川藏北線上的一個梗!雀兒山隧道的修建,特難·難在哪裡?

“山鷹飛不過的山峰”—— 雀兒山。

川藏北線上的一個梗!雀兒山隧道的修建,特難·難在哪裡?

它是四川最高的公路埡口,冬天冰雪覆蓋,極端氣溫在零下40℃,雪崩、泥石流、崩塌等自然災害嚴重,也常因積雪而交通中斷,平均每年有7個月積雪,積雪最深可達3米!

川藏北線上的一個梗!雀兒山隧道的修建,特難·難在哪裡?

在川藏線上,雀兒山永遠是過往司機心頭的話題,是川藏北線上的一個梗。

川藏北線上的一個梗!雀兒山隧道的修建,特難·難在哪裡?

川藏北線,從成都出發,主要承載路段是國道317,歷經馬爾康、爐霍、甘孜、德格、江達、昌都、類烏齊、丁青、巴青、索縣後到達那曲,與國道109匯合以後到達拉薩,這個成為大北線;其中,在爐霍可以走省道到康定新都橋、昌都可以到達邦達,其他路段與國道318重合,這個叫作川藏小北線。

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川藏北線上的一個梗!雀兒山隧道的修建,特難·難在哪裡?

因此,無論怎麼走,國道317上的雀兒山,永遠是橫亙在那裡的天塹。你走與不走,山就在那裡,不近,不遠。

川藏北線上的一個梗!雀兒山隧道的修建,特難·難在哪裡?

2017年9月26日,雀兒山隧道正式通車,預示著多年來國道317上的這條線路成為了歷史。雀兒山,海拔6168米,埡口海拔5050米,曾經是“川藏第一險,川藏第一高”。

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川藏北線上的一個梗!雀兒山隧道的修建,特難·難在哪裡?

設計單位:四川省交通運輸廳公路設計院

建設單位:四川高速公路建設開發總公司

承建單位:中鐵一局集團第四工程有限公司、中國建築第五工程局有限公司

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川藏北線上的一個梗!雀兒山隧道的修建,特難·難在哪裡?

中鐵一局承建隧道出口段施工任務,合同起訖樁號為K344+500-K349+200,全長4.726公里。要翻過雀兒山從裡面向外打。

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中建五局承建隧道進口段施工任務,合同起訖樁號為K340+240-K344+500,全長4.231公里,則是從馬尼干戈方向朝裡面打。

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難在哪?


攻克了高海拔地區特長公路隧道建設技術難題,包括凍土、湧水、斷層、巖爆、通風供氧等。

甘孜德格境內的雀兒山,地處川藏公路北線317國道,主峰海拔6168米,每年長達8個月被積雪覆蓋,山高路險、高寒缺氧,被稱作“川藏第一險”。為進一步打通川藏交通大動脈,雀兒山隧道從啟動方案論證,到建成通車,歷經整整15年。

雀兒山隧道位於317國道(川藏公路北線)甘孜至德格崗託之間,東距成都約900公里,西距西藏地界約150公里,隧道全長7079米,是國道317線重點控制性工程,更是世界罕見的高海拔特長公路隧道。


隧道全長12.995公里,洞口海拔4378米,是世界上海拔最高的超特長公路隧道。其中,隧道長7.079公里,兩端引道長5.916公里;隧道淨寬9米,淨高5米,雙向兩車道,採用二級公路標準,設計時速40公里,總投資11.5億元。2002年啟動方案論證和可行性研究,2012年9月開建,2017年9月26日正式通車。


雀兒山隧道的修建不僅克服高寒缺氧、物資人力匱乏等困難,還解決因隧道地區地質條件複雜,而誘發的坍塌、湧水、巖爆等不確定因素造成施工難題。經過5年時間的奮戰,先後投入2000多人參與施工,終於建成了這一特難隧道。

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山高路險:“冬過雀兒山,如闖鬼門關”


雀兒山主峰海拔6168米,山上一年四季一片荒涼,寒風凜冽。由於高海拔,就連途徑雀兒山的乘客都會有高原反應,更別說“駐紮”的施工工人了。


雀兒山卻是國道317線從內地進出西藏的主要通道。雀兒山公路最高點處於海拔5050米,一年一半的時間因冰雪封路。路況非常差,一不小心掉進冰窟窿是常有之事,更別說因路滑翻車、車落下懸崖了。按理說,一般情況下一輛班車早上6點出發,589公里的路程下午5點就可以抵達。但這裡經常發生突發情況,班車延誤至第二天3點才能到達目的地。


所以,雀兒山素有“川藏第一險”之稱,當地更是流傳著“冬過雀兒山,如闖鬼門關”的說法。


這裡最低溫度在零下20攝氏度,溼度僅為40%,紫外線強度為平原地區的3—4倍,人工效率達不到平原地區的一半。

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洞內外溫差可達70度


工人中流傳著這樣一句順口溜:“風吹石頭跑,四季不長草,一步三喘氣,夏天穿棉襖”是雀兒山氣候的生動寫照,極端天氣下洞口室外氣溫可達零下40度,極寒,也是雀兒山隧道施工面對的一大困境。


進入冬季,隧道內因為機械設備做功,溫度可達到30多度,與室外形成近70多度溫差,可以說是“冰火兩重天”。特別是混凝土等,在低溫環境無法達到施工標準,存放混凝土的設備下方都偶有類似於“地暖”的設備,保持材料在20度左右。


物資人力匱乏,後勤給養“跟不上”


項目施工中,許多材料需要從900多公里外的成都採購,中途要翻過多座海拔4000米以上的高山,沿途多是施工路段,交通狀況極差。惡劣的交通條件,直接帶來了物資人力匱乏以及後勤給養輸送困難——在最初的日子裡,施工人員所需要的生活物資大部分依靠成都輸送。後來交通改善了,一部分物資才由德格輸送。

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施工5年,選線勘探5年——“十年磨一劍”


雀兒山隧道的選線也是一大難題——畢竟海拔定高了,不僅容易被積雪封路,隧道縮短路程的作用會被縮小,適得其反;選低了,又會增加隧道的長度,加大施工難度。


所以,工程師們親自勘探,翻越雀兒山,採集數據後,設計了2公里、4公里、7公里等多個方案,並在多個預選方案中的進口、出口處,分別建立了氣象觀測站,用一年的時間觀測、記錄不同海拔高度四季的氣象要素數據,並根據記錄推測、模擬極端氣候的實況。


最終,設計團隊把隧道長度定在7公里,把雀兒山隧道進口處設計在海拔高度4373米的位置,把出口處在海拔4250米的位置。隧道呈現中間高、兩邊低的形態,這樣設計主要是為了防止隧道積水,以及因積水導致隧道結冰。工程師們將隧道口選在了山脊處,利用自然地形,避免山頂雪崩、積雪封住洞口。


雖然雀兒山隧道建設工期5年,但從設計開始,經過項目調研、地質勘探、氣象觀測、隧道測設等研究足足耗費了10年時間。

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正在施工的挖掘機


高原缺氧


前面提到高原反應,雀兒山隧道口平均海拔4200多米,空氣中氧氣含量相當於平原的58%,而隧道深處氧氣含量低於平原的53%。為了提升隧道中的氧氣濃度,施工單位採用了設置氧吧、設置供氧管道、在通風管內摻加氧氣、隨時攜帶氧氣瓶等多種方式。

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不過,即便有了上述措施,依舊不夠保險,畢竟長期高原作業對於員工的身體影響非常大,最初時候是一年一次休假,但在體檢後發現,不少員工血紅蛋白嚴重超標,於是調整為半年一次休假。而且還建設了娛樂室,溫泉浴室(隧道出口不遠的處有溫泉)等附屬設施,保障施工人員的身心健康。

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機器的高原反應有點“嚇人”,甚至會造成黑煙汙染

根據經驗,海拔每升高1000米,大氣壓降低10%,內燃機功率損失相對於平原指標下降8%-12%,空氣動力設備功效相對於平原指標下降10%-13%。在低氣壓、低氣溫的環境下,機械設備往往會遭遇低溫啟動困難,機械效率僅為平原地區的50—60%左右,油耗有會大幅上升。空氣動力設備效率下降到原來的一半,而且機械故障率是平原地區的2-3倍。

機械設備在功率下降的同時,還會因為高原缺氧,造成柴油機進氣含氧量不足,柴油在髙壓霧化後燃燒不充分,造成大量黑煙汙染空氣。機器的高原反應更是“嚇人”。

對於設備功率下降和柴油燃燒不充分而導致的黑煙汙染問題,採取了三種解決方法:

一是在進氣空氣濾芯處增加設氧管,通過機械自身攜帶氧氣瓶的方式,提高柴油機的進氧量,從而達到提高燃料利用率,減少黑煙排放目的;

二是在機械設備排氣管上增加過濾裝置,從而達到改良機械設備尾氣的目的;

三是添加外加劑,解決燃燒不充分的問題。

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塌方、湧水似乎也是隧道修建的“家常便飯”


雀兒山隧道多次穿越破碎帶,圍巖級別交替變化大——圍巖情況較好有花崗岩類,但隧道穿越4條斷裂帶,屬軟弱圍巖,施工長遇湧水、碎屑物質湧出、坍塌、巖爆等災害。


如何避免塌方?


為了解決這些施工難題,在開挖高原軟弱圍巖時,採用上下臺階法和預留核心土法相結合施工,降低對圍巖的擾動。為了避免發生塌方事故,嚴格控制開挖步距,並採取振動爆破和鬆動爆破,減少對圍巖的擾動。


在進行斷面開挖的施工時,不僅要保證隧道的淨空和結構尺寸符合項目要求,還要將初期支護產生的形變納入考慮的範圍內。對於預留形變量的計算,要考慮諸如圍巖級別、斷面大小、支護情況等多種因素,根據所處環境的不同而做出合理的調整。


在支護時,通過管棚和超前小導管,對軟弱圍巖進行錨固;通過超前小導管注漿加固圍巖。注漿漿液通常採用純水泥漿或摻加水玻璃,達到加固圍巖的目的。在對軟弱圍巖進行防護時,選擇鎖腳錨杆進行加固。鎖腳錨杆技術是一種由錨杆、混凝土面和錨板組成的新型的結構物,在進行隧道開挖之前,通過鎖腳錨杆的排列,將錨杆打入到拱腳下,利用錨板對軟弱圍巖進行防護和加固,形成一種複合式結構。鎖腳錨杆能夠增強巖體的承載力和穩定性使得鎖腳錨杆的作用得到有效的發揮,防止因軟弱圍巖變形或者承載力不足而導致塌方等安全隱患。


怎樣解決湧水難題?


雀兒山隧道穿越3個大斷層破碎帶,在斷層破碎帶及影響帶附近,巖體破碎,裂隙發育,裂隙連通性好,地下水賦存空間較大。而斷裂之間的花崗岩,巖體較完整,裂隙連通性差,具有相對隔水性,因此,隧址區是一系列賦水、隔水相間的,受網狀斷裂控制的水文地質結構。


施工單位採用了洩水+注漿的方式有效解決了湧水的問題。依靠洩水洞和洩水孔、以及抽水機將隧道內的積水排出去,以降低隧道中的地下水位。同時,通過注漿加固減少岩層含水率,減少周圍岩石滲透係數,以限制隧道內岩層的滲水量,並最終實現以注漿加固鬆散巖體堵塞地下水滲流通道,從而達到治理水湧的目的。必須指出的是,由於雀兒山隧道呈現進口和出口低,隧道中間海拔略高的弧形,因而使隧道具有自然排水功能。


隧道通車有多便利?


甘孜州美麗的自然風景對自駕遊愛好者來說極具吸引力,但很多人一聽說要翻越雀兒山,都放棄了這個計劃。

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如今,雀兒山隧道打通一條新的川西自駕遊黃金通道,縮短里程達20公里,節約行車時間兩小時,老司機們只需要10分鐘就可穿越雀兒山啦!


隧道有哪些人性化設計?


雀兒山隧道在設計、施工上創造了諸多奇蹟。從公路使用來看,也有著頗具底蘊的文化景觀設置和諸多人性化設計。

◆進口康巴文化 出口十八軍築路精神

從雀兒山隧道入口到出口,細心的過往者會發現,出入口處都有著獨特的景觀設計。入口處以“聖潔康巴、多彩德格”為主題,南派藏醫、茶馬古道、格薩爾王等雕塑矗立隧道入口一旁,青銅質感,手捧哈達的藏胞,載歌載舞歡迎八方來客。

出口處,則以十八軍將士打通雀兒山公路為主題,戰士們邊行軍邊修路,採用天然石浮雕,與整個山體融為一體,渾然天成。

川藏北線上的一個梗!雀兒山隧道的修建,特難·難在哪裡?

參與設計人員席曉東表示,這個景觀設計從2013年就開始做了,最終呈現出的景觀,是在7套方案中優選出來,一個代表對歷史的追憶,一個則是對當地文化旅遊的展示,“直觀表達,希望讓過往遊客、司機留有印象。”

◆防高反洞口設製氧站

景觀之外,隧道還採取了許多人性化和環保的設計。施工過程中的製氧站將保留,在隧道進出口設置製氧站,為隧道施工人員、管理人員以及過往司乘人員、遊客提供供氧服務。

隧道內進行了路線的曲線設計,既可防止長時間直線駕駛造成司機的疲勞,又可避免大雪被風直接吹進隧道。

川藏北線上的一個梗!雀兒山隧道的修建,特難·難在哪裡?

同時,為防地下水結冰,排水溝比路面低了兩米多。為不破壞環境,施工時,對植被進行了整體移植,施工完後又重新移回,設計和建設中還特意將洞口兩端引道的路基整體抬高,以消化掘洞棄渣。


所獲榮譽


2018年雀兒山隧道成為中國首次入圍國際隧道協會“年度工程大獎”的公路隧道項目,並最終奪得隧道界“奧斯卡獎”——布魯內爾獎盃,標誌著中國公路隧道勘察設計和施工水平成功躋身世界頂尖行列。


結 語


雀兒山隧道建成之後,不僅避開3處(47000米)雪崩路段,6處(2220米)泥石流路段,還能使冬季積雪厚度大於1.5米的路段減少了約22公里。更關鍵的是,雀兒山隧道正式通車後,來往車輛只需要10多分鐘就可以穿過雀兒山,而不必再繞行長達兩個多小時的危險山路,並可以不再像老路那樣每年半年時間封路,可以實現全年貫通。


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