在“禁区”筑路,成昆铁路是人类建筑史上的奇迹

subtitle 了不起的中国制造08-10 06:18 跟贴 5899 条
成昆铁路1100千米的线路上修建了427座隧道和991座桥梁,建设了中国目前跨径最大的铁路石拱桥——“一线天”以及“一炮炸出来的火车站”——关村坝车站,成就了多项世界之最。

出品| 网易新闻

作者|王麟,科普作家、铁路工程师

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它创造了世界铁路建筑史上的奇迹,与美国的阿波罗带回的月球岩石、苏联的第一颗人造地球卫星,被联合国并称为“象征二十世纪人类征服自然的三大奇迹”。中国恢复在联合国的合法席位时,中国政府赠送给联合国的第一件礼物,就是它的缩影。

它,就是成昆铁路。

陈列在联大会议厅的牙雕:成昆铁路

(一)1100千米的铁路上有427座隧道和991座桥梁

成昆铁路全长1096千米,起点成都南站,终点昆明西站。这条铁路可谓历史久远,从1958年开工,到1970年竣工通车,这条长1100千米的铁路上竟然修建了427座隧道和991座桥梁,桥隧总长就占了接近40%。而且这条线有122座车站,三分之一的车站里面修建了桥隧。

看到这一长串数字,很多人都懵了:为什么要修建这么多隧道和桥梁?那是因为这条线路三分之二奇峰耸立、深涧密布、沟壑纵横、地势陡峭、地质状况极为复杂。这里因为地质复杂被称为“地质博物馆”,还被外国专家断定为“筑路禁区”。

成昆铁路地图示意图

它从成都发出,先是经过四川盆地,又经过汹涌的江河,穿越海拔2280m的沙马拉达隧道后,下到海拔1000米左右的金沙江河谷,还不消停,又上到了1900米的滇中高原,可谓历经“艰难险阻”才最终抵达昆明,盆地、隧道、高原、河谷、江河,复杂地形走了个遍,“九九八十一难”都不足以描述此中“凶险”。

而且,还有一个事实你要知道:这条铁路可是在60年修建的,那可是技术非常落后的年代,能把成昆铁路修建成功,不能不说是个奇迹。

成昆铁路修建过程

(二)历时13年,从300多条线路中选出最优方案

成昆铁路沿线的不良地质现象种类繁多,地质灾害更是频繁。在确定线路之前,成昆铁路先后做了多达三百多个线位方案比选,数量应该创了国内之最。中国工程师先后进行了1500平方千米的地质测绘,地质钻探212000米,挖13000米,再经过11000千米的比较线勘测(这可是建成线路的10倍),历时13年,最后确定了线路。

线路采用了7处盘山展线,13次跨牛日河,8次跨安宁河,49次跨龙川江,以此克服巨大的地形高差和绕避重大不良地质地段。

成昆铁路的建设难度号称是普通铁路的4倍以上,并开创了18项中国铁路之最和13项世界铁路之最。单说桥梁和隧道技术,就能说上半天。

比如关于桥梁技术,成昆铁路沿线200米以上的大桥有113座,其中500米以上的10座。成昆铁路的桥梁一般采用钻孔桩和挖孔桩基础,桥墩也经历了从实体到空心,从厚壁到薄壁,从砌块到钢筋混凝土的过程,并且不断轻型化,发展出了柔性墩、板凳墩和多线的双柱式刚架墩等多种形式。梁部以栓焊梁代替铆接梁,还采用了串联和悬臂施工的预应力钢筋混凝土梁。

金沙江大桥

金沙江大桥主跨192米,为当时中国已建成铁路上最大跨度的钢桁梁桥;迎水河大桥跨越深沟,桥面距离沟底72米,采用112米栓焊梁,技术水平接近了当时的世界先进水平。

(三)“一线天”——中国目前跨径最大的铁路石拱桥

一线天

在四川省境内大渡河畔有个老昌沟,此沟深200余米,宽仅50余米,山壁陡峭,直插云天。从沟底仰望天空,只剩下一条蓝色的绳索,极为险要,人称“一线天”,成昆铁路要经过这里。

在修建该桥时,按照当时的建设条件,若全部使用预制混凝土梁,材料运输十分困难,工期也不够。建设者们就近取材,架设石拱桥,凿了近万块拱石,安设索道,巧装钢拱架,精心砌筑,仅用了99天时间,就在深近300米的峡谷处建设成了单孔空腹式石拱桥,主跨54米,成为中国目前跨径最大的铁路石拱桥,这也是成昆铁路的标志性建筑之一。

岩爆、漏水...隧道修建问题重重

由于地质条件恶劣,隧道修建要面对数不清的技术难题,包括膨胀土、岩爆、漏水、松散底层等。对于膨胀岩层的隧道施工,工序安排应该紧凑,开挖之后,围岩暴露的时间越短越好,以避免风化和水化,在隧道筑拱之后,要及时压浆加固。

岩爆技术——岩爆一般分为两种,一种是隧道岩石爆裂时,有烟状粉末散出,响声较大,爆落的石块较小,几乎与岩石开裂同时发生。另一种情况是岩石爆裂的声音较小,爆裂的石块经过一段时间才从母体岩石中弹射或者剥落,岩爆石块弹射的距离一般2到3米,足以对人造成致命威胁,所以必须采取措施消除隐患。

对付岩爆的方法可以采取改进扩大隧道开挖办法,勤观察,勤浇水,以改变岩石的物理属性,同时采用金属锚杆挂网防护的办法,效果都不错。

隧道防水——隧道涌水包括裂隙水、断层水和岩溶水等几种,应对措施是以排截为主,采用机械排水、平导及迂回导坑截排地下水、开挖反坡排水沟等办法。

松散底层顾名思义就是结构松散、胶结脆弱、地压大、稳定性差的地层,施工时很容易发生塌方,主要采取压浆加固地层的方法来解决,具体而言就是在开挖前打入压浆导管,在隧道开挖断面之外压入水泥浆液,使得围岩固结成一个薄壳,在其防护下进行施工。

(四)沙木拉达隧道——曾创下一昼夜涌水12000吨的纪录

成昆铁路全线修建隧道427座,其中6公里以上的长隧道有2座,长6397米的沙木拉达隧道为当时中国铁路的最长隧道。这个隧道也在四川境内,位于成昆铁路红峰车站和沙木拉达车站之间,是穿越大凉山西部支脉小相岭的单线隧道,全长6397米。

沙木拉达隧道

沙木拉达隧道穿越的地层为白垩系紫红色砂质泥岩、粉砂岩和砂页岩,并有石膏脉填充其中,石质较软,易风化,断层构造裂隙发育。地表沟谷密布,地下水蕴藏量大。施工时涌水量特别大,曾经创下一昼夜涌水量12000吨的纪录。

在施工采用上下导坑、先拱后墙法的开发办法,后改用蘑菇形开挖法加快施工进度。在隧道两端均设有平行导坑,共长5404米,以利施工通风和排水。

隧道衬砌采用就地灌筑混凝土的措施,通过压注水泥砂浆或丙烯酰胺水泥砂浆来处理隧道漏水,隧道内部全部采用支承块式整体道床。

(五)关村坝车站——“一炮炸出来的火车站”

成昆铁路有42个车站需要全部或部分建造在桥梁上和隧道里,关村坝车站就是一座全国罕见的桥隧相连的洞中火车站,其隧道长达6107米,排名第二。

关村坝站

为了修建这座车站,建设者们用388吨炸药,一次爆破395000立方米土方,炸山填壑,夷平了山头,填平两个深谷,关村坝车站也因此被称为“一炮炸出来的火车站”。而且该隧道还创出了月双口成洞672米的最高纪录,嗯,中央还特意发来贺电,可谓前无古人,后无来者,可见工程之艰巨。

结语

成昆铁路由于建造年代久远,受当时技术水平限制,又因为是单线铁路,运力早已不能满足西南客货运要求,所以建设成昆铁路复线势在必行。

目前,成昆铁路除了广通北站到昆明站区已完成复线电气化外,其他区段正在进行复线改造,整体改造工程将于2022年完工。新铁路线将主要承担客运功能兼顾货运,老成昆线将主要承担货运功能和短途客运功能。

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编辑| 于冉帝

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