2000人背着氧气瓶干了5年,只为让你10分钟通过一座山 |了不起的中国制造

网易新闻学院 2018-06-08 07:36:26
导语

雀儿山隧道的修建,不仅山高路险,地质条件差,人工效率不到平原地区的一半;而且物资人力匮乏,后勤给养“跟不上”。高原缺氧、塌方和涌水等也似乎成了隧道建设“老生常谈”的难题。


出品| 网易新闻学院

作者| 铁流


1雀儿山隧道贯通10分钟内翻越“川藏第一险”


雀儿山隧道位于317国道(川藏公路北线)甘孜至德格岗托之间,东距成都约900公里,西距西藏地界约150公里,隧道全长7079米,是国道317线重点控制性工程,更是世界罕见的高海拔特长公路隧道。


雀儿山隧道的修建不仅克服高寒缺氧、物资人力匮乏等困难,还解决因隧道地区地质条件复杂,而诱发的坍塌、涌水、岩爆等不确定因素造成施工难题。经过5年时间的奋战,先后投入2000多人参与施工,终于建成了这一特难隧道。



2山高路险:“冬过雀儿山,如闯鬼门关”


雀儿山主峰海拔6168米,山上一年四季一片荒凉,寒风凛冽。由于高海拔,就连途径雀儿山的乘客都会有高原反应,更别说“驻扎”的施工工人了。


雀儿山却是国道317线从内地进出西藏的主要通道。雀儿山公路最高点处于海拔5050米,一年一半的时间因冰雪封路。路况非常差,一不小心掉进冰窟窿是常有之事,更别说因路滑翻车、车落下悬崖了。按理说,一般情况下一辆班车早上6点出发,589公里的路程下午5点就可以抵达。但这里经常发生突发情况,班车延误至第二天3点才能到底目的地。


所以,雀儿山素有“川藏第一险”之称,当地更是流传着“冬过雀儿山,如闯鬼门关”的说法。


3“一步三喘气”,人工效率不到平原地区的一半


雀儿山自然条件恶劣,天气喜怒无常,时而狂风呼啸,席卷沙石满天,时而暴雨倾盆,冰雹浓雾迷漫。每年只有3个月不下雨,山高风大飞沙走石,6级以上大风每年要刮5个月左右。这里最低温度在零下20摄氏度,湿度仅为40%,紫外线强度为平原地区的3—4倍,人工效率达不到平原地区的一半。



工人中流传着这样一句顺口溜:“雀儿山,风吹石头跑,四季不长草,一步三喘气,夏天穿棉袄”。


4物资人力匮乏,后勤给养“跟不上”


项目施工中,许多材料需要从900多公里外的成都采购,中途要翻过多座海拔4000米以上的高山,沿途多是施工路段,交通状况极差。恶劣的交通条件,直接带来了物资人力匮乏以及后勤给养输送困难——在最初的日子里,施工人员所需要的生活物资大部分依靠成都输送。后来交通改善了,一部分物资才由德格输送。


后勤“跟不上”,施工单位就必须精打细算,定期核查诸如钢筋、水泥、煤炭等主要耗材的使用情况,并精确计算未来1个月的耗材需求量和生活物资使用量,提前一个月做好采购,防止工期延误。



5施工5年,选线勘探5年——“十年磨一剑”


雀儿山隧道的选线也是一大难题——毕竟海拔定高了,不仅容易被积雪封路,隧道缩短路程的作用会被缩小,适得其反;选低了,又会增加隧道的长度,加大施工难度。


所以,工程师们亲自勘探,翻越雀儿山,采集数据后,设计了2公里、4公里、7公里等多个方案,并在多个预选方案中的进口、出口处,分别建立了气象观测站,用一年的时间观测、记录不同海拔高度四季的气象要素数据,并根据记录推测、模拟极端气候的实况。


最终,设计团队把隧道长度定在7公里,把雀儿山隧道进口处设计在海拔高度4373米的位置,把出口处在海拔4250米的位置。隧道呈现中间高、两边低的形态,这样设计主要是为了防止隧道积水,以及因积水导致隧道结冰。工程师们将隧道口选在了山脊处,利用自然地形,避免山顶雪崩、积雪封住洞口。


虽然雀儿山隧道建设工期5年,但从设计开始,经过项目调研、地质勘探、气象观测、隧道测设等研究足足耗费了10年时间。


正在施工的挖掘机


6高原缺氧似乎是一个“老生常谈”的难题


前面提到高原反应,雀儿山隧道口平均海拔4200多米,空气中氧气含量相当于平原的58%,而隧道深处氧气含量低于平原的53%。为了提升隧道中的氧气浓度,施工单位采用了设置氧吧、设置供氧管道、在通风管内掺加氧气、随时携带氧气瓶等多种方式。



供氧管道——首先,建设专用隧道内送氧管路,将高浓度氧气送到掌子面后方50米处,供应管道末端每隔几米就有一个花洒式的喷头,氧气喷出来,弥漫在作业区域,实现隧道内主要施工人员密集区域重点供氧。


通风管内掺加氧气——其次,充分利用通风管道,把制氧站的输氧管道安装至轴流风机进风口,除了掌子面爆破出渣排除炮烟和粉尘的时间之外,其余时间全部用来向隧道中输送氧气,提升隧道内的含氧量。


设置氧吧——再次,建设氧吧和吸氧室。氧吧其实是在隧道内的吸氧车,车上装配40L氧气瓶4个,吸氧器10套,便携式2L、3L氧气瓶及吸氧器分别5套,以便于洞内施工人员,在身体不适时,或休息时吸氧恢复。在洞口建立吸氧室,室内配置25套吸氧终端,施工人员在进入隧道前先在吸氧室吸氧30分钟,换班时同样在吸氧室吸氧30分钟。另外,在施工单位还在值班室、隧道监控室、料库办公室、拌合站、加工车间、炸药库监控室等洞口施工配合区域,配置40L氧气瓶,安装吸氧终端或配套吸氧器,确保洞口生产配合区人员供氧到位。


携带氧气瓶——在有了上述措施之后,还以个人携带氧气瓶为补充。毕竟在爆破出渣、通风管道排烟期间是停止供氧的,这时候就需要部分施工人员随身携带氧气瓶来补充氧气,比如出渣指挥人员、出渣车等机械司机,均携带2L背负式吸氧器施工。


不过,即便有了上述措施,依旧不够保险,毕竟长期高原作业对于员工的身体影响非常大,最初时候是一年一次休假,但在体检后发现,不少员工血红蛋白严重超标,于是调整为半年一次休假。而且还建设了娱乐室,温泉浴室(隧道出口不远的处有温泉)等附属设施,保障施工人员的身心健康。



7机器的高原反应有点“吓人”,甚至会造成黑烟污染


根据经验,海拔每升高1000米,大气压降低10%,内燃机功率损失相对于平原指标下降8%-12%,空气动力设备功效相对于平原指标下降10%-13%。在低气压、低气温的环境下,机械设备往往会遭遇低温启动困难,机械效率仅为平原地区的50—60%左右,油耗有会大幅上升。空气动力设备效率下降到原来的一半,而且机械故障率是平原地区的2-3倍。


机械设备在功率下降的同时,还会因为高原缺氧,造成柴油机进气含氧量不足,柴油在髙压雾化后燃烧不充分,造成大量黑烟污染空气。机器的高原反应更是“吓人”。


对于设备功率下降和柴油燃烧不充分而导致的黑烟污染问题,采取了三种解决方法:


一是在进气空气滤芯处增加设氧管,通过机械自身携带氧气瓶的方式,提高柴油机的进养量,从而达到提高燃料利用率,建少黑烟排放目的;


二是在机械设备排气管上增加过滤装置,从而达到改良机械设备尾气的目的;

三是添加外加剂,解决燃烧不充分的问题。



8塌方、涌水似乎也是隧道修建的“家常便饭”


雀儿山隧道多次穿越破碎带,围岩级别交替变化大——围岩情况较好有花岗岩类,但隧道穿越4条断裂带,属软弱围岩,施工期长遇涌水、碎屑物质涌出、坍塌、岩爆等灾害。


如何避免塌方?

为了尽可能这些施工难题,在开挖高原软弱围岩时,采用上下台阶法和预留核心土法相结合施工,降低对围岩的扰动。为了避免发生塌方事故,严格控制开挖步距,并采取振动爆破和松动爆破,减少对围岩的扰动。


在进行断面开挖的施工时,不仅要保证隧道的净空和结构尺寸符合项目要求,还要将初期支护产生的形变纳入考虑的范围内。对于预留形变量的计算,要考虑诸如围岩级别、断面大小、支护情况等多种因素,根据所处环境的不同而做出合理的调整。


在支护时,通过管棚和超前小导管,对软弱围岩进行锚固;通过超前小导管注浆加固围岩。注浆浆液通常采用纯水泥浆或掺加水玻璃,达到加固围岩的目的。在对软弱围岩进行防护时,选择锁脚锚杆进行加固。锁脚锚杆技术是一种由锚杆、混凝土面和锚板组成的新型的结构物,在进行隧道开挖之前,通过锁脚锚杆的排列,将锚杆打入到拱脚下,利用锚板对软弱围岩进行防护和加固,形成一种复合式结构。锁脚锚杆能够增强岩体的承载力和稳定性使得锁脚锚杆的作用得到有效的发挥,防止因软弱围岩变形或者承载力不足而导致塌方等安全隐患。


怎样解决涌水难题?

雀儿山隧道穿越3个大断层破碎带,在断层破碎带及影响带附近,岩体破碎,裂隙发育,裂隙连通性好,地下水赋存空间较大。而断裂之间的花岗岩,岩体较完整,裂隙连通性差,具有相对隔水性,因此,隧址区是一系列赋水、隔水相间的,受网状断裂控制的水文地质结构。


施工单位采用了泄水+注浆的方式有效解决了涌水的问题。依靠泄水洞和泄水孔、以及抽水机将隧道内的积水排出去,以降低隧道中的地下水位。同时,通过注浆加固减少岩层含水率,减少周围岩石渗透系数,以限制隧道内岩层的渗水量,并最终实现以注浆加固松散岩体堵塞地下水渗流通道,从而达到治理水涌的目的。必须指出的是,由于雀儿山隧道呈现进口和出口低,隧道中间海拔略高的弧形,因而使隧道具有自然排水功能。



9结语


雀儿山隧道建成之后,不仅避开3处(47000米)雪崩路段,6处(2220米)泥石流路段,还能使冬季积雪厚度大于1.5米的路段减少了约22公里。更关键的是,雀儿山隧道正式通车后,来往车辆只需要10多分钟就可以穿过雀儿山,而不必再绕行长达两个多小时的危险山路,并可以不再像老路那样每年半年时间封路,可以实现全年贯通。


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