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中铁二院勘察设计的成贵高铁全线开通运营

点击量:4403   2019-12-20   【 】   【打印】   【关闭
10年呕心沥血勘察设计和夙兴夜寐配合施工,12月16日,成贵高铁全线正式通车。历经成贵高铁建设全过程,中铁二院在地质选线、减灾选线、岩溶问题处理等方面形成了一大批技术成果,培养了一大批技术骨干人才,进一步巩固了二院在复杂艰险山区勘察设计领域的优势地位。
地质之难 川藏的“试炼”
成贵高铁沿线地形极为复杂艰险,线路从四川盆地到云贵高原,海拔从200米爬升至2000米以上。地形地貌的剧烈变化,使得成贵高铁全线面临着多样而复杂的地质条件,其中以煤矿采空区、天然气地段、岩溶以及深切峡谷最为典型,这些均给勘察设计工作带来了难题。 
首先是大规模的煤矿采空区。全线经过的10多条高瓦斯煤矿带上密布着340多个煤矿,在中铁二院六十多年复杂艰险山区勘察设计历程中,一条线路经过如此多的煤矿,尚属首次。因此,从规划阶段开始,中铁二院工程技术人员就以地质选线方式,绕避了绝大多数煤矿采空区,保证线路在地质稳定的地段通过。
其次是大量的天然气地段。在勘察阶段,二院技术人员采用深孔、潜孔、测气等方式展开调查,在掌握大量一手资料基础上,确立了有害气体地段选线原则,即“能做路基、不做隧道;宁做短隧、不做长隧;能浅埋傍山、不深埋正穿”。成贵高铁地质专业设计负责人岳志勤介绍,成贵铁路全线有180个隧道,其中118个是瓦斯隧道,设计中,尽量将每座隧道的长度变短,埋深变浅,比如,宜宾车站出站端佛界山隧道预可行性研究方案隧道长5公里多,初测地质调绘发现南广河有天然气上涌现象,因此在可研阶段抬高了线路,将隧道分成了佛界山和豆子湾两个2公里多的隧道,如此调整,降低了隧道的施工难度和风险。
岩溶难题更为棘手。全线岩溶分布从宜宾以南开始一直延续到贵阳,总长197公里,占全线长度的38%。二院针对岩溶进行了专题研究,通过大范围的调查,摸清了岩溶分布的具体情况,在大规模集中分布的岩溶区域当中,如同“庖丁解牛”一般,找出了岩溶分水岭等岩溶薄弱或不发育区域,让线路从这些相对安全的地方通过,同时通过调整线路高程,尽量控制在水平循环带,即暗河等上面通过。最终以“避空洞、避塌陷、避水路”、“先评估、后治理、再通过”的设计原则,在选线阶段尽量规避岩溶。
成贵高铁云贵段经南广河、鸭池河等6条河流,河流与大山深度接触,经长年累月侵蚀冲刷,沿线分布着众多呈深“V”或“U”型的峡谷,谷间最深可达1000米以上。针对深切峡谷,二院技术人员采用了“桥位定线”方式,结合实际情况,先定桥位,再定线路走向,以此顺利完成工程选线。
总之,在二院设计人员眼中,成贵高铁是一条山区高铁,其面对的地质复杂程度非常高,可以说是川藏铁路之前的一次“试炼”。
工程之艰 隧道奇桥梁特
复杂的地质地形,造成了成贵高铁近6成的隧道比,云贵段的隧道尤为集中,因此隧道设计施工难度空前。
玉京山隧道因其溶洞大厅空间巨大,地质、水文条件极其复杂,在国内外工程史上极其罕见,被业内誉为“高铁第一洞”。隧道设计者朱勇回忆,2014年5月玉京山隧道开工,前期施工进展顺利,2016年7月,当6306米长的玉京山隧道还有最后300米,最多2个多月,即可贯通,“这时发现了大溶洞,工程无法继续了。”
溶洞横向最宽230米,纵向最高97米,其底部还有45米至120米高度不等的堆积体,蜿蜒其间还有一条暗河,水面宽度13米,水深4米多。实际施工进程中,面临着溶洞巨大、松散而不稳定的堆积体、表层掉块的洞壁、暗河排水、无施工作业面五大连环难题,亟待解决。
经过10个月方案研究、5次专家评审、上百次现场会议……最终玉京山隧道溶洞处理方案出炉,二院的技术人员们决定采用洞内挖洞,洞内架桥的方式完成最后一段隧道施工。为了让溶洞内顺利架桥,首先从溶洞底层由下至上,分层回填100多万方土石。接着,对溶洞顶板采用锚索加锚杆结构加固,增加稳定性。然后,在回填体内,采用类似地铁的修建模式,挖出一个断面440平方米的新隧道,形成如同巨型“蛋壳”一样的结构。最后在这个稳定的结构上,架设一座220米长,中跨100米的大桥。
通过一步步精细设计,二院人顺利处理了溶洞问题,使得玉京山隧道内的桥梁达到了沉降标准,确保了隧道内的桥梁稳定。朱勇认为,玉京山隧道溶洞的处理,是桥梁、隧道、路基工程各项技术的综合处理,为后续类似工程提供了成套技术方案,为今后岩溶地区选线扩展了自由度。该工程创造了三个“首次”,首次在高铁隧道溶洞顶板采用低预应力全粘结性锚索结构,使溶洞顶板更加稳定;首次在隧道溶洞堆积体和回填体地层之中修建大断面衬砌结构,即在松散渣体内修建了一个约8层楼高的大断面隧道结构,开创了在复杂地质条件下修建隧道的新方法;首次对高铁隧道处理采用在运营期间进行补偿注浆控制总沉降量和差异沉降量的措施,在隧道内预留了条件,可随时根据沉降情况,进行补偿加固,确保了隧道在运营期间的安全。
此外,针对7940米长的高坡隧道存在的软岩大变形难题,二院现场技术人员具体问题具体分析,将隧道断面改成圆形,双层支护,形成整体,同时采用长锚杆、仰拱填充等手段,将隧道做成钢筋混凝土结构,保证了安全和工期。
同时,由于成贵高铁云贵段地形限制,桥梁设墩位置有限,因此不少大桥采用了新型的结构,颇具亮点。如西溪河大桥主跨采用240米上承式钢管混凝土提篮拱,此为国内首座高铁上承式钢管砼转体拱桥。弯弯的蓝色钢拱,犹如巨人一般,矗立在大山间,稳稳地顶起平直的混凝土桥体,大桥整体兼具结构与形态的美感,是成贵沿线的一座景观之桥。
环保之优 实现铁路绿色通道
成贵高铁是我国第一条按照中国国家铁路集团有限公司颁布的《铁路工程绿色通道建设指南》设计的铁路,是中国首条绿色山区铁路,在绿色生态保障、自然环境保护和防控水土流失等方面均体现了绿色环保的设计理念。
环保方面,成贵高铁沿线自然、旅游、水资源等极其丰富,二院在规划设计阶段,尽可能避让自然保护区、风景名胜区、森林公园、地质公园等特殊保护区域,对于实在绕避不了的区域采取“以桥代路、以隧代路”的工程措施,并尽量避免在风景名胜区内设置站点。
生态方面,成贵高铁沿线途经的流域中涉及的鱼类约有130种,长江上游珍稀特有鱼类约有37种。在跨保护区的工程方案比选中,二院优先选择以“桥梁一跨过河”的方式,尽量避免在保护区范围内设置桥墩等涉水建筑物,从而减少对河道、水文的改变,将工程对江河流域中各类特有鱼类及其它水生生物的影响降到最低。
水土保持方面,在成贵高铁途经的喀斯特区域,生态系统脆弱,由于长期以来水土流失严重,地表岩石裸露,石质荒漠化程度较高。为此,中铁二院开展了大量专项研究。施工过程中,采用了稳固区域山体边坡、合理选择和布置临时性施工设施用地等一系列措施,对铁路沿线水土流失进行了一定程度的控制,改善了沿线土壤侵蚀严重地段的生态环境。工程完成后,在铁路两侧种植乔、灌、草相结合的绿色防护带,为仅有单一防护作用的边坡等工程,增添了绿色专项设计,在确保防护功能的同时,构建了绿色生态景观,形成了稳定的绿色屏障,发挥了水土保持作用,在细节中实现了绿色铁路通道建设。
意义之大 脱贫攻坚重要平台
从2009年开启相关研究,到如今全线开通,成贵高铁凝聚了二院一批专业技术人员10年的心血与汗水。二院人的努力与付出收获了值得铭记的成就,成贵高铁将为沿线注入全新的发展动力,引领川滇黔三省,奔向更光明的未来。
从路网通达性来看,成贵高铁是我国“八纵八横”高速铁路网兰州(西宁)至广州通道的重要组成部分。线路在成都枢纽与西成高铁、成渝高铁连接,在贵阳枢纽与贵广高铁、沪昆高铁连接,沿途的川南宜宾、滇北昭通、黔西毕节等地区结束了没有高铁的历史,实现了成都和贵阳西南两大客运中心的高铁互联互通,完善了我国西部高速铁路网结构,形成川渝黔地区通往珠三角、长三角等沿海发达地区的快速客运通道。
从带动作用看,成贵高铁的全线开通运营,将极大便利沿线人民群众出行,畅通我国西南与东南沿海地区联系,加快沿线旅游和矿产资源开发,对助力脱贫攻坚,推动西部大开发战略实施,具有十分重要的意义。
可以说,成贵高铁是二院人在中国西部交通版图上,新镶嵌上的一颗闪耀新星。
(中铁二院)

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