零下42度，穿越多個生態景區……他們如何建成最北高寒高鐵長隧？

　　7月30日，經過近四年的高寒地區施工，國家“十三五”重點工程建設項目、牡丹江至佳木斯高鐵七星峰隧道順利貫通，為年末完成全線鋪軌任務奠定了基礎。此舉刷新了在我國最東部、最北部高緯度高寒地區開展高鐵建設的新紀錄。

　　隧道貫通現場。李麗雲拍攝

　　牡佳高鐵七星峰隧道位於黑龍江省佳木斯市樺南縣和雙鴨山市集賢縣境內，穿越黑龍江省七星峰國家級森林公園和七星峰省級地質公園以及東北虎自然保護區；全長10291米，最大埋深423.5米，地質構造複雜，岩層風化程度高；涌水量極大，最高日涌水量達8萬立方米，四年大概涌出近四個西湖的水；地處高寒，最低氣溫零下42°，屬於一級風險隧道，是牡佳高鐵全線難點工程和控制性工程，也是我國在建最北高鐵及黑龍江省在建的最長隧道。隧道由中國鐵路設計集團有限公司勘察設計，由中鐵一局集團公司承建。

　　高寒低溫、岩層古老善變、涌水量巨大、穿越多個生態景區，這些猶如一個個虎視眈眈的攔路虎，擋在隧道施工面前。重重障礙之下，施工方和設計方如何攻克技術瓶頸，建成最北高寒長隧？

　　零下42度，數控鋼結構加工中心解難題

　　牡佳高鐵地處高寒地區，全年無霜期僅140天，冬季平均氣溫零下19攝氏度，最低氣溫曾達零下42攝氏度，在高寒地區作業，給施工帶來極大的作業困難。

　　在高寒地區修建高鐵，日常隧道挖掘工作都變得極為艱難，凍土層上，工具敲上去就是一個白點，東北冬季漫長，白天時間短，有效施工週期短，一年幾乎有近一半時間無法作業，加上地表普遍分佈季節性凍土帶，路基經受週期性凍融循環作用，極易引起凍脹，這些都成了施工項目部亟待解決的難題。

　　中國最北高寒高鐵--牡佳客專8標七星峰隧道，中鐵一局員工正在最後一組開挖。牛榮健拍攝

　　為解決該隧道設計面臨的嚴寒氣候防寒防凍斷層破碎帶等技術難題。負責隧道設計的中國鐵設隧道專業技術人員通過總結哈牡高鐵、哈佳鐵路在建設和運營過程中的經驗，細化了深埋排水設施為主體的隧道防寒防排水系統設計，保證隧道防寒抗凍要求。

　　“中國鐵設在牡佳客專工程設計中，全線採用了基於鐵路三維信息模型的BIM設計，這也是高緯度嚴寒地區高速鐵路設計中首例。BIM應用突破了二維圖紙的視覺局限，實現了工程的三維虛擬化設計、可視化決策、協同化建造，提高了多專業系統性設計質量；BIM技術的應用對提升鐵路勘察設計水平、提高工程建設質量、以及開通運營後維護管理等鐵路工程全生命週期過程中各個方面，都具有很大的促進作用。”中國鐵路設計集團有限公司牡佳客專項目總工程師牛永平向科技日報記者介紹説。

　　自2016年11月隧道開工建設以來，施工建設者突破了8條地質斷層、穿越18處物探高風險異常區，在沼澤地上修築施工便道,在極寒環境下確保混凝土澆築質量。

　　一年僅掘進300米！ 變更性岩層成為“攔路虎”

　　對於中鐵一局牡佳客專項目部副經理賈貴寶來説，七星峰隧道註定是他一生最難忘的施工經歷。

　　七星峰隧道地處完達山系，地質年代久遠，土質複雜，施工作業中一般按土質優劣分為一至五個等級，根據土質等級進行施工。七星峰隧道土質複雜，夾有片岩、石墨夾層、大理岩、變粒岩等，屬於最差的五級圍岩。土質等級幾乎一天一個變化。

　　“剛開始作業時，發現土層屬於三級土質，可是再往下挖一會兒就變成四級了，土質忽軟忽硬，這樣的變數很多。”賈貴寶説，這樣的事情他以前也遇到過，但一般50米-60米的長度，幹一段時間就過去了，可是七星峰隧道幾乎從頭到尾都是這樣的情況。

　　“土質易變給施工帶來極大困難，破碎的土質極易造成塌方，因此，每一米的施工都小心翼翼，最慢時，一年只推進了300多米。” 賈貴寶苦澀地回憶説。

　　中鐵一局二公司員工在牡佳客專七星峰隧道開挖最後一茬炮。牛榮健拍攝

　　“針對古老善變的岩層，我們採取的隧道施工理念就是‘岩變我變’，利用超前地質預報手段，在開挖之前現探明前方的圍岩狀況，根據實際狀況及時調整開挖和支護參數，圍岩變化了，我們就變化相應的施工方案。”中鐵一局牡佳高鐵項目部總工程師周歡歡向科技日報記者揭秘他們戰勝這個古老善變岩層的策略和科技手段。

　　在“岩變我變”理念指導下，中鐵一局項目部加強超前預判，加深鑽前取樣，在一個作業面鑽進40米深度取土樣，然後再加深40米，通過超前取樣，判斷圍岩等級。此外，廣泛應用了雷達超聲波探測、混凝土濕噴機械手、防水板電磁焊接、隧道襯砌防脫空裝置等新設備、新工藝，先後攻克圍岩破碎變形、裂隙發育、突泥涌水等突發地質災害，同時應用BIM隧道全斷面三維立體影像掃描技術，對施工現場進行“實景複製”，確保按期優質完成隧道貫通任務。

　　日涌水8萬立方米、四年涌出四個西湖的水，在河下挖出的隧道

　　在隧道修建中有一個名詞叫“埋深”，意為從最高點到隧道頂的距離。七星峰隧道的埋深只有423米，最小的埋深只有14米，在隧道山頂還有一條河流經過，這樣的隧道註定涌水量大，加上土質多變、圍岩破碎，挖掘過程幾乎是按厘米推進。

　　中鐵一局施工的牡佳客專8標小安邦河2號特大橋（全長2190.63延米）。王利拍攝

　　頭頂有河流，四週是碎岩，隧道日最高涌水量達8萬立方米。據統計，四年隧道大概流出四個西湖的水，身處其中的施工人員幾乎是在冒雨作業。施工方為此制定了“短進尺、快封閉、強支護”的作業方案，從以前挖兩米現在一次挖60厘米，隨時挖掘隨時封閉，並且超前注漿，保證施工安全。

　　施工方還特別使用了一種水泥水剝離雙液漿，通過兩種液漿的化學反應，可以在3到5秒即可凝固，解決了普通注漿容易被水衝散的問題。

　　生態區裏挖隧道，最大程度保證當地生態環境

　　牡佳高鐵七星峰隧道地處七星峰國家級森林公園和七星峰省級地質公園和東北虎自然保護區境內，施工過程中，中鐵一局牡佳客專項目部除施工質量外，對園區內環境保護也非常嚴格。

　　牡佳客專七星峰隧道出口。王利拍攝

　　七星峰隧道在建設之初就確定了建設景觀工程的目標，為了避免隧道洞口和拌和站施工用水造成環境污染，項目部主動提出變更，在隧道口和拌和站共設置六個高規格三級沉澱池，進行油水分離，採取氣浮、投藥等除油降解措施，確保工程建設污水排放達到國家一級標準。同時，施工過程中，嚴格對噪音、粉塵管控，確保“綠水青山就是金山銀山”理念深入落實到施工中的每一個環節。

　　雙鴨山東部三煤城將融入哈爾濱兩小時經濟圈

　　牡佳高鐵建成通車後，黑龍江省三大煤城——雙鴨山、雞西、七台河將步入與省會城市哈爾濱的“2至3小時經濟圈”。

　　牡佳高鐵位於黑龍江省東部地區，自牡丹江經林口、雞西、七台河、樺南、雙鴨山至佳木斯，沿途經過5個地級市和2個縣級行政區，全長371.6公里，全線共141座橋梁、34座隧道，設計時速為250公里。通車後牡丹江至佳木斯的火車車程將由現在的8小時縮短至2小時。

　　作為全國高速鐵路網的重要組成部分，牡佳高鐵建成通車後，將有效拓展東北高鐵網的輻射範圍，與哈牡高鐵和哈佳鐵路共同構成黑龍江省東部快速鐵路環線，加大了黑龍江省東部城市之間的聯絡，特別是將對雙鴨山等幾個煤炭城市市融入“東部城市群”以及“哈爾濱、長春城市群”起著至關重要的作用，拉近了黑龍江省東、中、西部時空距離，將極大促進東北區域經濟良性互動發展。