俗话说“逢山开路,遇水架桥”,修建铁路时难免会翻山越岭,这时就要修建铁路隧道。
20世纪50年代,我国修建鹰厦(鹰潭-厦门)铁路、宝成(宝鸡-成都)铁路时,面对武夷山、秦岭等高山峻岭,受资金与技术水平的限制,铁路建设中尽量少打或不打长大的隧道,选线时一般都依山傍水、沿山盘旋,线路标准低、曲线半径小、弯道多,火车速度慢,运营中陷入病害与边坡崩塌的事故时有发生。
进入21世纪,我国开始了大规模高速铁路建设,同样遇到了穿越山岭打隧道的问题。但是高速铁路隧道与普速铁路相比数量更多、长度更大,这是因为高速铁路要求高平顺度,如果还像普速铁路那样“随山就势”小半径,线路弯曲不直,势必会影响高速铁路的行车速度。因此,高速铁路需要长大的越岭隧道,修建顺直的山岭隧道。高速铁路的隧道标准高,隧道断面面积比普速铁路大得多。
前文(高速列车通过隧道时,耳膜为什么会有一种“鼓胀”的感觉?)曾经讲过,高速列车进入隧道时会产生压力波,在隧道中,列车交会时的表面压力波会剧烈变动,使旅客耳膜感到不适,实测最大值可以达到10个千帕。根据空气动力学效应的研究,增加隧道断面可以降低会车压力波,满足旅客舒适度的要求,还可减少列车和隧道壁的压力。为此,高速铁路隧道要求为大断面隧道。
除此之外,针对我国复杂的地质条件,高速铁路隧道施工时,采用了各种各样有针对性的施工办法:
一类是用机械化程度较高的隧道挖进机法或盾构法施工。通过刀具切割岩体,全断面整体向前推进。另一类是采用炸药爆破,然后开挖施工的钻爆法、新奥法,施工时,先部分开挖,再将各开挖部分连接起来。
随着施工技术的进步,隧道挖进机、盾构机、多功能钻机、机械喷锚手、三臂凿岩台车等先进的大型机械设备在施工中大显神威,替代了传统铁路隧道修建时的“打眼、放炮、出渣、进料”的落后的施工模式。
中国高速铁路经过20余年的大规模建设,成功建造了一批具有代表性的高速铁路隧道工程:
最长的高铁隧道: 石太(石家庄-太原)客运专线“太行山隧道”。隧道全长27.8km,最大埋深445米,设计为双洞单线隧道。
最复杂的高铁隧道: 京广(北京-广州)高铁“浏阳河隧道”。该隧道位于长沙市境内,长10.11公里,穿越了城市、河流、高速公路。
最密集的高铁隧道群,京广高铁“大瑶山隧道群”。京广高铁大瑶山隧道群由大瑶山一、二、三号隧道组成,隧道长度分别为10.08公里、6.02公里、8.37公里,其中一、二号之间的距离为167米,二、三号之间的距离仅为47米,三座隧道均为双线隧道。
中国第一座水下高铁隧道:广深港高铁“狮子洋隧道”。广深港高铁狮子洋隧道全长10.49km,其中盾构段长9.34km,盾构内径9.8米,穿越珠江口狮子阳河段,水深流急,隧道水压高,地层渗透性大。
唯一一座获得鲁班奖(国家优质工程)的客运专线铁路隧道: “大别山隧道”即沪汉蓉高速铁路合武段(合武铁路)大别山隧道,该隧道横穿大别山腹地湖北省麻城市境内的群山,其西出口位于麻城市三河口镇饶家畈村,东出口位于麻城市木子店镇洗马河村,代表了我国铁路客运专线隧道工程施工质量的最高水准。
施工风险最高,建设时间最长、最难建的是“沪汉蓉”高铁“宜万”段(宜昌-万州)的“齐岳山隧道”,这条长10.5公里的隧道,坐火车经过,只需几分钟,贯通却用了6年,“齐岳山隧道”就是一座巨型的充水蜂窝煤。熔岩、高压岩溶水、断层、高低应力、煤层瓦斯、天然气……这些隐伏在隧道周围的幽灵,时刻威胁着隧道施工人员的生命安全。