(作者：司景釗 中鐵隧道局大瑞鐵路高黎貢山隧道項目總工程師)
目前牢牢占據(jù)我國鐵路隧道建設(shè)史上9項第一的高黎貢山隧道的新聞、論文頻頻見于《人民日報》、新華社、中央電視臺等各大主流媒體及國內(nèi)核心期刊，彰顯其世界第一的建設(shè)難度。但對非專業(yè)人士來講，無法身臨其境切身感受，媒體上、論文上的各種專業(yè)術(shù)語、圖片又難以對其真正的難度有所了解。
針對其無所不在的“難”，筆者從以下8個方面逐一講解，希望能讓廣大讀者對高黎貢山隧道的難有所了解。
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難在一條普速隧道直到2015年才開工
2006年7月1日，青藏鐵路通車，結(jié)束了西藏地區(qū)沒有鐵路的歷史，也標(biāo)志著中國鐵路建設(shè)技術(shù)突破板塊運動頻繁區(qū)域、高低溫高地應(yīng)力區(qū)域、高原高寒區(qū)域的建設(shè)瓶頸。通車當(dāng)天鐵道部公布了營業(yè)線示意圖。
可以看出，當(dāng)時我國大陸大部分的人員密集區(qū)域已經(jīng)有了鐵路，唯一大量人員密集區(qū)卻沒有鐵路的區(qū)域就是橫斷山脈區(qū)域范圍內(nèi)。
云南的鐵路也就在大理戛然而止。麗江、香格里拉、保山、瑞麗等世界著名的風(fēng)景名勝區(qū)只能通過汽車、飛機才能到達、享譽全球的翡翠、石斛等特產(chǎn)也不能采用鐵路運輸出去。
橫斷山脈，世界年輕山群之一，中國最長、最寬和最典型的南北向山系群體，位于青藏高原東南部，通常為四川、云南兩省西部和西藏自治區(qū)東部南北向山脈的總稱。因“橫斷”東西間交通而得名。怒江、瀾滄江、金沙江、雅礱江、大渡河、岷江在橫斷山脈南北并行，形成落差較大的大峽谷。
公路具有坡度限制、轉(zhuǎn)彎半徑要求較小的特點，可以盤山上下，在山頂處直接翻山或在埋深較淺處修隧而穿越，在谷底處修橋而跨河，受地形限制較小。而鐵路線路更為平直，高山峽谷地段難以調(diào)整線路，隧道只能選擇深埋。
埋深越大，隧道越長，遭遇的不良地質(zhì)種類更多、風(fēng)險更大，隧道修建技術(shù)工藝、安全防護技術(shù)、工裝設(shè)備及材料達不到要求則鐵路隧道難以建設(shè)。
其實，隨著國家綜合實力和科學(xué)技術(shù)的進步，我國鐵路建設(shè)者們在研究高鐵建設(shè)技術(shù)的同時，已經(jīng)于2005年悄然開展了第一條穿越橫斷山脈的鐵路——大（理）瑞（麗）鐵路的勘察設(shè)計工作。歷時3年，2008年大瑞鐵路大（理）保（山）段開始修建，秀嶺隧道（17.62km）、大柱山隧道（14.48km）、杉陽隧道（13.39km）是該段三座主要隧道，其中頻頻經(jīng)歷突泥涌水、高地溫、隧道變形的大柱山隧道歷時12年于2020年4月28日貫通，而秀嶺隧道和杉陽隧道至今未通。
十幾公里的隧道目前在國內(nèi)比比皆是，施工12年以上的卻幾乎沒有。2015年，保（山）瑞（麗）段全面開始建設(shè)，主要原因就是直到2014年才找到一個稍微適合高黎貢山隧道建設(shè)的線位。由大保段的施工情況可以推測滯后7年開工、隧道長度達34.538km的高黎貢山隧道的難度。
大瑞鐵路是普速鐵路，線路要求比高速鐵路低，斷面比高速鐵路小，卻在2015年國內(nèi)高速鐵路蓬勃發(fā)展的期間一枝獨秀，成為唯數(shù)不多的在建的普速鐵路，而其居然還是單線！
大瑞鐵路僅僅穿越了橫斷山脈的最南端，川藏鐵路則穿越橫斷山脈的核心區(qū)域，隧道更長、埋深更大，加上高原高寒氣候，難度更高。
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難在長達10年的隧道勘察設(shè)計工作
一條線路的修建，最先的就是結(jié)合地質(zhì)勘察與線位選擇結(jié)合開展，最終選擇出經(jīng)濟、安全的線路。
高黎貢山隧道的選線極為困難，主要是由于地下熱水，地層深處的高溫?zé)崴ㄟ^巖層間的裂隙向上涌，出露地表就形成溫泉，高黎貢山隧道周邊溫泉比比皆是，泉水溫度最高達102℃。而在高黎貢山內(nèi)部，地下熱水分布更廣、溫度更高，如果溫度過高，人員設(shè)備難以承受，隧道難以建設(shè)。
高黎貢山隧道勘察過程中，設(shè)計單位中鐵二院聯(lián)合科研機構(gòu)、高等院校、地?zé)釋I(yè)隊伍進行了12個地質(zhì)專題研究工作。在東西寬51km、南北長74km的線路比選范圍內(nèi)開展，完成淺孔鉆探6827m、深孔鉆探18576m，并實施全孔測溫、綜合測井、2000余組樣品（巖、土、水、氣）化驗分析等地質(zhì)勘察工作，綜合比選論證了20多個線路方案，選線總長度1032km，最終將高黎貢山隧道位置確定在目前隧道所在的相對低溫通道內(nèi)。
線路確定了，但結(jié)合高黎貢山隧道“高地溫、高地震烈度、高地應(yīng)力”的地質(zhì)特征，到底采用什么方法、什么設(shè)備、什么材料、什么類型的配合隧道施工的輔助巷道來安全、經(jīng)濟的建設(shè)高黎貢山隧道，設(shè)計者又開始了研究，在投入數(shù)千萬元進行了高地溫防治、輔助巷道修建、工裝工藝等方面研究，并開展了10多個方案研究比選后，確定了目前TBM+鉆爆法結(jié)合的隧道施工方案及豎井+斜井的輔助巷道方案。
勘察設(shè)計期間，建設(shè)單位、設(shè)計單位聘請路內(nèi)外專業(yè)設(shè)計、施工團隊開展設(shè)計咨詢，召開各類專家研討會、論證會達30余次，先后邀請了院士、大師及知名專家教授達500人次。歷時10年完成高黎貢山隧道設(shè)計方案，在國內(nèi)鐵路建設(shè)史上絕無僅有。
3
“難”在地質(zhì)預(yù)報
為了保證隧道施工安全，在設(shè)計地質(zhì)的基礎(chǔ)上，需要在施工過程中采用物理探測、鉆孔探測等手段對前方地質(zhì)進行辨別。
在一般地質(zhì)條件下，探測距離長、用時短、影響施工小的物理探測手段對前方地質(zhì)辨別的準(zhǔn)確度達80%，而探測距離短、用時長、影響施工大的鉆孔探測對前方地質(zhì)辨別的準(zhǔn)確度高達95%以上，地質(zhì)較好地段采用物探，復(fù)雜地段采用鉆探或者二者結(jié)合探測前方地質(zhì)。
同樣，在鐵路史上最細、最全面的高黎貢山隧道地質(zhì)勘察基礎(chǔ)上，中鐵二院及施工單位中鐵隧道局也在高黎貢山隧道施工過程中開展了物理探測和鉆孔探測結(jié)合運用的地質(zhì)預(yù)報工作，結(jié)果卻讓建設(shè)者們倍感頭疼。
首先說下我國制造首臺大直徑、科技含量最高、首次在西南山區(qū)復(fù)雜地質(zhì)使用的“彩云號”TBM施工過程中的地質(zhì)預(yù)報情況。TBM中文名稱是全斷面硬巖隧道掘進機，其地質(zhì)適應(yīng)性差，一般用于地質(zhì)條件較好的長大隧道。高黎貢山地質(zhì)復(fù)雜，為了保證這個大家伙的正常施工，設(shè)備設(shè)計及建設(shè)各方想盡一切辦法增加其穿越復(fù)雜地質(zhì)的能力，最重要的一個就是綜合超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)，在常規(guī)的TSP物理探測前方不良地質(zhì)體位置的基礎(chǔ)上，TBM上又搭載了3套物理探測設(shè)備和1套鉆探系統(tǒng)，1套物探系統(tǒng)用以探明地下水，2套物探系統(tǒng)用以探明前方不良地質(zhì)體位置，如此強大的地質(zhì)預(yù)報手段可以說是最強地質(zhì)預(yù)報組合，但其仍然被高黎貢山隧道的復(fù)雜性所碾壓。
TBM施工的地質(zhì)是花崗巖，眾所周知，一般情況下花崗巖是比較硬的，而過去在花崗巖里施工的主要問題是挖不動、設(shè)備配件損耗高。在高黎貢山隧道卻不一樣。
高黎貢山是地球終于穩(wěn)定下來、各類物種大爆發(fā)的寒武紀(jì)就出現(xiàn)在海平面以上的陸地，除了個別物種初步形成、在地球表面零星出露的幾處上古時代的神仙地層，相當(dāng)于盤古開天辟地以后，仍然在世的地球最長者，經(jīng)歷了地質(zhì)學(xué)上所說的聯(lián)合古陸形成、聯(lián)合古陸解體的全過程。尤其是劇烈的巖漿活動導(dǎo)致的聯(lián)合古陸解體，高黎貢山像一個老人搖搖晃晃的被年輕地層拱著上升，好不容易穩(wěn)定，板塊活動最為激烈的亞歐板塊和印度洋板塊的碰撞又把處在碰撞中心附近的高黎貢山這個老人又不停折騰到現(xiàn)在。
隧道穿越的花崗巖是生命形成后第一期巖漿劇烈活動時期出現(xiàn)的，寒武紀(jì)及后續(xù)的地層像帽子一樣壓在其頭上，下面又被后面的巖漿活動形成的地層不斷的侵入、上抬，青藏高原的崛起引起的地震、地層錯動又把隧道區(qū)域的花崗巖不停揉搓、沖擊，地下熱水也不斷上涌侵蝕，最終，高黎貢山隧道的花崗巖就不像其他地區(qū)的那樣完整、堅硬，變的非常破碎，局部甚至成了砂粒，形成極度破碎且不均勻的花崗巖。地層局部破碎在地質(zhì)學(xué)上叫差異風(fēng)化，高黎貢山隧道TBM施工恰恰穿越這個地層。采用了多重物理探測、鉆孔探測，甚至施作一個平行的小隧道來為“彩云號”TBM探測地質(zhì)的情況下，依然難以準(zhǔn)確判斷前方地質(zhì)，主要原因就是地層的差異風(fēng)化。比如物理探測，大部分的物理探測是靠接收分析被地層結(jié)構(gòu)面反射回來的地震波參數(shù)來對前方地質(zhì)進行判斷的，巖體均一地層地層結(jié)構(gòu)面貫穿隧道，反射信號統(tǒng)一，易于判斷。而差異風(fēng)化地層，在同一個位置反射的信號參數(shù)不統(tǒng)一，有大有小，給地質(zhì)預(yù)報技術(shù)人員帶來干擾，造成物理探測準(zhǔn)確度大幅下降。鉆孔探測也一樣，鉆孔鉆到不良地質(zhì)體位置還好，沒鉆到的話就會給一個假的預(yù)報結(jié)果，又不能幾十公里的隧道施工，天天把TBM停下來周邊一圈全環(huán)鉆探，那么隧道不知道什么時候才能打通！
再說下國內(nèi)鐵路最深的1#豎井，也在花崗巖地層施工，豎井施工的特點是由于抽水能力不足，對地下水允許出水量要求極苛刻，而對地層巖體質(zhì)量要求不高，因此豎井地質(zhì)預(yù)報的關(guān)鍵是地下水的預(yù)測。
設(shè)計院和中鐵隧道局在開始施工前分別做了一個超越豎井深度的鉆孔來判斷地質(zhì)，差異風(fēng)化導(dǎo)致地層的裂隙和地下水發(fā)育迥異，相差幾十公分可能就不一樣，豎井開始施工后，地下水量與2個深孔鉆探判斷的完全不同，隨機改變策略，開展全井筒鉆孔探水。1#豎井副井施工前期，每段開挖前，我們在5m直徑的井筒周邊布置12個鉆孔來探測地下水量，如果水量過大，就需要提前注漿堵水，可謂鉆孔密布。如此防范，依然在挖至630m深時，邊墻突然涌出300m /h的地下水，抽水能力不足，直接淹井。
淹井處理完成后的探水，增加一倍鉆孔，雙層錯開布置，鉆孔時還沿著井筒周邊切向鉆進，探水、注漿堵水工作量大幅增加后，1#豎井才安全到底。
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“難”在技術(shù)管理
高黎貢山隧道的技術(shù)難度需要分工點講述。
斜井，準(zhǔn)確的說，斜井的技術(shù)難度是幾個工點里面最小的，高地應(yīng)力軟巖變形、地下水量不是國內(nèi)最大的，地溫也不是最高的，但各項問題綜合在一起解決起來就麻煩的多。
目前斜井首要問題就是地?zé)?，斜井井身期間由于溫度不高(37℃）、高溫水量不大，采用的冰塊配合局部風(fēng)扇降溫。
進入正洞后， 整個隧道處于高地?zé)岘h(huán)境中，38℃高溫?zé)崴粩啻罅坑砍?，隧道上部溫度已達42℃以上，冰塊降溫已經(jīng)滿足不了施工需求，現(xiàn)場已經(jīng)開始采用工業(yè)降溫設(shè)備開始降溫，目前尚可解決，但工人、設(shè)備始終像在蒸籠里面作業(yè)，效率低、易生病。
目前的隧道面距離勘察的最近的導(dǎo)熱斷裂還有2km，也就是說，2km外的導(dǎo)熱斷裂從地層深處帶來的地下熱水，致使斜井施工困難，而隧道還要向?qū)釘嗔牙^續(xù)施工，高溫高濕會隨著隧道施工不斷增加，后續(xù)施工難度可想而知。
1#豎井，工程地質(zhì)條件是幾個工點最好的，但水文條件是最難預(yù)測的，雖然已經(jīng)到底，但井下車場、隧道還需要繼續(xù)施工。井筒施工期間的幾個特點至井下隧道施工都存在：
一是水壓隨豎井深度等比增加，也就是豎井多深水壓就有多大。
764m的豎井水壓達到7.3Mpa，這是目前鐵路隧道行業(yè)所遭遇的最大水壓，說明700多米的巖層無法阻斷地下水的聯(lián)通。而這個水壓相當(dāng)于潛艇潛入水下700多米深所承受的壓力。目前世界上的潛艇能否潛入700m深我們不得而知，但我們所知的高壓鍋爆炸威力極大，而其內(nèi)部最大壓力僅相當(dāng)于不到40m深的水壓。
二是隨著豎井深度的不斷增加，水量也越來越大，但注漿卻越來越難。
正常情況下，水量變大說明巖石間裂隙大才能大量出水，裂隙大說明堵水漿液更容易通過裂隙進入巖層對地下水進行封堵。但在1#豎井卻恰恰相反，隨著深度增加、地下水量加大，漿液卻越來越難以進入巖層，只能通過減小堵水材料粒徑提高可注性。開挖600m后，國內(nèi)可生產(chǎn)的最小粒徑的堵水材料無法注入，隨即更換為液體材料（改性脲醛樹脂）進行堵水，雖然至今仍在使用，但可注性仍不高，一個鉆孔常常要注漿-掃開發(fā)現(xiàn)水量大-再注漿等多次循環(huán)，最多達11次注漿方將地下水封堵到安全標(biāo)準(zhǔn)。
同時改性脲醛樹脂材料價格高且使用過程中產(chǎn)生甲醛，在又熱又濕的環(huán)境中，工人們身穿10kg以上的裝備，佩戴防毒口罩、防護眼鏡作業(yè)，常常透支體力。而水量大堵水材料難以注入是目前專家學(xué)者難以找到理論予以解釋的問題；三是花崗巖裂隙發(fā)育，大量鉆孔卻難以準(zhǔn)確探明地下水，這個上一節(jié)已經(jīng)說過。1#豎井主副井分別經(jīng)歷11循環(huán)、12循環(huán)注漿堵水方艱難到底，注漿堵水段落占全井筒的83%。
2#豎井，與1#豎井不同，2#豎井工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件均差，采用高，較細的顆粒類堵水材料可以注入。但其跟TBM段一樣，花崗巖差異風(fēng)化，部分呈砂狀，豎井施工過程中出現(xiàn)的最大問題就是砂狀的圍巖隨著少量水溜坍，致使豎井井壁混凝土不能全圓受壓，背后圍巖溜坍后出現(xiàn)的不密實位置出現(xiàn)應(yīng)力集中，導(dǎo)致混凝土掉塊，開裂。嚴(yán)重時不得不將井筒回填，重新注漿加固，再開挖，同時將開裂的井壁混凝土鑿除重做。
TBM施工，主要的問題就是頻繁的、花樣繁多的卡機，至今為止2臺TBM共發(fā)生20次卡機，平均500m卡機一次，最短處理時間9天，最長處理時間8個月。
卡機則需要人工一點點將碩大的TBM機頭掏出來，安全系數(shù)大幅降低。而圍巖破碎帶來的問題不僅是卡機，也造成了本來是保證安全的初期支護體系不能按設(shè)計斷面安裝到位以及支護背后不密實導(dǎo)致不安全，初期支護體系不能安裝到位導(dǎo)致最能保證安全的混凝土結(jié)構(gòu)厚度不足，必須鑿除或置換初期支護體系方能保證混凝土結(jié)構(gòu)厚度和列車運營安全；支護背后不密實需要TBM停下來，對不密實的部位回填密實后方能繼續(xù)施工。
而目前高黎貢山隧道多數(shù)工點僅僅是在輔助巷道施工，真正的技術(shù)困難還沒顯露其猙獰面目。
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“難”在施工進度指標(biāo)
由于上述的原因，高黎貢山隧道施工困難重重，進度指標(biāo)也遠遠不如常規(guī)隧道。
斜井作為輔助巷道，井身平均月施工進度為74.7m，較常規(guī)同類不良地質(zhì)施工不差，是高黎貢山隧道進度指標(biāo)唯一正常的工點，仍然施工50個月才進入正線施工。
1#、2#豎井主副井共4個井身的平均月進度指標(biāo)僅分別為18.3m，14.8m，19.9m，19.8m，距國內(nèi)豎井施工平均月施工進度指標(biāo)70m相差極大，1#豎井副井2016年6月開工，2020年9月底到底，歷時51個月，是所有豎井最晚到底的。
鐵路建設(shè)史上的幾座采用敞開式TBM施工的幾座隧道的綜合進度指標(biāo)見下表。
剔除利用老舊設(shè)備的中天山隧道，3座采用TBM法施工的鐵路隧道最低月綜合進度為238m，而采用有軌運輸出渣、同樣為軟巖隧道的磨溝嶺隧道，TBM月綜合進度為248m。高黎貢山隧道兩臺TBM月綜合進度指標(biāo)分別僅有182m/月、146m/月。
2015年12月1日進場至今，已經(jīng)58個月，高黎貢山隧道斜、豎井卻剛剛到底，與原計劃的10余月的豎井施工周期、33個月的斜井施工周期嚴(yán)重不符。而小TBM原設(shè)計在2020年1月底貫通，如今僅僅施工一半，大TBM計劃2021年3月貫通，現(xiàn)在尚有54%未施工。僅從進度分析，高黎貢山隧道的難可見一斑。
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“難”在安全管控
斜、豎井及井下隧道施工最大的安全風(fēng)險就是突水造成淹井，如何防控是重中之重，從地質(zhì)預(yù)報、地下水封堵、抽排水系統(tǒng)建立及維護、應(yīng)急預(yù)案的制定演練等等，全方面的過程監(jiān)控、防范。
斜豎井及井下隧道施工的其他安全風(fēng)險有高地溫、塌方，都容易出現(xiàn)事故，作業(yè)周期中對施工通風(fēng)、降溫措施的應(yīng)用以及圍巖穩(wěn)定性的監(jiān)測自始至終，高度戒備。
TBM施工最大的安全風(fēng)險就是突涌，2018年11月3日出現(xiàn)過已施工地段突涌，將大TBM關(guān)在里面，運輸車輛、皮帶機多處受損，后經(jīng)40多天搶險方利用平導(dǎo)作為通道繞行恢復(fù)掘進，但突涌體處理用時11個月。如突涌出現(xiàn)在TBM區(qū)域，則后果不堪設(shè)想。
過程中始終繃緊初期支護觀察、圍巖監(jiān)測、地下水量統(tǒng)計的弦，如有異常立即停機處理。
7
難在目前技術(shù)無法解決的問題
TBM底部清渣問題，TBM隧底空間小、干擾多，目前采用的是人工清理搬運，清理費時費力，且存在安全風(fēng)險，但國內(nèi)外尚沒有相關(guān)的設(shè)備可以使用。也是導(dǎo)致TBM進度慢的一個主因。
TBM施工快速超前加固問題，6m長的TBM機頭擋在作業(yè)人員和作業(yè)面之間，作業(yè)區(qū)域僅有1m多寬的可作業(yè)平臺，受多重干擾，TBM施工至今難以做到全作業(yè)面快速超前加固，目前多是采用人工掏小導(dǎo)洞，在小導(dǎo)洞里面進行超前加固，安全性差、進度慢。
豎井井下隧道通風(fēng)問題，豎井井下隧道通風(fēng)是利用副井井筒作為進風(fēng)通道為各作業(yè)供應(yīng)新鮮風(fēng)，增大新鮮風(fēng)供應(yīng)的唯一途徑就是加大進風(fēng)風(fēng)速，但副井是人員材料上下的主要通道、風(fēng)速過高又會造成安全問題。目前井下隧道新鮮風(fēng)供應(yīng)沒有富余量，如出現(xiàn)高地溫、有毒有害氣體時，只能通過停作業(yè)面的方式來保證問題作業(yè)面安全。
其他如高溫水封堵材料等技術(shù)問題還在研究中，尚未有明確結(jié)果。
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難在隊伍穩(wěn)定
進度不高造成項目資金困難、員工收入低，地質(zhì)復(fù)雜造成安全風(fēng)險，難以招到員工，高地溫、豎井施工造成作業(yè)人員恐懼，工期長造成員工職業(yè)規(guī)劃難開展，一項項的問題導(dǎo)致項目人員流失嚴(yán)重。
在目前僅需要1300名左右員工的情況下，項目全體造冊過的員工高達4400人，新員工招聘不來、來了又走，老員工走了不來，就連正式職工經(jīng)過5年的煎熬也有部分開始不穩(wěn)定。
結(jié)束語
21世紀(jì)，中國人已經(jīng)實現(xiàn)航天夢，即將實現(xiàn)登月，但高黎貢山隧道卻有如泥潭行路，舉步維艱，難于上青天。但始終在高黎貢山堅守的建設(shè)者不會辜負黨和國家的期望，用100%的努力和勞動來實現(xiàn)高黎貢山隧道的早一日貫通，實現(xiàn)滇西南人民翹首以盼的鐵路夢，早日暢通國家騰飛的一條重要動脈。
