記者 王眉靈/文
10月11日，四川境內的龍門山脈“洞心”深處，鋪軌機牽引著鐵軌，向阿壩方向行進。每落下一根長軌，距新歷史就更近一步。
飛馳的動車、不斷延展的鐵路線，正在改變中國。截至2021年底，全國鐵路營業總里程已突破15萬公里，位居全球第二；但在川西高原，還沒有一寸鐵路。正在建設的成蘭鐵路，將讓鐵路首次爬上川西高原。
這條被稱作“超難”的在建鐵路，里程中64%是隧道，其中全線第三長、穿越龍門山斷裂帶的躍龍門隧道被視為“難上加難”。經過10年奮戰，這條長約20公里的隧道于2022年4月實現雙線貫通，這是我國鐵路隧道第一次成功穿越巨大災害性斷裂帶。
“洞穿”龍門山斷裂帶，背后有哪些奧秘？川觀新聞記者來到成蘭鐵路躍龍門隧道。
一洞連接平原區和高原區
堪稱“地質博物館”
從位于綿陽市安州區的鋪軌基地，坐工程運輸車出發，沿成蘭鐵路已鋪好的軌道前行，過橋梁、穿隧洞，過了高川車站，就是躍龍門隧道的入口。與鋪軌基地平坦開闊的地勢不同，這里群山環繞，眼前的龍門山脈連綿起伏，一眼看不到頭。
“這是成蘭鐵路高原鋪軌段的起點。”中鐵八局成蘭鐵路工程指揮部常務副指揮長張華說，從鋪軌基地出來后，就一直在爬坡，整個高原段線路最大坡度為17.8‰，相當于一公里的里程海拔高差為17.8米。為了安全“爬坡”，運送長軌到鋪軌現場的專列，運載的長軌要比平原狀態下少1/2左右。
從成都平原到川西高原，要翻越中國最長、最寬、最典型的南北向山系群體，因其“橫斷”東西向交通，故名橫斷山脈。
復雜的地形、復雜的地質，綜合構成了世界罕見的鐵路建設之“難”。
中鐵二院成蘭鐵路項目隧道設計負責人姜波介紹，成蘭鐵路地處青藏高原東部邊緣，位于我國第二地貌階梯（地面高程500~700米）向第一地貌階梯（地面高程3000~5600米）急切過渡的高山峽谷區，線路橫穿龍門山、岷山、西秦嶺等山脈，先后跨越盆地區、中低山區、高山區、高原區。作為試驗段率先建設的成川段，起自成都青白江止于至阿壩松潘，275.7公里線路，海拔就從600米爬升到了3200米，可說是一路“爬坡上坎”。
“難上加難”的躍龍門隧道又難在哪？他脫口而出：“躍龍門隧道是成蘭鐵路第一座越嶺隧道，而且是翻越川西的龍門山。”
這座雙線隧道左、右線單向里程約20公里，進出口海拔分別在981米和1327米，正處于成都平原區到川西高山高原區的過渡帶。
成蘭鐵路選線設計人員進行了超大范圍的踏勘，摒棄了都江堰、江油等路線，選擇從震害、不良地質相對較小的安州通過。但即便這樣，當龍門山1400米深處被“打開”，呈現在大家眼前的，是地震斷裂帶、斷層破碎地帶、巖溶富水段、高地溫、高地應力、高瓦斯及硫化氫有毒有害氣體、軟巖大變形、巖爆等10余種不良地質，每一項規模與難度都極為罕見，躍龍門隧道堪稱“地質博物館”。
躍龍門隧道鋪軌現場。成蘭鐵路公司供圖
隧洞設計從動物脊柱獲得靈感
還有不少技術世界首創
洞內，左線鐵軌已經鋪完，正在進行的是右線鋪軌。從躍龍門隧道入口進洞，約5公里處即是穿越的龍門山斷裂帶，已經澆筑混凝土的隧洞壁下“藏”著乾坤。
姜波拿出了一張工程剖面圖。從圖上可以看到，隧洞橫著穿過了斷裂帶，斜交形成約70度的角。斷裂帶如果活動，會造成山體錯位，相應的也讓隧洞“折”斷。如何讓隧洞有韌性，能適應山體一定程度的錯位？“動物的脊柱由一段段組成，互相鉸接，又能錯位，它還是中空的，保護了脊髓。”設計人員從動物脊柱得到啟發，有了“腦洞大開”的設計。
他們根據斷裂帶錯動的概率，將受斷裂帶影響的170米隧洞，分成了22個短節段分別建設，短節間留15厘米的變形縫，并用特殊的止水帶進行鉸接。這一設計賦予了隧道適應錯動及轉動的能力，山體錯動值在80厘米以內，整座隧道的結構都不會發生大的破壞。這種在鐵路隧道建設中短節段寬接縫的設計及應用，為世界首創。
這樣的“首創”在躍龍門隧道內不少。為應對龍門山特殊地質帶來的軟巖大變形，所采取的創新工法就是其中之一。
從2012年開始建設，中鐵十九局成蘭鐵路工程指揮部指揮長王海亮就入駐項目部，已和躍龍門隧道“較勁”10年。他清楚地記得，2017年底，因為高地應力軟巖大變形，隧道開挖的左線、平導洞以及右線同時變形加劇，“群洞效應”下，正在挖的一寸難進，已加固的也變了形，20厘米高寬的H型鋼像麻花一樣被扭曲折斷。
既有工法全部失效，2018年1月到8月，沒有一米掘進。成蘭鐵路公司、中鐵二院、中鐵十九局、北京交通大學積極開展科研聯合攻關，結合躍龍門隧道高地應力軟巖大變形特點，提出“主動控制大變形”的理念，通過非爆開挖、超前探測地質、長短錨桿結合、雙層強支護等方式，提前加固巖體，與變形“搶時間”，有效控制住了變形。
由中鐵十九局與中鐵二院聯合研發的“高地應力軟巖大變形兩臺階帶仰拱（短臺階）快速封閉成環施工法”被全面推廣到全國鐵路建設中，成為全路推廣應用的針對大變形5種工法之一，該技術已獲得中國發明專利授權2項、日本發明專利1項，整體技術成果達到國際領先水平。
打通這個“洞”
集納了多學科之長
躍龍門隧道的3號斜井門口，矗立著一塊成人高的紀念石，“龍門賦”鐫刻其上，“昆侖練劍蜀水舞，心澆汗筑續天路”濃縮了十年奮戰之艱辛。隆重“造石”，是為了致敬為成蘭鐵路躍龍門隧道建設做出奉獻的每一位參建者。
“鐵路隧道能成功‘躍龍門’，是多學科、多行業的智慧結晶。”成蘭鐵路公司成蘭指揮部指揮長肖霞林感慨地說。為突破建設難題，成蘭鐵路公司組織設計單位中鐵二院、中鐵十九局、中鐵五局等參建單位，并與西南交通大學、山東大學、北京交通大學、中鐵西南研究院等院校聯合科研攻關，集納了多行業、多學科之長。
“解毒”就借助了礦山通風的辦法。躍龍門隧道內瓦斯、硫化氫兩種有毒有害氣體同時存在，二者結合，輕則中毒，重則燃爆。毒氣加上高溫，成為一大“攔路虎”。由于龍門山的特別構造，這里的非煤地層附存于巖層表面，有毒有害氣體難以用常規辦法探測。在川煤集團派來專業通風隊伍支援后，中鐵十九局又根據鐵路隧道建設實際，首創采取“主+局部”的隧道施工通風系統，創造性提出“以風定產”通風管理理念，根據隧道新風量科學分配并進行施工組織管理，在高瓦斯軟巖大變形段的綜合施工進度從每月10米提高到每月35米。
涌水在鐵路建設中不少見，但躍龍門隧道的出水量特別嚇人，鉆炮眼時炸藥放進去就被沖出來，得綁在鋼筋上頂著放，雨季出水量每天13萬立方米，能裝滿68個標準游泳池。高涌水量，又要下穿高川河，建設者科學施策，和山東大學李術才院士團隊合作，開展超前地質預報探測與災害防治技術方面的研究，提前揭示前方未開鑿巖石內的水壓環境。兩項課題“深長隧道重大突涌水災害預測預警與風險控制關鍵技術”獲得山東省科學進步一等獎，《深長隧道多源地質信息融合方法與突涌水動態調控關鍵技術及應用》榮獲中國巖石力學與工程學會科技進步一等獎。
10余年來，躍龍門隧道的建設者們重點聚焦軟巖大變形主動控制、穿越活動斷裂帶節段、富水巖溶超前地質預報與災害防治、特長高瓦斯隧道施工通風及智能物流組織運輸等，開展科研攻關，通過建設已發表核心技術論文40余篇，獲得國家授權專利240余項、省部級工法20項、各級科技進步獎14項。
業內評價說，躍龍門隧道的貫通，實現了復雜特長越嶺隧道設計施工的新突破，為中國乃至世界高原山區鐵路建設提供了寶貴經驗。
“
躍龍門隧道相關數據
輔助坑道規模位居全國第一
早古生界非煤有害氣體逸出段落長度全國第一
五億年前寒武系高地應力軟巖在變形段落的長度位居全國第一
我國單隧穿越地質地層時空長度居全國第一
躍龍門隧道的防災救援設計、錨桿設計、大變形設計等直接納入了《鐵路隧道防災救援疏散工程設計規范》《鐵路隧道錨桿支護技術規程》《鐵路擠壓性圍巖隧道技術規范》等相關規范規程
躍龍門隧道大變形處理的“主動控制”理論體系、全斷面（含仰拱）機械化開挖工法、激發極化（TIP）超前探水法等成果得到了鐵路總公司的高度認可，并在全路推廣應用。該技術已獲得中國發明專利授權2項、日本發明專利1項，整體技術成果達到國際領先水平。
躍龍門隧道的建設重點聚焦軟巖大變形主動控制、穿越活動斷裂帶節段、富水巖溶超前地質預報、特長高瓦斯隧道通風及智能物流組織運輸等開展科研攻關，通過建設已獲得工法20項、專利240余項、科技進步獎12項。
