这些“超级工程”如何建起来?有哪些不为人知的细节?日前,本报记者走进施工现场,跟随建设者的脚步,体验“中国建造”的不易与创新,告诉读者一个个真实的“超级工程”。——编者

暑期来临,八达岭长城上游人如织。恐怕很少有游客知道,就在八达岭长城世界文化遗产核心区的正下方,即将于2019年底通车的京张高铁正线最长隧道正在施工。这个隧道不是采用当下流行的盾构机施工,而是爆破法,甚至一天要“炸”十几次!

嚯,这可真是“太岁头上动土”!7月的一天,记者戴上安全帽和防护口罩,走进这个地下102米处的神秘工地,一探究竟。

建筑面积3.6万平方米

这个巨大的地下迷宫,将是世界最深、亚洲最大的地下高铁站,旅客将在地下百米换乘

一进隧道洞口,柴油和硫磺混合的刺鼻味道扑面而来。昏暗的灯光下,京张高铁新八达岭隧道的工地犹如巨大的迷宫,道口交错,七扭八转,不时有3米高的大挖掘机、2米高的铲车,还有各式运材料的皮卡擦身而过。若不是每个路口上方挂着小巧的管井标号,恐怕真会迷路。

记者采访过的隧道数量也有两位数了,以往没见哪个隧道里有这么多岔路口,为何新八达岭隧道里洞室如此复杂?

“京张高铁的新八达岭隧道,不仅是全线最长的隧道,隧道内还设置了八达岭长城站,因此隧道内不仅要修建三层地下结构,还要修建出78个大小洞室,连断面型式都高达88个,洞室交叉节点如此密集,使八达岭长城站成为国内最复杂的暗挖洞群车站。”中铁五局华北指挥部指挥长陈彬说。

全长12.01公里的新八达岭隧道,位于北京市昌平区南口镇至延庆区区段,是京张高铁的重点工程和控制性工程。这条隧道与地面的距离,最浅处只有4米,最深处却有432米。

隧道内的八达岭长城站,建筑面积达3.6万平方米,轨道距离地面102米,建成后将成为世界最深、亚洲最大的山岭地下火车站。根据设计,车站分三层地下结构,自下而上分别为站台层、进站层及出站层(设备层),保证了进出站旅客互不见面,客流更顺畅。

这么深的车站,旅客进出是否便利？能否保证安全？

“尽管在地下百米换乘,但是旅客进出站很方便,也很安全。”中铁五局京张高铁三标项目部副经理代龙震介绍,车站采用了诸多创新设计,首次采用叠层进出站通道形式,实现了进出站客流完全分离和进出站口均衡布置。首次采用一次提升长大扶梯及斜行电梯等先进设备,旅客垂直提升高度达62米,将使八达岭长城站成为目前国内旅客提升高度最大的高速铁路地下车站。更重要的是,车站首次采用环形救援廊道设计,“变废为宝”,将辅助施工、竣工弃用的斜井变为永久性救援通道,使这个大型地下车站具备了紧急情况下快速无死角救援的条件。

一天最多掘进2米

每天至少抽干10个标准8道游泳池的蓄水量

走在隧道里,不时看到有工人用电齿轮打磨挖掘机的车铲,火花四溅。干了20年隧道施工的杨家川,指着一排圆滑的铲尖,无奈地自嘲:“挖了这么多年隧道,这地方真是最难啃的‘硬骨头’!看看这铲齿,挖一般围岩一个月才需要磨它一次,现在7到10天就得磨!”

打隧道,就是与岩石“斗智斗勇”,而八达岭隧道可是把“硬骨头”。

2016年4月15日施工首日,挖掘机一铲子下去,项目部就发现“中奖了”。“挖掘机一挖,我们就知道施工难度至少翻倍。”中铁五局京张高铁三标项目部项目经理蒋思介绍,根据勘测设计图显示,八达岭隧道主攻二、三级围岩,那么一天至少可以推进6米至8米,可是一打洞就发现,这里围岩至少是四、五级。“每一次爆破后都要立钢架、挂钢筋网、喷混凝土,工序复杂,作业时间也要翻倍,一天最多掘进2米。”

实际上,京张高铁八达岭隧道的施工确实面临“三座大山”。

地质复杂容易塌。八达岭隧道所处区域,地质断裂构造较为发育,洞身穿越两条断层,存在岩爆、湿陷性黄土、软岩大变形等高风险地质,属于极高风险等级的施工项目,稍有不慎,就会引起坍塌。

地形起伏相当大。由于隧道穿越军都山,两边高中间低,地形起伏较大。这一方面导致进入隧道施工主战场的斜井横断面太小,7.5米的宽度和6.5米的高度,无法容纳大直径盾构掘进机;另一方面,斜井必须依从山体坡度走势,经历大转弯,才能进入隧道施工面。

“一号斜井转弯超过80度,二号斜井转弯超过135度,盾构掘进机这种动辄百米,甚至上千米的庞然大物,无法在这么小的区域内完成如此大角度的转身。所以,这个隧道就只能采用爆破法。”代龙震说。

地下涌水频频发。地下施工最怕碰到暗河或地下水。风枪打孔中突然涌水,不仅会淹没机器设备,影响人身安全,高水压还有可能导致塌方。可八达岭隧道施工区域的地下水深恰恰根据地形起伏以及季节不同变化幅度较大,不知打到哪里就会冒出个“大喷泉”,每天正常涌水量近1.9万立方米,相当于一天要抽干10个标准8道游泳池的蓄水量,更何况最大日涌水量高达5.6万立方米。

“正是因为施工环境非常复杂,在这里打隧道,不仅要胆大心细,更要借助技术创新。”据代龙震介绍,项目部设计采用了纳米喷射混凝土增强初期支护强度,特别是在大跨度过渡段,创造了顶洞超前、分层下挖、预留核心、重点锁定、高性能混凝土一次浇筑成型的“品”字型分部挖掘法,为今后大跨度隧道采用爆破法施工提供了新智慧。

已爆破4500多次

“长城脚下爆破”,采用精准微爆破新技术,每爆破一次只相当于在长城上跺一下脚

“一会儿有次‘小爆’,你注意听从指挥,到隧道拐角掩体处等待。”代龙震话音未落,百米外一条隧洞内就传出了刺耳的长哨声。

原来,爆破队伍已经埋好了雷管,并开始离场,只留爆破员张学华断后。张学华一边慢慢放长手中导火线往掩体处走,一边吹哨;一旁的高个儿壮汉一边挥舞着手电,一边喊着,“注意脚下,迅速撤离!”

14时38分,现场施工人员都集合到了爆破点200米外的掩体处,原本风枪声、车轮声、机器打磨声一片嘈杂的隧道内,鸦雀无声。

“5、4、3、2、1……”“嘭”的一声巨响在耳边炸开,冲击波将身体狠狠一压,心脏仿佛要跳出胸腔。半晌后,一片扬尘从洞里飘散出来。

“这才是68公斤火药的小爆破,我们还有200多公斤的大爆破,那个冲击更震撼!”张学华安慰记者,“不过你别担心,药量都是严格控制的,咱们要注意工友的安全,也得护住老祖宗留下的宝贝不是?”

张学华口中的宝贝就是长城。京张高铁八达岭隧道一次并行水关长城、两次穿越八达岭长城,距离头顶的百年京张铁路青龙桥车站不过4米。这么多“国宝”聚集本就给施工带来挑战,更何况工期紧、任务重,11个工作面同时工作,一天放炮至少十三四次,每一次都要组织人员设备退避,如何才能既避免爆破集中导致共振、扰动周边文物,又避免爆破间隔太大、影响施工进度?

精准微爆破减轻震动。据介绍,传统爆破技术震速高,震感比较强裂,在地下百米作业,对长城的扰动类似于汽车怠速时玻璃窗的震动,而精准的电子雷管减震爆破施工技术,能使爆破震动的幅度和分贝降到最低,当震速控制在0.16厘米/秒左右时,每爆破一次只相当于在长城上跺一下脚。

静态微爆破减少扰动。在埋深只有4米的青龙桥车站下方,约40米的隧道施工是在风枪打眼处放入一种特殊的膨胀剂,使岩石慢慢被撑裂,再人工开凿,机械推进,最大限度地保护百年京张铁路不受地下施工的扰动。

即便周边没有文物,八达岭隧道的爆破也挑战多多。洞室群多导致小间距爆破多,洞室间最窄的地方只有2米厚,一旦爆破失败,就意味着隧道塌方。项目部一方面采用预应力锚杆技术,增强较弱岩层的稳定性,避免岩层错动;另一方面,在使用电子雷管减震的同时,也专门成立监控小组,实时监测爆破震速,减少了施工对山体的扰动。

“从今年春节后开工到7月27日,隧道内已经爆破4500多次,数据一切正常。我自己去八达岭长城上体验过,真没感觉地下正炸着呢。我现在就盼着高铁穿长城的一景呢!”张学华说。(本文来自人民日报)