乌鞘岭隧道
古丝绸之路上的咽喉要道
乌鞘[shāo]岭隧道地处祁连山脉北支冷龙岭的东南端,位于黄土、青藏、内蒙古自治区三大高原交会地带。根据建造历史,分为第一代乌鞘岭隧道、第二代乌鞘岭特长隧道及第三代新乌鞘岭隧道。
乌鞘岭隧道自1953年开工建设成第一代乌鞘岭隧道,历时运行52年。2003年开工建设第二代乌鞘岭隧道(兰新铁路兰州至武威二线乌鞘岭特长隧道),2019年开工建设第三代乌鞘岭隧道(兰张高速铁路新乌鞘岭隧道)。三代隧道见证铁路发展历程。
第二代乌鞘岭隧道是中国第一座单线长度超过20000m的特长铁路隧道,是铁路“十五”期间重点工程项目。因其工程规模大、地质复杂、工期紧迫,有别于国内外的非常规的工程,被称为连霍线施工难度最大的“咽喉工程”。2013年7月30日该隧道正式通车运行,总长度43.84千米。
第三代乌鞘岭隧道施工过程中采用了较多的新技术、新工艺、新材料和新设备,攻克了诸如膨胀性围岩施工等众多技术难题,掌握了高寒地区膨胀性围岩的特性,总结出了适合于高寒地区特长隧道膨胀性围岩的合理开挖方法及机械配套。
位置
乌鞘岭是祁连山脉支脉,海拔3650米,一年中冬季长达7个月,东西长17千米、南北宽10千米,四季雨水丰沛,山顶积雪终年不化,为坐落在东西两面的的天祝藏族自治县古浪县两县人民提供了醇美不竭的水源和辽阔肥美的草场。作为河西走廊的天然屏障,自古以来就是连通中西方经济和文化交流——古丝绸之路上的咽喉要道。
发展历程
1953年,开工建设第一代乌鞘岭隧道,1954年4月8日全部贯通。
2003年3月,兰武铁路增建二线开工建设。2006年8月23日,乌鞘岭特长隧道双线贯通。同时第一代乌鞘岭隧道停止运营。
2006年,当时中国最长的铁路隧道——兰新铁路兰州至武威二线乌鞘岭特长隧道双线开通。
2019年1月16日3时30分,兰新铁路乌鞘岭特长隧道铁路信号更新改造工程顺利完工并投入使用。此举标志着兰新铁路将告别以前因隧道内铁路信号设备老化、故障多而产生的列车晚点、延误及运行安全问题,助力兰新铁路更加畅通。
2019年,开工建设第三代乌鞘岭隧道(兰张高速铁路新乌鞘岭隧道)。
2022年9月8日,兰张高速铁路新乌鞘岭隧道进口段贯通。
2022年11月6日,兰张高速铁路新乌鞘岭隧道贯通。
隧道设计
第一代乌鞘岭隧道
1952年10月,兰新铁路开工建设,翻越海拔3000米的乌鞘岭成为建设中的关键。兰新铁路乌鞘岭7座隧道于1953年相继开建,于1954年4月8日全部贯通。当时,受技术和条件限制,线路翻越乌鞘岭时采用展线设计,通过延长线路来降低坡度、提高列车爬坡能力。
第二代乌鞘岭隧道
2003年3月,兰武铁路增建二线开工建设。2006年8月23日,全长20.05千米的乌鞘岭特长隧道双线贯通,较原长48.5千米的既有线路缩短28千米。自此,运营了52年的第一代乌鞘岭隧道完成使命,停止运营。隧道乌鞘岭特长隧道横跨甘肃省古浪、天祝藏族自治县,位于兰新铁路打柴沟、龙沟站之间,设计为Ⅰ、Ⅱ两线隧道,两线间距40米,旅客列车设计行车时速160千米。隧道出口段线路位于半径为1200m的曲线上,右、左缓和曲线伸入隧道分别为68.84m及127.29m,隧道其余地段均位于直线上,武警进驻乌鞘岭隧道线间距40m,两隧道线路纵坡相同,主要为11‰的单面下坡,右线隧道较左线隧道高0.56~0.73m,洞身最大埋深1100m左右。隧道左、右线均采用钻爆法施工,右线隧道先期开通。隧道辅助坑道共计15座,其中斜井13座,竖井1座,横洞1座。2003年3月以来,中国中铁所属中铁一局集团有限公司中铁二局中铁五局集团有限公司集团、中铁隧道集团等施工单位克服围岩失稳、高地应力等困难,提前贯通了Ⅰ线隧道。此后,各施工单位按照铁道部安排,及时调整施工组织,多开工作面展开Ⅱ线岭脊攻关,缓解了后期施工压力。乌鞘岭隧道位于兰新铁路兰武段打柴沟车站和龙沟车站之间,设计为两座单线隧道,隧道长20050m,
第三代乌鞘岭隧道
2019年6月,兰张高铁兰武段新乌鞘岭隧道正式开工,全长17.125千米,设计时速250千米,为双线特长隧道,也是我国第一座利用既有斜井施工并利用既有线通风的隧道。新乌鞘岭隧道穿越4个总长1.56千米的岩体破碎带,属软岩大变形、高地应力、高风险隧道,掘进过程中开挖面易变形溜坍,施工难度大、安全风险高。建设过程中,参建单位克服重重困难,历时1203天(3年4个月),于2022年6月实现隧道贯通,比原计划提前60天。
乌鞘岭隧道运行监测预警系统”采用多款“新视能”品牌智能摄像机华为边缘计算节点,雷视拟合,全息感知,实现了对乌鞘岭2号特长隧道交通运行的全方位、全要素、全时段监测及管理。
技术难度
自然环境恶劣
乌鞘岭地区位于甘肃省武威市天祝藏族自治县,在祁连山脉北支冷龙岭东南端,平均海拔3000米。这里高寒缺氧,昼夜温差大,气候变化无常,自然环境恶劣,降雨(雪)量较大,年有效施工时间仅有四五个月。基本上每年从10月份开始降雪,一直能下到第二年的5月份。而且到冬天最冷的时候,最低温度可能到零下30℃以下。
地层岩性
乌鞘岭隧道地层岩性复杂,沉积岩、火成岩、变质岩三大岩类均有,且以沉积岩为主,其分布主要受区域断裂构造控制。区内出露地层主要有第四系、第三系、白垩系及三叠系沉积岩、志留系、奥陶系变质岩,并伴有加里东晚期闪长岩侵入体。隧道横穿祁连县褶皱系的北祁连伏地褶皱带和走廊过渡带两个次级构造单元,褶皱及断裂构造发育。
不良地质
主要不良地质为有害气体,湿陷性黄土和膨胀岩。隧道预计最大涌水量为9621.81m,施工中可能发生围岩失稳,突然涌水涌泥、岩爆、热害、含煤层有害气体等地质灾害情况。隧道结构设计充分考虑了洞身不同的地质情况和特殊施工环境,设计了各型衬砌结构类型供施工选用,针对性较强。结构安全度根据有关单位的意见,相对一般结构设计留有较多的余地。
大区域断层
隧道穿越了四条大区域性断层,即F4、F5、F6、F7断层,均处在7535米长的越地岭段,断层带累计1565米,其中F7大断层属压性断层(地震带),全长852米,地质极为破碎,是乌鞘岭隧道施工中最为复杂的地质地段,施工中可能发生围岩失稳,突然涌水、涌泥、岩爆、热害、含煤层有害气体等地质灾害情况。。越岭段穿越奥陶系安山岩、三叠系砂岩页岩、加里东晚期闪长岩、奥陶系板岩千枚岩沉积岩、火成岩、变质岩三大岩类四套地层及断层构造岩,且以沉积岩为主。主要不良地质为有害气体,湿陷性黄土和膨胀岩。隧道通过中等富水区(奥陶系、志留系及断层带)、弱富水区(三叠系)与贫富水区(加里东期闪长岩)三大水文地质分区。因工程地质、水文地质条件复杂,施工难度大,被地质专家称之为“地质迷宫”“地质博物馆”。
技术创新
电伴热融雪除冰技术
第二代乌鞘岭隧道专门设计了电加热线,通过串联式电伴热管预埋于隧道洞口段路面以下,采用电热带贯穿预埋的镀锌铜管,电热带与洞口电热控制箱连接,可实时的调节控制洞口温度。由于该融雪装置预埋于洞口段混凝土路面以下,安全性好且不影响路容,能够有效保证隧道洞口段路面温度保持在0℃以上而不宜结冰积水,并可根据环境温度进行实时的调节控制,能耗低。这项技术填补了中原地区高海拔、高寒地区隧道洞口段路面防冻技术的空白,在中国为首次应用。
既有斜井施工
新乌鞘岭隧道距离既有兰武二线隧道距离较近,既有斜井通风距离长、斜井断面小、大直径风筒布设空间受限、隧道弯道多、风量损失大、常规通风方案无法满足通风需要。兰州工程建设指挥部指导两家施工单位在反复推理演算的基础上逐步进行实战演练,成功攻克了“利用既有线隧道作为供风通道”的技术难题,是中国第一座越岭选线中利用既有斜井施工的隧道。
施工单位
乌鞘岭共8个施工单位参与施工,分别为中铁一、二、五、隧道局和中铁十二、十六、十七、十八局,各单位对该隧道的施工相当重视,投入了大量的人力、物力,该隧道的施工现状反映了中国现在钻爆法施工的真实情况。乌鞘岭隧道“咽喉”工程———施工难度最大的F7断层于2005年3月18日顺利贯通。2006年8月23日上午实现双线开通。
修建意义
甘肃省省省长陆浩指出:兰武二线和乌鞘岭特长隧道工程是甘肃人民渴盼已久的工程,也是西北人民的致富工程。这项工程的建设对于加快甘肃社会经济的发展,改善沿线人民群众生产生活条件有着至关重要的作用。沿线各级政府、有关部门和广大人民群众一定要顾全大局,以主人翁的的姿态,想铁路之所想,急工程之所急,一路绿灯,全力以赴配合铁路部门的工作,积极帮助解决工程建设中遇到的困难和问题,竭尽全力支持武二线和乌鞘岭隧道工程建设。
兰新铁路兰武段是中国铁路网“八纵八横”中最主要的“一横”——陆桥通道的组成部分,也是亚欧大陆桥的重要组成部分。随着对外开放和国民经济的发展,这段修建于上世纪50年代末,亚欧大陆桥陆桥通道连云港市乌鲁木齐市之间仅剩的一段单线铁路当前的运输能力,制约了该地区经济和社会的发展。尤其是受当时技术条件的限制,修建于长江乌鞘岭的盘山铁路,因线路爬行坡度大,弯多、坡陡、路况差,严重制约了列车运行速度;随着国家西部大开发的战略的全面实施,乌鞘岭交通梗阻的现状成了制约中西部经济腾飞的“瓶颈”。
兰武二线及乌鞘岭隧道的建设,对提高陆桥通道客货运输能力、加快西部开发、促进西部地区与东中部地区的物资交流以及沿线经济发展、民族安定团结都将起到重要作用,是新疆和甘肃河西地区通往内地的主要铁路通道和西北铁路网发展的主骨架,也是区域经济发展的主轴和依托。
乌鞘岭海拔高、自然环境恶劣、地质情况复杂,施工难度大,而隧道工期之紧迫,任务之艰巨,质量标准之高,在中国铁路长大隧道建设史上是前所未有的,因此被隧道建设工程专家称为兰武二线“咽喉”工程。
相关事件
2009年7月26日上午8时15分,由西安市开往奎屯市的1043次旅客列车,运行至中国第三长的铁路隧道——兰新线乌鞘岭隧道左线时机车突然着火,经铁路、消防等部门紧急处置,千余旅客徒步逃生,大火被扑灭,未造成人员伤亡。
目录
概述
位置
发展历程
隧道设计
第一代乌鞘岭隧道
第二代乌鞘岭隧道
第三代乌鞘岭隧道
技术难度
自然环境恶劣
地层岩性
不良地质
大区域断层
技术创新
电伴热融雪除冰技术
既有斜井施工
施工单位
修建意义
相关事件
参考资料