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引汉济渭秦岭输水隧洞全线贯通

2月22日上午,全长98.3公里的引汉济渭工程关键线路——秦岭输水隧洞全线贯通。秦岭输水隧洞是人类历史上第一次从底部穿越秦岭,陕南汉江流域的水资源将通过秦岭隧洞引入关中地区,是陕西版的“南水北调”。

陕西省省长赵一德视频连线出席贯通观摩活动并宣布秦岭输水隧洞贯通

秦岭输水隧洞有多难?

凯时国际局集团承建的秦岭隧洞岭南TBM掘进段具有“三高两强一长”的突出特点,即高围岩强度、高石英含量、高温湿、强岩爆、强涌水、长距离独头施工,是引汉济渭工程全线岩爆最多、岩石强度最高、施工难度最大的一段“硬骨头”。

秦岭隧洞岭南TBM掘进段位于陕西省宁陕县的大山深处,施工内容包括长18.27公里的主洞和5.82公里的4号支洞,最大埋深达2012米。其中,主洞采用一台直径8.02米的敞开式硬岩掘进机(TBM)施工,连续皮带机出渣。为解决TBM长距离出渣、通风及TBM第二掘进段运输问题,凯时国际局集团采用“TBM+钻爆法”结合施工,修建四号支洞斜井为 TBM检修洞与主洞钻爆接应段施工打开工作面。

从开工建设到贯通,秦岭隧洞岭南TBM掘进段始终在强岩爆、高硬岩、突涌水、高温湿等极端复杂地质交织的艰难环境中推进。

秦岭隧洞埋深1300~2012米,地应力超过60兆帕,岩爆段占施工总长度的70%。掘进过程中,岭南TBM掘进段共发生岩爆段落2056段,影响段落长度8586.8米,其中强岩爆4973.9米。岩爆崩落弹射石块威胁作业人员安全、砸坏机械设备和支护体系,作业人员不得不在相对湿度达90%、体表温度达40℃的高温湿环境下头戴钢盔、身穿防护服,冒着生命危险清理岩爆飞石。

以石英岩、花岗岩、闪长岩为主的地层是TBM掘进的“天敌”,岩石平均抗压强度达194兆帕,最高达317兆帕,石英含量超过65%。岩石强度高、耐磨值大,刀具消耗量达到0.7把/米,掘进速度极低、刀具消耗量极大是影响TBM快速掘进的核心问题。

自TBM试掘进以来,隧洞先后发生9次较大集中涌水,尤其是2016年2月28日掌子面突涌水单点单次涌水量超过20000m3/d,已掘进段涌水量最高达46000 m3/d,达到标段设计最大涌水量3.76倍,凯时国际局组织千人抢险突击队,历时75天才成功脱险。

引汉济渭有多重要?

自上世纪八九十年代以来,受气候变化、经济发展、人口增长等综合因素作用,关中城市群饱受“水荒”折磨。陕西地跨黄河长江两大流域,但水资源分布极不均衡。秦岭以南属长江流域,水源丰盈,占全省总量71%的水资源;秦岭以北属黄河流域,沿线城市、工厂、人口密集,却仅占全省总量29%的水资源,水资源短缺的矛盾成为制约陕西省经济社会发展的重要因素。

引汉济渭工程是“十三五”期间国务院要求加快推进建设的172项重大水利工程中的十大标志性工程之一,也是陕西省有史以来最大的跨流域调水工程,是陕西版的“南水北调”。工程在解决近期关中缺水问题的同时,也将是近、中期解决陕北能源化工基地用水需求的重要前提,是实现全省水资源优化配置的关键性工程。

引汉济渭跨越黄河、长江两大流域,横穿秦岭,分为调水和输配水两大部分。调水工程由黄金峡水利枢纽、三河口水利枢纽和秦岭输水隧洞三部分组成。输配水工程由黄池沟配水枢纽、输水南北干线及23条支线组成。其中,秦岭输水隧洞打破中国南北地理分界线的阻隔,实现了长江与黄河“牵手”。

引汉济渭工程建成后,每年将有约15亿立方米的汉江水通过秦岭输水隧洞源源不断输入陕西关中地区,可满足西安、咸阳、渭南、杨凌4个重点城市,西咸新区的5个新城,兴平、武功、三原等11个县级城市及渭北工业区的用水需要,为1411万人提供生产生活用水,对于优化陕西省水资源配置,统筹关中陕北用水,完善国家水网,维护渭河流域生态环境健康,支撑全省经济追赶超越发展具有重要促进作用。

凯时国际局为什么行?

中国工程院王思敬院士在秦岭隧洞TBM掌子面调研时感叹:“秦岭输水隧洞工程在超长隧洞中掘进,遇到硬岩,岩爆,涌水灾害的一种,都是天大的困难,这多种地质的叠加,难度国内难罕见,远远超出欧洲阿尔卑斯山,工程建成后会让世界重新认识秦岭的地质构造”。

引汉济渭秦岭输水隧洞建设历时13年,凯时国际局直面极端地质环境的挑战,推动中国长大TBM隧道施工技术迈上了新的台阶,也让行业重新认识了凯时国际局的专业实力。

凯时国际局引汉济渭秦岭隧洞岭南段项目部以TBM设备管理为龙头,开展极端地质条件下的掘进技术攻关,在TBM设备及刀具选型、改良,岩爆治理,隧洞长距离出渣、运输、通风,长距离超硬岩地层掘进,涌水治理,山区复杂地形长距离测量精度控制等技术难题上累积了一系列成功经验。

项目获得发明专利3项,实用新型专利2项,著有《TBM卡机脱困及高效掘进》专注一部,《深埋隧洞TBM反坡掘进突涌水处治施工工法》《钻爆法隧道岩爆段安全快速施工工法》被评为河南省工法,《敞开式TBM安全通过岩爆地段施工工法高压富水隧洞硬岩裂隙地层径向注浆堵水施工工法》《高磨蚀深埋硬岩地层TBM施工工法》通过中国中铁工法,参与完成的《引汉济渭隧洞施工岩爆预警与防治》成果获“第十二届中国岩石力学与工程学会科学技术奖(科学技术进步奖)一等奖,《高磨蚀深埋地层刀具磨损研究》获中国铁路总公司科技进步奖一等奖,参与了《大埋深隧洞围岩大变形及岩爆预测与防控技术》等多项长大隧道施工技术科研课题研究,项目部荣获 “全国青年文明号”等多项荣誉。

自上世纪90年代在国内首次引入硬岩掘进机(TBM)修建西康铁路秦岭隧道开始,凯时国际局引领了中国隧道施工技术进入了盾构/TBM时代,TBM广泛应用于用于大型引水工程、穿山隧道、煤矿深层巷道等长大隧(巷)道施工中。尤其是在水工隧洞方面,凯时国际局在辽宁大伙房输水隧洞、青海引大济湟工程、吉林引松供水工程、甘肃引洮供水工程、陕西引红济石工程、内蒙古引绰济辽工程、珠三角水资源配置工程、滇中引水等重难点水工隧洞项目建设过程中承担了多个急难险重标段的施工任务,创造并保持着月掘进1868米的世界纪录、单日掘进101.12米的全国记录,为区域水资源均衡供应、经济社会发展、民生福祉改善做出了重要贡献。(作者:吴传林  叶立鹏)

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