秦岭隧道是位于中国秦岭山区的隧道群,铁路、公路共七次穿越秦岭。第一次是20世纪50年代宝成铁路盘山越过
秦岭,第二次是修建西康铁路秦岭隧道,第三次是宁西铁路东秦岭隧道,第四次是
包头-茂名高速公路(
西康高速公路)公路
秦岭终南山公路隧道,第五次是
京昆高速公路(
西汉高速公路)公路秦岭隧道,第六次是
兰渝铁路西秦岭隧道,第七次是穿越秦岭的西部铁路隧道群——
西成高速铁路。
首条秦岭隧道,宝成铁路
秦岭大隧道长2364m,1995年1月18日开工;第二条秦岭隧道两线间距为30m,其中Ⅰ线隧道全长18460m;Ⅱ线隧道全长18456m,1999年9月6日全部贯通;第三条东秦岭隧道隧道全长12.27km,工程总投资8.38亿元,2007年1月正式开通;第四条
秦岭终南山特长公路隧道全长18.02公里,总投资31.93亿元,2007年1月20日正式通车;第五条西安至汉中高速公路秦岭特长隧道群全长17.219km,其中
秦岭一号隧道6144m、
秦岭二号隧道6125m、秦岭三号隧道4930m,总投资概算达15.5亿元,2007年9月30日通车;第六条兰渝铁路西秦岭隧道全长28.236km,2016年12月6日竣工;第七条西成高铁是我国第一条穿越秦岭的高速铁路,将以隧道群的方式穿越秦岭。其穿越
秦岭山区地段线路总长135km,隧道里程高达127km,工程累计投资达12亿元,2017年12月6日开通。最终建成庞大隧道群,其单洞总长近百公里。
秦岭隧道群的成功修建,不仅打通了中国南北的交通瓶颈,同时解决了
西安市八分之一人口(107万人)的饮用水问题,其在经济贡献、技术创新、生态保护等方面都作出了巨大贡献,被誉为世界上规模最大的隧道群,2013年获得FIDIC“全球百年工程”大奖。
历史沿革
秦岭大铁路隧道(20世纪50年代)
1920年,
北洋政府提出修建甘肃天水至四川成都的天成铁路。但因战争频发、时局动荡等原因,直至1948年,天成铁路仅限于“纸上谈兵”。1949年底,邓小平提出,国家百废待兴,但为了开发祖国内地资源,加强西部地区经济建设和国防建设,打开通往西部的屏障成为当务之急。1952年7月1日,毛泽东做出了“修筑天成铁路,打开西北、西南通道,改变这些地区的政治、经济、文化面貌”的指示。起初,国家原计划把
陇海铁路上的
天水站作为北段站,向南架桥铺轨,过
略阳县入川到
成都市,叫天成铁路。1953年铁道部通过能力、建设难度等因素的综合考虑,采取
宝鸡市至略阳线路方案,改“天成铁路”为“
宝成铁路”。
宝成铁路工程浩大,分三段施工。1952年7月1日,南段在成都破土动工。1953年底,中段在凤县
双石铺镇动工。1954年1月,北段在宝鸡破土动工。宝成铁路工程艰巨复杂,在中国铁路修建史上是空前的,在世界上也是少有的。当时
苏联派出30多名专家,
匈牙利派出两名专家,对宝成铁路建设进行技术援助。
宝成铁路在秦岭山区基本沿着陈仓与金牛故道的线路修筑。古人的智慧为今人指明了一条路。1958年1月1日,
宝成铁路全线通车运营。1961年8月15日,宝成线宝鸡至凤州段电气化改造试点工程建成通车。1975年7月1日,宝成线全线完成电气化改造,成为中国第一条
电气化铁路。宝成铁路的建成,彻底改变了“蜀道难,难于上青天”的历史局面,被誉为中国人破解“蜀道之难”的里程碑。
宝成铁路
秦岭大隧道长2364m,1995年1月18日开工,宝成铁路铁路进入秦岭山区后沿清姜河盘旋迂回,铁路通过秦岭时,从杨家湾站到秦岭大隧道直线距离只有6km,但升高却达680m,即每公里上升110m。
秦岭隧道Ⅰ、Ⅱ线电气化铁路隧道(20世纪90年代)
秦岭隧道Ⅰ、Ⅱ线均为单线电气化铁路隧道,全部采用支承块式整体道床,超长无缝线路。Ⅰ线(左线)隧道使用2台8.8米敞开式掘进机(TBM)由隧道两端相向施工。Ⅱ线隧道(右线),采用新奥法施工,初期支护为锚喷,二次支护为马蹄型带仰拱的模筑混凝土复合衬砌。Ⅱ线平行导坑于1995年元月18日开工,平导单口平均月进度为200~250米,平导比Ⅰ线隧道提前10个月贯通。
东秦岭隧道(2004年-2007年)
东秦岭隧道是西南铁路西合段的重点控制性工程,位于
陕西省蓝田县与
商州区境内,穿越秦岭山脉,隧道全长12.27km,工程总投资8.38亿元,是我国目前第三长双线
电气化铁路隧道。
秦岭终南山特长公路隧道(2001年-2004年)
秦岭终南山公路隧道,北起西安市长安区青岔,南至
商洛市所辖的
柞水县营盘镇,是国家规划的包头至北海、银川至武汉两条公路西部大通道共用的“咽喉工程”,是沟通
黄河经济圈与
长江经济圈的交通枢纽,也是陕西“三纵四横五辐射”公路网西安至安康高速公路的重要组成部分。
2003年8月28日凌晨,中国铁路工程总公司所属的
中铁五局集团有限公司参建的西(安)至(安)康高速公路的咽喉工程----
秦岭终南山特长隧道东线全线贯通。
秦岭终南山特长公路隧道于2007年1月20日正式通车,是目前排名世界总长度第二的公路隧道,
安全等级一级,双车道各宽3.75m。全线于2004年12月13日贯通。
西安至汉中高速公路秦岭特长隧道群(2010年)
西安至汉中高速公路秦岭特长隧道群全长17.219km。该隧道群位于
陕西省户县与
宁陕县交界的秦岭主梁下,山大沟深,地形条件复杂,桥梁隧道诸多,工程技术要求高,施工难度极大,是
西汉高速公路上最重要的控制性工程,总投资概算达15.5亿元,其中
秦岭一号隧道6144m、
秦岭二号隧道6125m、秦岭三号隧道4930m。
兰渝铁路西秦岭隧道(2008年-2016年)
兰渝铁路西秦岭隧道位于
陇南市武都县,设计时速200km/h,客货共线
电气化铁路,全长28.236km,为兰渝铁路全线第一长隧,头号
控制工程。
隧道为双洞单线,洞身设置3座斜井,总长6.088km。采用双块式无砟轨道,无缝线路,柔性悬挂接触网,
四显示自动闭塞信号系统,中部设置一座长550m的紧急救援站、68个联络通道,工程总造价34.44亿元。工程于2008年12月21日开工,2016年12月6日竣工。
西成高铁秦岭隧道群(2012年-2017年)
2012年,西成客运专线已正式动工兴建,这是我国第一条穿越
秦岭的高速铁路,将以隧道群的方式穿越秦岭,2017年完工。
2018年7月,安康高交大队针对西汉高速道路特点及通行情况,采取一系列整改措施,在秦岭一号隧道口入口安装安全驾驶激光防疲劳系统。
建设与规划
秦岭是横亘中国中部东西走向的巨大山脉,是
黄河水系和
长江水系的分水岭。这里山峦重叠、沟壑纵横,素有中国地质博物馆之称,自古以来一直是难以逾越的天然屏障。为了
连通南北,促进区域经济协调发展,打通南北要道迫在眉睫。
秦岭与其他山脉不同,它是我国生态安全屏障之一,南北气候的分界线,具有调节气候、保持水土、涵养水源、维护
生物多样性等诸多功能。
中铁第一勘察设计院集团有限公司通过对秦岭460平方公里范围,数十年的地质勘察,统筹考虑使用功能、防灾救援、施工组织等因素,提出将铁路、公路、水工隧道统一布设,最终建成庞大隧道群,其单洞总长近百公里。
地理位置
秦岭隧道,位于中国秦岭山区,是
中国国家铁路集团有限公司和公路穿越秦岭的七次经历之一。
建设单位
施工单位
历经十余年建设由中铁隧道局、五局等参建。
设计单位
中铁第一勘察设计院集团有限公司通过对
秦岭460平方公里范围,数十年的地质勘察,统筹考虑使用功能、防灾救援、施工组织等因素,提出将铁路、公路、水工隧道统一布设,最终建成庞大隧道群,其单洞总长近百公里。
设计参数
宝成铁路秦岭大隧道
宝成铁路秦岭大隧道长2364m,铁路通过秦岭时,从杨家湾站到秦岭大隧道直线距离只有6km,但升高却达680m,即每公里上升110m。为了把坡度改为每公里只升高40m,能够通行火车,只能把铁路线反复迂回盘旋,在6km的直线距离内盘绕了27km;在
任家湾站和杨家湾站之间的线路以33‰的大坡度急速爬升。为了克服地势高差,过杨家湾站后就以3个马蹄形和1个螺旋形(“8”字形)的迂回展线上升,线路层叠3层,高度相差达817m,即为著名的观音山展线,所以在
观音山站就可以看到三层铁路重叠的场面。再经长2364m秦岭大隧道穿过秦岭垭口,即进入
嘉陵江流域并到达
秦岭站;越过
秦岭后线路即用12‰的下坡道沿嘉陵江而下至
四川省广元,秦岭至
略阳县间先后14次跨过嘉陵江。
宝成铁路是出川的第一条铁路通道,宝成铁路的电气化改造,也拉开了中国铁路现代化建设的序幕。从此,
电气化铁路伴随着
中原地区经济建设和
改革开放的步伐进入了高速发展期,短短20余年间,就成为继
俄罗斯、
德国、
日本等国之后第九个拥有1万公里电气化铁路的国家。
秦岭隧道Ⅰ、Ⅱ线电气化铁路隧道
秦岭隧道两线间距为30m,其中Ⅰ线隧道全长18460m;Ⅱ线隧道全长18456m。隧道通过地区岩性主要为混合
片麻岩、混合花岗岩、含绿色矿物混合花岗岩;隧道洞身穿过13条
断层,其中大的断层有 F、F、F等区域断层。隧道北洞口高程约870m,南洞口高程约1025m,隧道两端高差约155m。卫星拍摄的秦岭隧道位置图Ⅰ、Ⅱ线隧道纵坡基本相同,由
西安市端进洞后约14.7km范围为11‰上坡,然后以3.2km、3‰的下坡出洞。隧道最大埋深约1600m,埋深超过1000m地段长约3.8km。
秦岭隧道Ⅰ、Ⅱ线均为单线
电气化铁路隧道,全部采用支承块式整体道床,超长无缝线路。秦岭隧道地质复杂、工程巨大,在设计、施工、运营安全和维修管理方面都有许多技术难关,且Ⅰ线隧道采用掘进机施工,在我国铁路隧道施工尚属首次,为此有六类24项部重点科研项目立项研究,均取得成果。
东秦岭隧道
东秦岭隧道是西南铁路西合段的重点控制性工程,隧道全长12.27km,工程总投资8.38亿元,是我国目前第三长双线电气化铁路隧道。工程总工期48个月,隧道正洞设计为双线电气化断面,采用新奥法施工。该隧道位于直线上,最大埋深约为580m,洞身呈小人字坡,进口段852m为上坡段,最大纵坡7.4‰,其余地段为下坡,最大纵坡为11‰。东秦岭隧道右侧设有
平行导洞,平导与正洞
线间距30m。进口端1500m范围内Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类软弱地质占到88.7%,隧道地下水源丰富日涌水量达1.6万多立方米,岩体稳定性极差,给施工带来较大困难,隧道却实现了提前贯通。东秦岭隧道的建成为
西安市至南京铁路运营奠定了基础,西南铁路的全线开通缩短了西北至中南、华东的运输距离,优化了路网结构,增强了路网的灵活性,加强了东部同中西部的交流和合作,对促进西部地区经济发展具有重要意义。
秦岭终南山特长公路隧道
秦岭终南山特长公路隧道全长18.02公里,是中国自行设计施工的世界最长的双洞单向公路隧道,中国工程技术人员历时4年零9个多月创造的一项世界之最使中国南北分界线秦岭天堑变通途。这条穿越秦岭的公路隧道,设计等级为高速公路,采用双洞单向四车道,设计时速80公里,全长18.02公里,双洞总长36.04公里。工程2002年3月开工建设,总投资31.93亿元。秦岭终南山公路隧道是目前世界上第一座采用双洞单向行驶的特长山岭公路隧道,双洞总长远高于洛达尔隧道,建设规模居世界第一。隧道里专门设置了3个150米长的特殊灯光带,通过不同的灯光和幻灯图案变化,驾驶员和乘客将看到“蓝天”“白云”“
彩虹”等景象,减轻司机在特长隧道行车的单调,缓解驾驶疲劳。
西安至汉中高速公路秦岭特长隧道群
西安至汉中高速公路秦岭特长隧道群全长17.219km。该隧道群位于
陕西省户县与
宁陕县交界的
秦岭主梁下,山大沟深,地形条件复杂,桥梁隧道诸多,工程技术要求高,施工难度极大,是
西汉高速公路上最重要的控制性工程,总投资概算达15.5亿元,其中
秦岭一号隧道6144m、
秦岭二号隧道6125m、秦岭三号隧道4930m。秦岭一号隧道口入口安装安全驾驶激光防疲劳系统。
西汉高速公路
鄠邑区至
汉中市勉县段正式通车后,西安至汉中的行车时间由以前的6小时缩短为3个小时。主线全长255公里,全线设互通式立交13处,桥梁540座,隧道136座,其中穿越秦岭段桥隧工程占线路总长的76%,是
陕西省迄今一次性开工里程最长、投资最大的高速公路项目。
兰渝铁路西秦岭隧道
兰渝铁路
西秦岭隧道设计时速200km/h,客货共线
电气化铁路,全长28.236km,为兰渝铁路全线第一长隧,头号控制工程。隧道为双洞单线,洞身设置3座斜井,总长6.088km。采用双块式无砟轨道,无缝线路,柔性悬挂接触网,
四显示自动闭塞信号系统,中部设置一座长550m的紧急救援站、68个联络通道。岩体破碎、节理密集,4种地层、7种岩性,隧道最大埋深1400m,穿越5条断裂带重大不良地质段(累计宽度1.3km)。隧道穿过和毗邻多处国家生态自然保护区,环境问题敏感,环保要求严格。“西秦岭特长隧道建设成套技术及应用”获2018年度
甘肃省科学技术进步二等奖、2019年度中国铁道学会科学技术特等奖。
西成高铁秦岭隧道群
西成高铁是我国第一条穿越秦岭的高速铁路,将以隧道群的方式穿越秦岭。其穿越秦岭山区地段线路总长135km,隧道里程高达127km,桥隧比高达94%,10km以上特长隧道共有6座。项目设计中的最长隧道和需解决的关键性技术路段均在宁陕县境内,最长的天华山双线隧道长达15.9km(国内高铁中最长)。秦岭山区隧道群首次采用25‰的大坡度(国内目前在建客专最大坡度为20‰),且大坡道持续段落长达46km,这在国内拟建的山区高标准现代化铁路建设中属首次尝试。
运行情况
通车运营近17年来,累计通行车辆7300余万辆,期间未发生安全生产责任事故及火灾事故。
2019年,陕西交控集团申报了交通强国试点任务“秦岭隧道安全防控体系建设”项目。该试点任务依托
西汉高速公路秦岭隧道开展,构建安全生产风险管理运行机制、打造主动防控及应急智能管控系统、建设应急救援中心、申请野外科学观测研究基地。该试点任务分4期建设完成。
特色与价值
贡献卓著
该项目的成功修建,引起了世界同行的广泛关注,先后有
俄罗斯、
日本、
韩国、
挪威、
阿尔及利亚等十余国家的国际同行、学者参观交流学习,据不完全统计,国内外参观交流学习共计500余批,1.61万人。2007年4月20日,世界隧协主席哈维·帕克一行10人参观秦岭隧道群认为:该项目是“21世纪隧道的伟大奇迹!”。该隧道群被中国政府高度认可,铁路隧道获2004年度
国家科学技术进步奖一等奖。
技术创新
综合选线技术
在中国首次采用卫星定位技术进行无通视测量,通过大地音频测深技术、钻探、物探勘探、
遥感等立体化综合勘探技术和地应力测试等技术,在460平方公里范围内进行综合勘察选线,查明了该地区全部越岭垭口的地质条件,最后选定了地质条件最好、线路走向较短、对自然环境影响最少的石砭峪垭口作为隧道群的越岭通道。
隧道群总体布局
根据五座隧道不同的功能要求,综合防灾救援、总体施工安排,并考虑施工中利用先期贯通隧道实现地质超前预报、提供施工运输、施工通风、施工排水及避难通道确定铁路隧道ⅠⅡ线、公路隧道东西线、引水隧洞五座隧道在平面上基本平行,间距20~120米,长度均为18公里左右,纵断面基本位于同一海拔高程。总体布局节约了资源、降低了总体施工难度及工程实施风险。
18km双管公路隧道的运营通风技术
通过单车路试、
台架试验及隧道内实测等方法,研究得出了符合中国现用车辆的CO、VI基准排放量以及与隧道污染空气、
平均海拔、道路纵坡相关的基准排放量修正系数,研究确定了公路隧道的卫生控制标准。通过排放量及卫生标准的研究,确定了特长隧道合理的需风量。构建了公路隧道复杂通风网络仿真平台;构建了由组合模型、自动巡回数采系统、变频无级供风系统构成的物理模型试验平台。通过数值和物理模型两个平台对不同通风方案进行研究和优化,确定了三竖井同井分隔送排分段式纵向通风方案;提出具体判断短道回流的量化指标。结合功能要求,建立了完善的地下通风站系统,通风站主要由东西线两条送风道、东西线两条排风道、风机房、配电室、搬运通道、检修坑道、避难通道、辅助风道、辅助建筑风道等组成,并设有完善的环境控制(空调及自身三个通风系统)及灭火系统。
18km特长隧道的防灾救援技术
通过对83件火灾案例、11份火灾实验资料和不同火灾工况的模型试验,建立了双洞隧道火灾网络通风模式下和竖井短道内火灾通风模式下的通风控制基准。提出了考虑火风压、节流效应、烟流阻力等因素的
动态网络通风计算方法并编制了软件。制定了包括防火分区、人员逃生、车辆疏散、风流组织、风流控制等项目的142种消防预案。
建立了完善的隧道监控系统
公路隧道监控系统包括交通监控、环境监控、通风控制、照明控制、电视监控、火灾报警、横通道门监控、中央监控等八个子系统。监控规模庞大,监控点数达一万多点。隧道内设有570多台摄像机,实现隧道内全程、实时无盲区监控,并对重点区域进行重点监控;采用视频自动检测技术检测隧道内各种事故。隧道内采用环形光纤及工业以太网交换机构成的控制网络,并
连通至十公里外的隧道管理区,采用先进的热备式PLC作为区域控制器。
首次将TBM成套技术引入中国铁路隧道建设
通过对国内外TBM施工技术的调研,结合秦岭隧道岩石完整坚硬和地质条件复杂的特点,确定了引进TBM的合理机型、开挖直径、刀具材质、布置形式、后配套设备、出砟方式及TBM处理特殊地质的施工对策。解决了TBM施工的圆形衬砌结构及仰拱预制块、弹性整体轨道、无缝线路长钢轨一次快速铺设等技术难题。
开创我国隧道建设新里程
成功实现了不同功能的五座隧道相互利用,减少了辅助坑道设置,节省了投资、缩短了建设周期、降低了建设风险。隧道施工与设计地质资料的符合率达到了88%。隧道开通运营证明,各隧道使用状况良好,公路、铁路、水工三方实现了共赢。
开展了TBM施工所需地质参数测试技术的研究,制定了符合中国国情的TBM勘察技术规程、TBM围岩等级划分标准、隧道支护结构,编制了TBM施工、维修、养护作业手册,形成了TBM成套技术,提升了中国隧道建设的装备水平,推动了TBM在中国隧道建设中的全面应用。
建成了世界上规模最大、长度最长的高速公路隧道,解决了三竖井分段纵向式通风的系列技术难题;建立了集监控、报警、通风、救援和灭火为一体的综合防灾救援体系;开发了集成超过2.3万点监控业务模型的中心控制系统。
坚硬岩隧道快速施工,隧道横向贯通误差12mm,高程误差1mm。在单轴饱和干抗压强度平均高达250~300Mpa的硬质岩石中,铁路隧道月平均掘进264m/月,最高456m/月;公路隧道月平均掘进超过300米,最高429.5米,仅用32个月开挖贯通了36公里高速公路单洞隧道;TBM最高月进尺531米。首次开发了超大直径(φ12.2m)深竖井施工成套技术。全断面开挖月进尺达80米。
基础设施建设与生态环境保护并行
秦岭隧道的修建打破了行业局限,实现了水工及公铁大交通通道天然屏障的逾越,形成了全天候的安全通道。为西安市(1/8)人口提供了饮用水。西安-安康之间铁路运营里程缩短了542km,公路里程缩短了64km,提高了运输效率,每年直接经济效益10.42亿元人民币,隧群相互利用节省投资3.97亿元人民币。
利用贯通隧道作为通风管道进行施工通风组织,减小了风管长度,风机功率降低约80%;采用自适应学习型前馈式通风控制技术,并且采用了动叶可调轴流风机,实现了对风机的智能控制,节能效果显著;采用电效管理系统及多回路自动控制技术,降低了隧道照明能耗,照明节电率达到20%以上。隧群施工中采取无辅助坑道的保护自然环境方案,减轻了山区修建公路对环境造成的不良影响,实现了弃砟利用,并对废砟进行了处理和防护,利用弃碴在山区造地近530余亩。线路标高降低、运营里程缩短,每年可减少CO排放1842吨。施工期间洞口采用污水处理系统,运营期间对路面污水采用洞口收集处理系统。
秦岭隧道的成功修建,不仅打通了中国南北的交通瓶颈,而且对加快国家交通网的建设具有积极的推动作用,对
连通陕西南北,沟通
黄河、
长江经济圈,加强区域和城乡统筹协调,促进经济社会全面发展具有十分重要的战略意义。
荣誉奖项
相关评价
在距离
秦岭主峰1600米的大山深处,一座当代中国最雄伟的地下建筑正发挥着越来越重要的作用。秦岭隧道开通三年来,已经为当地尤其是川渝地区的发展带来了巨大的经济效益和社会效益。(光明日报评)