青藏鐵路是世界上海拔最高、線路最長的高原鐵路,起于青海省西寧市,終抵西藏自治區(qū)拉薩市,全長1956 公里。正在建設(shè)中的格爾木至拉薩段長達1142 公里,穿越海拔4000 米以上地段960 多公里,最高點為海拔5 O72 米的唐古拉山口,經(jīng)過多年凍土地段550多公里。青藏鐵路是人類建設(shè)史上的一個偉大壯舉,被國內(nèi)外媒體評
價為“可與長城媲美”、“將成為世界上最壯觀的鐵路之一”。
青藏鐵路建設(shè)中面臨多年凍土、高寒缺氧、生態(tài)脆弱三大世界性難題。多年凍土處理不好,容易導(dǎo)致冬季受凍脹起、夏季融化沉降,使路基變成高低不平的“搓衣板”和“橡皮路”,直接影響到運營安全和質(zhì)量。青藏鐵路沿線平均海拔4500 米以上,空氣含氧量只有內(nèi)地的一半左右,自然環(huán)境十分嚴酷。青藏高原生態(tài)資源非常珍貴,野生動植物資源、水資源豐富,是南亞、東南亞地區(qū)的“江河源”和“生態(tài)源”,還是中國乃至東半球氣候的“啟動器”和“調(diào)節(jié)區(qū)”,但生態(tài)環(huán)境又極其脆弱,環(huán)境保護的難度很大。目前,青藏鐵路建設(shè)中鐵路建設(shè)者對三大難題的研究已經(jīng)取得了重大成果。
昆侖山隧道——世界最長高原凍土隧道青藏鐵路昆侖山隧道全長1686 米,是世界上最長的高原凍土隧道。該隧道海拔達4600 多米,地處多年凍土區(qū),地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,自然條件惡劣。隧道穿越多條斷裂帶,進口處有厚層地下冰,出口處為亂石堆積體,中間有裂隙水、地下水和融凍泥流,該類地質(zhì)被專家形象地稱為高原地質(zhì)的“萬花筒”。
昆侖山隧道于2001 年9月開工,是青藏鐵路建設(shè)的頭號重點控制工程,在鐵道部已確定的9個凍土隧道科技攻關(guān)項目中,有8個試驗項目在昆侖山隧道施工試驗。承建單位中鐵五局集團聘請了國內(nèi)高原冰土專家為顧問,與中國科學(xué)院寒旱所、中鐵西南科研院、蘭州鐵道學(xué)院等科研單位在工地進行了多項科研試驗,在施工方法、施工工藝等方面有了重要進展,并取得了“濕噴混凝土施工作業(yè)”、“防排水結(jié)構(gòu)和隔熱保溫層施工技術(shù)”和“隧道仰拱作業(yè)橋的研制和使用”等多項科研成果。
施工單位還在較弱圍巖地段采取超前錨桿注漿支護等措施,并采用“長隧短打”方案,在隧道一側(cè)開鑿兩個橫洞、形成了4個口、多個工作面同時施工的局面。同時,大力推廣應(yīng)用多項新成果、新技術(shù)、新工藝,摸索出高原機械功率恢復(fù)、低溫啟動等方法,提高了機械設(shè)備在高原施工的適應(yīng)性能,掃除了凍土隧道施工的“攔路虎”,保證了工程質(zhì)量和施工安全。
昆侖山隧道已經(jīng)于2002 年9月26日勝利貫通。風(fēng)火山隧道——世界海拔最高隧道風(fēng)火山隧道位于青藏高原可可西里“無人區(qū)”邊緣,全長1338 米,軌面海拔4905 米,是世界上海拔最高的隧道。
風(fēng)火山隧道是青藏鐵路建設(shè)中的重點難點控制工程,一是因為該隧道地質(zhì)條件復(fù)雜,主要為含土冰層、飽冰凍土、富冰凍土,還有裂隙冰、融凍泥巖等病害性地質(zhì)。二是自然條件嚴酷。這里平均海拔4900 米左右,年均氣溫-7℃,寒季最低氣溫達-41℃,空氣中氧氣含量只有內(nèi)地的50%左右,被喻之為“生命禁區(qū)”。三是工程艱巨。凍土層最厚達150米、覆蓋層最薄處僅有8米,施工稍有不慎,就會導(dǎo)致大塌方,工程難度極大。四是科技含量高。風(fēng)火山隧道是青藏線6個科研試驗段之一,有部級以上科研項目7個,外聯(lián)科研項目18個,是青藏線科研項目最多的高原凍土隧道。
風(fēng)火山隧道于2001 年10月18日開工建設(shè),承建單位中鐵二十局集團公司先后在高原凍土隧道設(shè)計和施工中,研制、使用了適應(yīng)凍土隧道施工的低溫早強混凝土,采用了防水、保溫等新技術(shù)和新工藝,攻克了淺埋凍土隧道進洞,冰巖光爆等技術(shù)難關(guān),掌握了高原凍土路基和隧道施工的有效辦法,使之達到了國內(nèi)外凍土隧道施工的領(lǐng)先水平。
風(fēng)火山隧道是青藏鐵路淺埋層最長的隧道,為避免出現(xiàn)塌方,施工單位針對不同地質(zhì)的噴護和支護提出了一攬子施工方案。在富冰凍土地段,采用大管棚加小管棚的雙層超前超強支護法,利用中空錨桿和加溫后的水泥漿錨注,使圍巖上層形成一種相對穩(wěn)定的環(huán)境。同時,實行“弱爆破、快支護、快初襯”,使富冰凍土區(qū)段得以安全通過。對裂隙冰地質(zhì),采用“先搶格柵架,快焊鋼筋網(wǎng),邊焊邊噴護”的方法,取得了良好效果。對融凍泥巖地質(zhì),采取用水玻璃進行雙液注漿,首先穩(wěn)定山體結(jié)構(gòu),待水玻璃與水泥漿凝固后,再進行謹慎開挖,很快就制止了融凍泥巖的塌落,保證了施工的正常進行。
風(fēng)火山隧道已經(jīng)于2002 年10月19日勝利貫通。清水河特大橋——世界高原凍土地段最長鐵路橋青藏鐵路清水河特大橋為以橋代路工程,位于海拔4600 米的青藏高原可可西里“無人區(qū)”內(nèi),全長11703.62 米,是世界高原凍土地段最長鐵路橋。以橋代路是為了解決高含冰量凍土地帶線路的穩(wěn)定,同時在橋下預(yù)留供野生動物自由遷徙的通道。該橋于2002 年4月8日開工建設(shè)。清水河特大橋,一是工程量較大。橋梁鉆孔灌注樁基礎(chǔ)2878 根、合69744 延長米,墩臺1367 個。下部結(jié)構(gòu)混凝土施工量84000 立方米,耗用鋼材8301 噸。二是施工條件差。該橋地處可可西里“無人區(qū)”,高寒缺氧,氣候變幻無常,所有生產(chǎn)、生活物資需從格爾木長途運送,生產(chǎn)生活存在許多困難。三是環(huán)保任務(wù)重。可可西里的國家級自然保護區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境極為脆弱牞又是藏羚羊、藏野驢等國家珍稀保護動物頻繁遷徙地區(qū),在選用先進、適用機械設(shè)備,快速有序組織施工的同時,盡量減少施工活動對野生動物驚擾,將凍土熱平衡的擾動降低到最低程度牞難度很大。四是科技含量高。要努力減小施工對凍土環(huán)境的影響,滿足高原混凝土耐久要求,在有效作業(yè)時間內(nèi)快速完成主體施工任務(wù)。承建單位中鐵十二局集團公司采用了干鉆法快速成孔施工技術(shù),摻加低溫早強耐久混凝土外加劑,形成鉆孔、鋼筋加工及混凝土生產(chǎn)、運輸、灌注兩條工廠化、機械化生產(chǎn)線。該施工方法同時解決了濕法成孔施工周期長,泥漿對樁周凍土影響大,樁基施工后回凍時間長,泥漿極易對環(huán)境造成污染的問題。混凝土生產(chǎn)、運輸、灌注選用自動計量拌合站拌合、罐車運輸、泵車入模,使質(zhì)量得到有效保證,效率得到很大提高,勞動強度顯著降低。此外,廣泛采用專為青藏鐵路研制的低溫早強耐久混凝土外加劑,雖然每立方米混凝土增加成本約150元,但提高了混凝土的耐久性,有效延長了工程結(jié)構(gòu)的使用壽命。大量先進設(shè)備、材料的投入,為優(yōu)質(zhì)、高效完成清水河主體工程創(chuàng)造了條件。清水河特大橋主體工程已于2002 年10月29日完工,成為了青藏高原上一道亮麗的風(fēng)景。
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