难难难难难难难难！高黎贡山隧道到底有何难？

来源： 中铁隧道局

作者：司景钊

中铁隧道局大瑞铁路高黎贡山隧道项目总工程师

目前牢牢占据我国铁路隧道建设史上9项第一的高黎贡山隧道的新闻、论文频频见于《人民日报》、新华社、中央电视台等各大主流媒体及国内核心期刊，彰显其世界第一的建设难度。但对非专业人士来讲，无法身临其境切身感受，媒体上、论文上的各种专业术语、图片又难以对其真正的难度有所了解。

针对其无所不在的“难”，笔者从以下8个方面逐一讲解，希望能让广大读者对高黎贡山隧道的难有所了解。

2006年7月1日，青藏铁路通车，结束了西藏地区没有铁路的历史，也标志着中国铁路建设技术突破板块运动频繁区域、高低温高地应力区域、高原高寒区域的建设瓶颈。通车当天铁道部公布了营业线示意图 。

可以看出，当时我国大陆大部分的人员密集区域已经有了铁路， 唯一大量人员密集区却没有铁路的区域就是横断山脉区域范围内 。

云南的铁路也就在大理戛然而止。丽江、香格里拉、保山、瑞丽等世界著名的风景名胜区只能通过汽车、飞机才能到达、享誉全球的翡翠、石斛等特产也不能采用铁路运输出去。

横断山脉，世界年轻山群之一，中国最长、最宽和最典型的南北向山系群体，位于青藏高原东南部，通常为四川、云南两省西部和西藏自治区东部南北向山脉的总称。因“横断”东西间交通而得名。怒江、澜沧江、金沙江、雅砻江、大渡河、岷江在横断山脉南北并行，形成落差较大的大峡谷。

公路具有坡度限制、转弯半径要求较小的特点，可以盘山上下，在山顶处直接翻山或在埋深较浅处修隧而穿越，在谷底处修桥而跨河，受地形限制较小。而铁路线路更为平直，高山峡谷地段难以调整线路，隧道只能选择深埋。

埋深越大，隧道越长，遭遇的不良地质种类更多、风险更大，隧道修建技术工艺、安全防护技术、工装设备及材料达不到要求则铁路隧道难以建设。

其实，随着国家综合实力和科学技术的进步，我国铁路建设者们在研究高铁建设技术的同时，已经于2005年悄然开展了第一条穿越横断山脉的铁路——大（理）瑞（丽）铁路的勘察设计工作。历时3年，2008年大瑞铁路大（理）保（山）段开始修建，秀岭隧道（17.62km）、大柱山隧道（14.48km）、杉阳隧道（13.39km）是该段三座主要隧道，其中频频经历突泥涌水、高地温、隧道变形的大柱山隧道历时12年于2020年4月28日贯通，而秀岭隧道和杉阳隧道至今未通。

十几公里的隧道目前在国内比比皆是，施工12年以上的却几乎没有。 2015年，保（山）瑞（丽）段全面开始建设，主要原因就是 直到2014年才找到一个稍微适合高黎贡山隧道建设的线位 。由大保段的施工情况可以推测滞后7年开工、隧道长度达34.538km的高黎贡山隧道的难度。

大瑞铁路是普速铁路，线路要求比高速铁路低，断面比高速铁路小，却在2015年国内高速铁路蓬勃发展的期间一枝独秀，成为唯数不多的在建的普速铁路，而其居然还是单线！

大瑞铁路仅仅穿越了横断山脉的最南端，川藏铁路则穿越横断山脉的核心区域，隧道更长、埋深更大，加上高原高寒气候，难度更高。

一条线路的修建，最先的就是结合地质勘察与线位选择结合开展，最终选择出经济、安全的线路。

高黎贡山隧道的选线极为困难，主要是由于地下热水，地层深处的高温热水通过岩层间的裂隙向上涌，出露地表就形成温泉， 高黎贡山隧道周边温泉比比皆是，泉水温度最高达102℃。 而在高黎贡山内部，地下热水分布更广、温度更高，如果温度过高，人员设备难以承受，隧道难以建设。

高黎贡山隧道勘察过程中，设计单位中铁二院联合科研机构、高等院校、地热专业队伍进行了12个地质专题研究工作。在东西宽51km、南北长74km的线路比选范围内开展，完成浅孔钻探6827m、深孔钻探18576m，并实施全孔测温、综合测井、2000余组样品（岩、土、水、气）化验分析等地质勘察工作， 综合比选论证了20多个线路方案，选线总长度1032km ，最终将高黎贡山隧道位置确定在目前隧道所在的相对低温通道内。

线路确定了，但结合高黎贡山隧道“高地温、高地震烈度、高地应力”的地质特征，到底采用什么方法、什么设备、什么材料、什么类型的配合隧道施工的辅助巷道来安全、经济的建设高黎贡山隧道，设计者又开始了研究，在投入数千万元进行了高地温防治、辅助巷道修建、工装工艺等方面研究，并 开展了10多个方案研究比选后，确定了目前TBM+钻爆法结合的隧道施工方案及竖井+斜井的辅助巷道方案 。

勘察设计期间，建设单位、设计单位聘请路内外专业设计、施工团队开展设计咨询，召开各类专家研讨会、论证会达30余次，先后邀请了院士、大师及知名专家教授达500人次。 历时10年完成高黎贡山隧道设计方案，在国内铁路建设史上绝无仅有 。

为了保证隧道施工安全，在设计地质的基础上，需要在施工过程中采用物理探测、钻孔探测等手段对前方地质进行辨别。

在一般地质条件下，探测距离长、用时短、影响施工小的物理探测手段对前方地质辨别的准确度达80%，而探测距离短、用时长、影响施工大的钻孔探测对前方地质辨别的准确度高达95%以上，地质较好地段采用物探，复杂地段采用钻探或者二者结合探测前方地质。

同样，在铁路史上最细、最全面的高黎贡山隧道地质勘察基础上，中铁二院及施工单位中铁隧道局也在高黎贡山隧道施工过程中开展了物理探测和钻孔探测结合运用的地质预报工作，结果却让建设者们倍感头疼。

首先说下我国制造首台大直径、科技含量最高、首次在西南山区复杂地质使用的“彩云号”TBM施工过程中的地质预报情况。TBM中文名称是全断面硬岩隧道掘进机，其地质适应性差，一般用于地质条件较好的长大隧道。高黎贡山地质复杂，为了保证这个大家伙的正常施工，设备设计及建设各方想尽一切办法增加其穿越复杂地质的能力，最重要的一个就是综合超前地质预报系统，在常规的TSP物理探测前方不良地质体位置的基础上，TBM上又搭载了3套物理探测设备和1套钻探系统，1套物探系统用以探明地下水，2套物探系统用以探明前方不良地质体位置，如此强大的地质预报手段可以说是 最强地质预报组合，但其仍然被高黎贡山隧道的复杂性所碾压 。

TBM施工的地质是花岗岩，众所周知，一般情况下花岗岩是比较硬的，而过去在花岗岩里施工的主要问题是挖不动、设备配件损耗高。在高黎贡山隧道却不一样。

高黎贡山是地球终于稳定下来、各类物种大爆发的寒武纪就出现在海平面以上的陆地，除了个别物种初步形成、在地球表面零星出露的几处上古时代的神仙地层，相当于盘古开天辟地以后，仍然在世的地球最长者，经历了地质学上所说的联合古陆形成、联合古陆解体的全过程。 尤其是剧烈的岩浆活动导致的联合古陆解体，高黎贡山像一个老人摇摇晃晃的被年轻地层拱着上升，好不容易稳定，板块活动最为激烈的亚欧板块和印度洋板块的碰撞又把处在碰撞中心附近的高黎贡山这个老人又不停折腾到现在。

隧道穿越的花岗岩是生命形成后第一期岩浆剧烈活动时期出现的，寒武纪及后续的地层像帽子一样压在其头上，下面又被后面的岩浆活动形成的地层不断的侵入、上抬，青藏高原的崛起引起的地震、地层错动又把隧道区域的花岗岩不停揉搓、冲击，地下热水也不断上涌侵蚀，最终， 高黎贡山隧道的花岗岩就不像其他地区的那样完整、坚硬，变的非常破碎，局部甚至成了砂粒，形成极度破碎且不均匀的花岗岩 。 地层局部破碎在地质学上叫差异风化，高黎贡山隧道TBM施工恰恰穿越这个地层。采用了多重物理探测、钻孔探测，甚至施作一个平行的小隧道来为“彩云号”TBM探测地质的情况下，依然难以准确判断前方地质，主要原因就是地层的差异风化。比如物理探测，大部分的物理探测是靠接收分析被地层结构面反射回来的地震波参数来对前方地质进行判断的，岩体均一地层地层结构面贯穿隧道，反射信号统一，易于判断。而差异风化地层，在同一个位置反射的信号参数不统一，有大有小，给地质预报技术人员带来干扰，造成物理探测准确度大幅下降。钻孔探测也一样，钻孔钻到不良地质体位置还好，没钻到的话就会给一个假的预报结果，又不能几十公里的隧道施工，天天把TBM停下来周边一圈全环钻探，那么隧道不知道什么时候才能打通！

再说下国内铁路最深的1#竖井，也在花岗岩地层施工，竖井施工的特点是由于抽水能力不足，对地下水允许出水量要求极苛刻，而对地层岩体质量要求不高，因此竖井地质预报的关键是地下水的预测。

设计院和中铁隧道局在开始施工前分别做了一个超越竖井深度的钻孔来判断地质，差异风化导致地层的裂隙和地下水发育迥异，相差几十公分可能就不一样，竖井开始施工后，地下水量与2个深孔钻探判断的完全不同，随机改变策略，开展全井筒钻孔探水。1#竖井副井施工前期，每段开挖前，我们在5m直径的井筒周边布置12个钻孔来探测地下水量，如果水量过大，就需要提前注浆堵水，可谓钻孔密布。 如此防范，依然在挖至630m深时，边墙突然涌出300m3/h的地下水，抽水能力不足，直接淹井。

淹井处理完成后的探水，增加一倍钻孔，双层错开布置，钻孔时还沿着井筒周边切向钻进，探水、注浆堵水工作量大幅增加后，1#竖井才安全到底。

高黎贡山隧道的技术难度需要分工点讲述。

斜井，准确的说，斜井的技术难度是几个工点里面最小的， 高地应力软岩变形、地下水量不是国内最大的，地温也不是最高的，但各项问题综合在一起解决起来就麻烦的多 。

目前斜井首要问题就是地热，斜井井身期间由于温度不高(37℃）、高温水量不大，采用的冰块配合局部风扇降温。

进入正洞后， 整个隧道处于高地热环境中，38℃高温热水不断大量涌出，隧道上部温度已达42℃以上，冰块降温已经满足不了施工需求，现场已经开始采用工业降温设备开始降温，目前尚可解决， 但工人、设备始终像在蒸笼里面作业，效率低、易生病。

目前的隧道面距离勘察的最近的导热断裂还有2km，也就是说，2km外的导热断裂从地层深处带来的地下热水，致使斜井施工困难，而隧道还要向导热断裂继续施工， 高温高湿会随着隧道施工不断增加，后续施工难度可想而知。

1#竖井，工程地质条件是几个工点最好的，但水文条件是最难预测的，虽然已经到底，但井下车场、隧道还需要继续施工。 井筒施工期间的几个特点至井下隧道施工都存在：

764m的竖井水压达到7.3Mpa，这是目前铁路隧道行业所遭遇的最大水压，说明700多米的岩层无法阻断地下水的联通。而这个水压相当于潜艇潜入水下700多米深所承受的压力。目前世界上的潜艇能否潜入700m深我们不得而知，但我们所知的高压锅爆炸威力极大，而其内部最大压力仅相当于不到40m深的水压。

正常情况下，水量变大说明岩石间裂隙大才能大量出水，裂隙大说明堵水浆液更容易通过裂隙进入岩层对地下水进行封堵。但在1#竖井却恰恰相反，随着深度增加、地下水量加大，浆液却越来越难以进入岩层，只能通过减小堵水材料粒径提高可注性。开挖600m后，国内可生产的最小粒径的堵水材料无法注入，随即更换为液体材料（改性脲醛树脂）进行堵水，虽然至今仍在使用，但可注性仍不高，一个钻孔常常要注浆-扫开发现水量大-再注浆等多次循环， 最多达11次注浆方将地下水封堵到安全标准 。

同时 改性脲醛树脂材料价格高且使用过程中产生甲醛，在又热又湿的环境中，工人们身穿10kg以上的装备，佩戴防毒口罩、防护眼镜作业，常常透支体力。 而水量大堵水材料难以注入是目前专家学者难以找到理论予以解释的问题；三是花岗岩裂隙发育，大量钻孔却难以准确探明地下水，这个上一节已经说过。1#竖井主副井分别经历11循环、12循环注浆堵水方艰难到底，注浆堵水段落占全井筒的83%。

2#竖井，与1#竖井不同，2#竖井工程地质条件、水文地质条件均差，采用高，较细的颗粒类堵水材料可以注入。但其跟TBM段一样，花岗岩差异风化，部分呈砂状，竖井施工过程中出现的最大问题就是砂状的围岩随着少量水溜坍，致使竖井井壁混凝土不能全圆受压，背后围岩溜坍后出现的不密实位置出现应力集中，导致混凝土掉块，开裂。严重时不得不将井筒回填，重新注浆加固，再开挖，同时将开裂的井壁混凝土凿除重做。

TBM施工，主要的问题就是频繁的、花样繁多的卡机，至今为止2台TBM共发生20次卡机，平均500m卡机一次 ，最短处理时间9天，最长处理时间8个月。

卡机则需要人工一点点将硕大的TBM机头掏出来，安全系数大幅降低。而围岩破碎带来的问题不仅是卡机，也造成了本来是保证安全的初期支护体系不能按设计断面安装到位以及支护背后不密实导致不安全，初期支护体系不能安装到位导致最能保证安全的混凝土结构厚度不足，必须凿除或置换初期支护体系方能保证混凝土结构厚度和列车运营安全；支护背后不密实需要TBM停下来，对不密实的部位回填密实后方能继续施工。

而目前高黎贡山隧道多数工点仅仅是在辅助巷道施工，真正的技术困难还没显露其狰狞面目。

由于上述的原因，高黎贡山隧道施工困难重重，进度指标也远远不如常规隧道。

斜井作为辅助巷道，井身平均月施工进度为74.7m，较常规同类不良地质施工不差，是高黎贡山隧道进度指标唯一正常的工点，仍然施工50个月才进入正线施工。

1#、2#竖井主副井共4个井身的平均月进度指标仅分别为18.3m，14.8m，19.9m，19.8m，距国内竖井施工平均月施工进度指标70m相差极大，1#竖井副井2016年6月开工，2020年9月底到底，历时51个月，是所有竖井最晚到底的。

铁路建设史上的几座采用敞开式TBM施工的几座隧道的综合进度指标见下表。

剔除利用老旧设备的中天山隧道，3座采用TBM法施工的铁路隧道最低月综合进度为238m，而采用有轨运输出渣、同样为软岩隧道的磨沟岭隧道，TBM月综合进度为248m。高黎贡山隧道两台TBM月综合进度指标分别仅有182m/月、146m/月。

2015年12月1日进场至今，已经58个月，高黎贡山隧道斜、竖井却刚刚到底，与原计划的10余月的竖井施工周期、33个月的斜井施工周期严重不符。 而小TBM原设计在2020年1月底贯通，如今仅仅施工一半，大TBM计划2021年3月贯通，现在尚有54%未施工。仅从进度分析，高黎贡山隧道的难可见一斑。

斜、竖井及井下隧道施工最大的安全风险就是突水造成淹井，如何防控是重中之重，从地质预报、地下水封堵、抽排水系统建立及维护、应急预案的制定演练等等，全方面的过程监控、防范。

斜竖井及井下隧道施工的其他安全风险有高地温、塌方，都容易出现事故，作业周期中对施工通风、降温措施的应用以及围岩稳定性的监测自始至终，高度戒备。

TBM施工最大的安全风险就是突涌，2018年11月3日出现过已施工地段突涌，将大TBM关在里面，运输车辆、皮带机多处受损，后经40多天抢险方利用平导作为通道绕行恢复掘进，但突涌体处理用时11个月。如突涌出现在TBM区域，则后果不堪设想。

过程中始终绷紧初期支护观察、围岩监测、地下水量统计的弦，如有异常立即停机处理。

TBM底部清渣问题，TBM隧底空间小、干扰多，目前采用的是人工清理搬运，清理费时费力，且存在安全风险，但国内外尚没有相关的设备可以使用。也是导致TBM进度慢的一个主因。

TBM施工快速超前加固问题，6m长的TBM机头挡在作业人员和作业面之间，作业区域仅有1m多宽的可作业平台，受多重干扰，TBM施工至今难以做到全作业面快速超前加固，目前多是采用人工掏小导洞，在小导洞里面进行超前加固，安全性差、进度慢。

竖井井下隧道通风问题，竖井井下隧道通风是利用副井井筒作为进风通道为各作业供应新鲜风，增大新鲜风供应的唯一途径就是加大进风风速，但副井是人员材料上下的主要通道、风速过高又会造成安全问题。目前井下隧道新鲜风供应没有富余量，如出现高地温、有毒有害气体时，只能通过停作业面的方式来保证问题作业面安全。

其他如高温水封堵材料等技术问题还在研究中，尚未有明确结果。

进度不高造成项目资金困难、员工收入低，地质复杂造成安全风险，难以招到员工，高地温、竖井施工造成作业人员恐惧，工期长造成员工职业规划难开展，一项项的问题导致项目人员流失严重。

在目前仅需要1300名左右员工的情况下，项目全体造册过的员工高达4400人， 新员工招聘不来、来了又走，老员工走了不来，就连正式职工经过5年的煎熬也有部分开始不稳定。