800米多年冻土区,地质结
构复杂,自然条件严酷。隧道穿越多条断裂带,进口处有厚层地下冰,出口处为乱
石堆积体,中间有裂隙水、地下水和融冻泥流,被称为高原地质的“万花筒”。
隧道于2001年9 月开工,据负责昆仑山隧道建设的中铁五局四公司总工程师葛
世进介绍,在冻土区进行隧道施工比在平原地区施工难度大得多。他说,每到夏季,
隧道内部温度上升,有时达7 ℃左右,在这样的温度下冻土容易融化,洞内时有冰
渣掉下来,给施工带来很大困难。
中铁五局首次研制和使用低温早强耐久混凝土等新材料,加强工序控制,在低
围岩地段采取超前锚杆注浆支护等措施,并采用“长隧短打”方案,在隧道一侧开
凿两横洞,形成了四个口、多个工作面施工局面,推广冻土施工湿喷混凝土、防排
水结构和隔热保温层施工技术和隧道抑拱作业桥的研制和应用等多项新成果、新技
术、新工艺,并摸索出高原机械功率恢复、低温启动等方法,提高了机械设备在高
原施工的适应性能。
为了防止和减小冻土病害对隧道稳固性能的影响,昆仑山隧道在施工中采取比
平原地区多一倍的工序,在平原地区隧道施工只需在锚喷支护后,外加一层混凝土
即可,但在冻土地区隧道施工,还需要设两道防水层和一道保温板,起到防水保温
作用,最后再衬砌一道混凝土,这就相当于给隧道穿上了“防水保暖衣”。
在可可西里国家级自然保护区,一条美丽的“彩虹”飞架其间,这就是目前我
国穿越高原冻土区和国家自然保护区最长的青藏铁路桥--清水河特大桥。
清水河特大桥位于海拔4600米的可可西里国家级自然保护区核心地带,是青藏
铁路建设重点控制工程之一。这里处于高原多年冻土地段,冻土厚度达20多米,且
含冰量高。
青藏铁路清水河冻土试验段是青藏铁路试验内容最多、里程最长的高温冻土试
验段,由于高温冻土对构造物稳定性的特殊影响,使之成为困扰国际高原冻土专家
的重大难题。为解决高含冰量冻土地带铁路路基的稳定性,避免冻胀和融沉带来的
病害,以及野生动物的保护等问题,青藏铁路勘察设计专家在这一地区采取了“以
桥代路”的形式。在可可西里边缘设计了全线最长的特大桥和最密集的桥梁群,桥
梁总数36座,总延长达23.7公里,其中清水河特大桥绵延11.7公里。这一地区又是
藏羚羊、藏野驴等国家珍稀野生动物频繁迁徒地区,铁路桥又可成为野生动物自由
迁徒的通道。
我在清水河特大桥工地采访时,看到大桥建设者正在给桥墩盖被子,盖上花被
子的一根根桥墩,犹如草原上盛开的格桑花,显得鲜艳夺目。
中铁十二局技术人员说,这是在冻土区施工采取的一种保温措施,为了保持桥
墩的温度。整座大桥共有2800多根桥墩,用去了一万两千多床被子。这一根根桥墩
就像婴儿一样,特别娇气,夏天怕热,冬天怕冷,全都是冻土惹的祸。
中铁十二局采取干钻法施工,有效防止了扰动冻土。为了保持混凝土与冻土的
温度相接近,他们采取了“负温养生”的措施,夏天对混凝土采取挖井制冷、放风
冷却等办法,使其温度保持在10℃左右;到了冬季,则采取烤热和添加防冻剂等办
法,保证混凝土的耐久性和防冻性。同时,还采取了内外双钢护筒、遮阳板等措施,保
证恒温施工。
清水河特大桥于2002年4 月8 日开工建设,10月29日,主体工程完工,整座大
桥在深层冻土区灌注2878根直径1.2 米左右的桥桩基础,总延长达69744 米。
有“世界第一高隧”之称的风火山隧道就座落在风火山上。风火山隧道全长1338
米,轨面标高4905米,全部位于永久冻土层以内,是世界上海拔最高、冻土区最长
的高原永久冻土隧道。
青藏铁路开工前,有西方媒体预言:青藏铁路根本过不了风火山,因为风火山
地下全是长年冻土,冰厚达150 多米。换句话说,风火山就是一座冰山,在冰山上
打隧道根本就是不可能的。
2001年10月18日,风火山隧道打响第一炮,炸出的弃碴令人触目惊心,几乎全
是晶莹剔透的冰块。这些弃碴含土量反为15%至20%,隧道地质结构主要为含土冰
层,饱冰冻土、原始冰川、裂隙冰、砂岩、泥岩及泥沙互层。风火山隧道被列为青
藏铁路全线重点工程之首,誉为“天下第一号”工程。
这样的地质条件一直是隧道施工的禁区。隧道施工“掘进容易,支护难”,特
别是冻土隧道施工支护、衬砌更难。如果施工震动大,冰层极易破碎;如果震动小,
冰层又会“无动于衷”,即使恰到好处,围岩还会由于遇热而融化,形成一道融化
圈,破坏围岩稳定。在这一地域施工,对施工温度的要求很高,必须保持在±5 ℃
之间。温度低了影响混凝土的凝固;高了会造成冻土热融扩大。尤其在明洞开挖时,
边仰坡失稳、滑坍、基底泥泞、机械车辆无法施工;隧道开挖后,拱部会造成严重
掉块现象,甚至导致塌方;隧道运营后,可能会因反复冻融破坏结构,影响运营安
全。
针对风火山隧道施工技术难题多的特点,中铁二十局成立了风火山隧道科研攻
关小组,研制了两台大型大型隧道空调机组,进行温度控制,为同类地质条件下的
隧道施工积累了宝贵的技术和施工经验。他们还研制了大型制氧站,每台每小时可
产氧气24立方米,保证职工每天可以吸氧两小时,对施工隧道进行24小时弥漫供氧,
使隧道内氧气含量大增,职工如同在海拔3700多米的拉萨施工。
在风火山隧道施工中,中铁二十局和多家科研单位合作,相继攻克了浅埋冻土
隧道进洞、冰岩光爆、含土冰层热融控制与喷护、冻土防水隔热、冻土地质开挖与
喷护的温度调节与控制、高寒条件下混凝土入模温度控制、沙石料预热及保温等20
多项世界性高原冻土施工方面的重大科研难题。
2002年10月19日, 青藏铁路风火山隧道提前胜利贯通,英雄的建设者把鲜艳
的“风火山青年突击队”队旗插在了风火山巅峰。
站在“长江源”碑前遥望沱沱河,会看见一根根高大的桥墩静静地伫立在河水
之中,清澈的水流在夕阳下泛着金色的波光。这就是长江源头的第一座大桥,青藏
铁路长江源特大桥。
长江源特大桥全长1389.6 米,共有42孔,跨过约1300米的宽阔河床。大桥位
于海拔4600米的沱沱河畔大河融区,这里属于多年高原冻土地段,局部有岛状冻土
分布,融区最大冻结度5 米,兼有冻土及融区的双重特性,在冻土区建造桥梁是一
项世界性技术难题。
中铁三局采取了“快速开挖,快速施工”的办法,有效减小了对对冻土的扰动。
每年春天沱沱河中冰层融化,巨大的冰排形成向巨大的冲力,为防止桥墩受损,他
们还把桥墩墩身的迎水面用1 厘米厚钢板的包了起来。
尽管工程进行得如火如荼,长江源头沱沱河的环境并没有因此受到影响,国家
环保局的监测数据表明,青藏铁路开工两年来,长江源头的水质没有发生变化。在
建设长江源特大桥时,中铁三局还主动承担起治理长江源周边环境的义务,职工用
石块构筑了约10000 平方米的防沙格防沙格,并在其间移植草皮,将长江源头的沙
化地带隔断,从而阻止了沙化面积进一步扩大和沙尘落入长江。
长江源特大桥2001年24日开工,2002年10月3 日主体工程完工。
羊八井一号隧道也被称为“世界屋脊第一长隧”,距离拉萨80公里,全长3345
米,海拔4264米,是目前我国海拔4000米以上的最长隧道。
2003年10月12日,青藏铁路第一长隧——西藏羊八井一号隧道顺利贯通。它的
贯通,标志着青藏铁路全线7 座隧道全部贯通或完工。
隧道由中铁二局承担建设,于2001年11月1 日开工,开始了冈底斯山脉的伟大
穿越。施工措施经过反复优化,采用“长隧短打”施工方案,创造了高原铁路隧道
施工月成洞百米和安全无事故的佳绩。
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