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當前要聞:30000座隧道的誕生!

龍眼影像 | 2023-05-18 12:20:17

當我們站在秦嶺

7座超過10km的隧道


(相關資料圖)

在我們腳下

貫穿群山

其中

最長的公路隧道長達18km

如果以70km/h的限速行駛

需要在地下穿行15分鐘才能通過

(請橫屏觀看,三座隧道組成的秦嶺隧道群,攝影師@魏煒)

當我們站在貴州

超過1400座隧道

在我們腳下

幾乎將貴州全省打穿

其中

從貴州通往廣州的貴廣高鐵

857km的里程中

有一半以上都在地下穿行

這已經不是一條傳統認知中的鐵路

分明是一條跨省“地鐵”

(貴廣高鐵沿線隧道,攝影師@劉慎庫)

而當我們放眼全中國

你可能更是無法想象

在960萬平方千米的大地之下

超過35000座、總長約37000km

接近赤道長度的隧道

正在日夜通行

為南來北往、東西穿梭的客貨洪流

構建起一個極為便捷的超級通道網

而且

這些隧道的絕大部分

都集中建成于

改革開放后的短短40多年

目前總里程高居世界第一

(本文僅討論山區中的鐵路和公路隧道,未涉及城市隧道和水下隧道。下圖為全國公路隧道分布熱力圖,制圖@陳志浩&王申雯/星球研究所)

從黃土高原

到太行山區

(京原線上的貨運列車正在通過十渡二號隧道,攝影師@王偉光)

從青藏高原

到天山山脈

(請橫屏觀看,獨庫公路哈希勒根隧道,攝影師@沈龍泉)

隧道

正在改變著

這個山巒遍布的國家

中國人

究竟是如何挖穿

這一條條山嶺的?

01

隧道的誕生

中國的隧道

樣式多種多樣

它們或傍山而過

上方構筑頂棚 

形成“明洞”

(棚洞是一種特殊的隧道,下圖為成昆鐵路沿線的棚洞,攝影師@張普超)

或掛于峭壁

每隔一段開出“天窗”

形成掛壁公路

(南太行郭亮掛壁公路,攝影師@石耀臣)

或順著山坡盤旋

時而隱沒,鉆入山中

時而出露

形成天梯一般的盤山道

(請橫屏觀看,河南焦作云臺山疊彩洞隧道,考眼力:圖中有多少個隧道洞口?攝影師@沈龍泉)

但是更多時候

它們都隱伏于山體之中

只露出窄窄的出入口

洞門

一般的洞門

墻體直立、造型粗獷

(一堵直立的墻體便是洞門,稱為端墻式洞門,也是最常見的洞門,下圖為成昆鐵路沿線隧道,攝影師@李昌華)

“豪華”的洞門

則在兩側增設立柱

形成柱式洞門

美觀且穩定性更強

(八達嶺隧道口的柱式洞門,攝影師@趙斌)

與環境融合最好的則是

削竹式洞門

好似一段竹竿

被沿著山坡順勢切削

造型干凈利落

(新疆賽里木湖公路隧道,攝影師@沈龍泉)

還有一種更為特別的造型

它們分布在高鐵隧道的洞口

呈向外敞開的喇叭口狀

當列車高速通過時

被推擠的氣流會產生強烈的沖擊壓

會引發噪聲、造成乘客身體不適等問題

而喇叭口狀洞門

則可以起到緩沖作用

(穿越太行山的高鐵隧道,攝影師@田卓然)

當我們經由洞門

進入隧道內部時

則是暢通無阻的通道

無論它是漆黑一片

(列車穿越鐵路隧道,攝影師@李昌華)

抑或燈火通明

(汽車穿越公路隧道,攝影師@沈噌噌)

這些隧道暢通的背后

實則經歷了數次“變身”

首先

人們通過鑿孔爆破和挖掘

掏空山體

鑿出一條通道

擁有數條“手臂”的鑿巖臺車

如“三頭六臂”般在洞內鉆鑿孔眼

以便安放炸藥

(爆破施工是目前山嶺隧道中應用最廣、也是最成熟的方式,下圖為擁有3條鉆臂的鑿巖臺車,位于鄭萬高鐵的羅家山隧道,圖片來源@視覺中國)

精密控制的“爆破”

可以按照預設的輪廓炸開巖體

炸后的巖壁可謂是相當平整

(爆破后平整的巖壁,其中炮痕即為預先設計的隧道輪廓,攝影師@李錦勇)

爆破開挖之后

巖體出現空洞

地層容易進入不穩定狀態

隨時可能垮塌

于是第二次變身立即開啟

安全支護

在過去

人們使用木材或者鋼材

直接支撐起挖空的隧道

后來發明了巧妙的新工藝

工人們先在隧道巖體中打入錨桿

再布設一圈鋼筋網

最后噴射一層混凝土

這樣便可以控制四周巖體的變形

從而起到支護作用

(這種隧道施工辦法由奧地利學者拉布塞維奇首次提出,后來被國際土力學會議正式命名為新奧地利隧道修建方法,簡稱新奧法。下圖為隧道內的工人正在噴射混凝土,圖片來源@視覺中國)

1970年代

這種方法開始傳入中國

并在中國隧道建設中廣泛使用

(請橫屏觀看,白羅山隧道中的梯架式鑿巖臺車,考眼力:圖中有幾位工人?攝影師@牛榮健)

當然

除了穩定巖石結構

隧道內還需要布設一道隔水層

用于防水

(銀百高速慶陽段寧縣隧道內的隔水層,攝影師@靳晰)

最后

第三次變身登場

人們在隧道內架起一座“模板車”

再在壁面與“模板車”之間灌注混凝土

有如在模具中澆鑄金屬一般

加固支護的同時

還能保證壁面整齊平順

這便是“二次襯砌”

(鄭萬高鐵羅家山隧道中的模板臺車和已經完成二次襯砌的平整隧道,圖片來源@視覺中國)

再輔以通風和照明等必要設施

一座完整的隧道

才得以誕生

(牡佳客專七星峰隧道貫通后的慶祝儀式,攝影師@王利)

隧道

連通起大山兩側的世界

促進了彼此的溝通和交流

以1950年代修建的寶成鐵路為例

北接陜西寶雞,南連天府成都

是溝通西北與西南的第一條鐵路干線

全線80%都是崇山峻嶺

借著304座隧道

這條鐵路通道才得以穿越秦嶺山區

改變了蜀道難的局面

(寶成鐵路上的客車正在駛出隧道,攝影師@武嘉旭)

但是

受限于當時的技術水平

寶成鐵路沿線的隧道長度大都小于1000米

最長的隧道也不過2300米

一座接一座的短小隧道組成了壯觀的隧道群

而列車只能在隧道與展線組成的

“盤山鐵路”上緩慢爬升

運行速度和運輸效率都遠遠不夠

(列車為了爬升預定高程,常通過延長線路以實現緩慢爬坡的目的,這樣的鐵路便稱為“展線”。下圖為寶成鐵路沿線觀音山附近的隧道示意,請橫屏觀看,制圖@陳志浩/星球研究所)

所以

我們需要更長

甚至超長的隧道

02

長、更長、超長

1950年代

當時中國最長的鐵路隧道是

涼風埡隧道

全長4270米

(渝黔鐵路中段的涼風埡隧道,位于貴州省桐梓縣,攝影師@張普超)

到了1960年代

驛馬嶺隧道突破7000米

1988年

14295米的大瑤山隧道正式通車

成為中國第一條超過萬米的鐵路隧道

而且曾是

最長的已建成雙線電氣化隧道

(驛馬嶺隧道位于北京至原平的鐵路線上,大瑤山隧道位于京廣鐵路衡陽至廣州段,攝影師@管俊鴻)

進入新世紀

烏鞘嶺隧道的長度

直接突破20000米

(下圖為烏鞘嶺隧道,全長20050米,位于蘭州至武威的鐵路上,蘭武鐵路是中國鐵路“八縱八橫”中歐亞大陸橋的重要組成部分,是內地通往新疆等西部地區的重要通道,攝影師@張一飛)

截至2019年

中國鐵路隧道達到16084座

總里程超過18041千米

同時單座隧道的長度

已經突破32000米

(根據《鐵路隧道設計規范(2016)》,鐵路隧道按照長度可以分為:≤500m的隧道為短隧道,500-3000m的隧道為中長隧道,3000-10000m的隧道為長隧道,>10000m的隧道為特長隧道。下圖為目前中國已經投入運營的20km以上鐵路隧道分布,制圖@陳志浩&王申雯/星球研究所)

而公路隧道

也已經達到19067座

總里程超過18966千米

其中秦嶺終南山隧道

長達18020米

是目前最長的公路隧道

(根據《公路工程技術標準(2014)》,公路隧道按照長度可以分為:≤500m的隧道為短隧道,500-1000m的隧道為中長隧道,1000-3000m的隧道為長隧道,>3000m的隧道為特長隧道。下圖為秦嶺終南山隧道,攝影師@魏煒)

長隧道乃至特長隧道的出現

讓原本彎彎繞繞的山路

得以“拉直”

人們不再需要大量盤山、展線

而是直接從山腳一洞貫穿

以青藏鐵路為例

1970年代

為了翻越關角山

列車需要先通過展線爬升600米

才能通過4200米的老關角隧道

再盤山而下

用時需要2小時

(請橫屏觀看,氣勢恢宏的關角展線,攝影師@王璐)

2014年

一條全長32千米的特長隧道

貫通關角山

列車僅需20分鐘便可以穿越

并且避開了暴風雪等惡劣天氣

(請橫屏觀看,青藏鐵路新老關角隧道與展線對比,制圖@陳志浩/星球研究所)

這些長隧道、特長隧道

又是如何修建的呢?

一般的隧道

會從兩端向中間同時掘進

但對于長隧道

繼續采用這樣的方式

效率就會變得非常低下

(宜萬鐵路龍鱗宮隧道內的施工場景,攝影師@文林)

于是

人們將長隧道分割為若干個短隧道

在多個點位同時施工

這便是“長隧短打

例如

在山谷的一側

尋找距離隧道較近的地表位置

橫向開挖一個施工洞

橫洞

施工人員及設備

便可以通過橫洞進入主洞施工

(長隧道施工中的橫洞結構示意,制圖@王申雯/星球研究所)

當隧道的埋深較大時

則可以在隧道上方的地層較薄處

開挖與地面連通的坑道

若坑道沿著側上方延伸

是為斜井

若坑道沿著豎直方向

則為豎井

(長隧道施工中的豎井結構示意,制圖@王申雯/星球研究所)

有了橫洞、斜井、豎井

隧道施工面的數量大大增加

效率也得以快速提高

但是當出現更加復雜的情況

我們還需要一個更加高明的幫手

平行導坑

顧名思義

這是一條與主洞平行的先導洞

先于主洞開挖

既可以為主洞提前探路

探明前方的地質情況

還能利用橫向通道與主洞連接

每個通道可以增辟兩個工作面

極大地加快施工進度

(長隧道施工中的平行導坑結構示意,制圖@王申雯/星球研究所)

在個別情況下

一些平行導坑也會成功“轉正”

通過拓寬和砌筑

成為一條真正的隧道

比如連接西安與安康的西康鐵路上的

秦嶺Ⅱ線隧道

便是由平行導坑“轉正”而來

(雀兒山隧道,攝影師@熊可)

通過以上種種方式

成千上萬座長隧道

終于有了建設的可能

但是

中國的地質條件如此多樣

地下工作環境又極為復雜

隧道建設者們必須想盡辦法

破除前方的一切障礙

03

難關

2008年8月8日

舉世矚目的北京奧運會正式開幕

千里之外的瀾滄江畔

名不見經傳的大柱山隧道

恰巧也在同一天開工

它全長14.5千米

位于云南大理至瑞麗的鐵路線上

原定工期5年半

但工程的難度遠遠超出預期

工期只能一延再延

直到2020年4月28日

隧道才得以貫通

(建設者們堅守12年終于將大柱山隧道打通,攝影師@牛榮健)

挖掘一條隧道

為何會歷時12年之久?

想回答這個問題

需要放眼整個中國

這里地形地貌多樣、地質成因復雜

在這樣的土地上修建隧道

建設者們將遭遇各種難題

(中國地形圖,制圖@星球研究所)

在黃土高原

這里地表殘破、溝谷縱橫

而且黃土質地松軟、極易垮塌

受水浸濕后

還會發生下沉

(溝壑縱橫的黃土高原,攝影師@李楷行)

2005年

連接鄭州和西安的鄭西高鐵動工

沿線必須多次穿越黃土地層

按照線路規劃

位于河南三門峽的張茅隧道

是全線最長的隧道

預計最大開挖斷面超過160平方米

是全球橫斷面最大的黃土隧道

(張茅隧道全長8483米,下圖為蘭新鐵路沿線的穿越黃土地層的隧道,攝影師@張一飛)

想要在松軟黃土中

進行大斷面隧道施工

必須想盡辦法減輕擾動

避免隧道垮塌

為此

建設者們采用了一種獨特方式

將斷面自上而下分為三個臺階

按七個施工面進行有序開挖

(上述的開挖方式即為三臺階七步開挖法,制圖@王申雯/星球研究所)

在南方喀斯特地區

廣泛分布著碳酸鹽巖地層

在長年累月的溶蝕下

大地變得支離破碎

(廣西桂林的喀斯特地貌,攝影師@黃一駿)

而峰巒起伏的地下

溶洞叢生、暗河交錯

這些壯美的景觀

同樣是隧道工程的大敵

(貴州雙河溶洞內的奇異景觀,攝影師@無影)

所以鉆遇溶洞、暗河時

涌水、涌泥屢見不鮮

以位于湖南郴州的南嶺隧道為例

隧道沿線的溶洞密集成網

施工中涌水涌泥多達24次

其中一處溶洞內涌出的泥漿

超過8000立方米

堵塞隧道長達177米

(隧道內的涌水場景,攝影師@史飛龍)

有時

隧道還遇有大溶洞

此時需要進行跨越處理

以川黔鐵路的瞎子河隧道為例

為了通過一個巨大的溶洞

建設者們只好在溶洞內

建設起一座長達27.7米的橋梁

“洞中建橋”可謂超越想象

(下圖為正在穿越溶洞的隧道,圖片來源@視覺中國)

在青藏高原

這里平均海拔超過4000米

高寒缺氧,氣候惡劣

(冰雪覆蓋的青藏高原,攝影師@劉珠明)

隧道結構中的水分

在低溫時固結成冰,體積膨脹

隨著氣溫升高

冰化成水,地層坍縮

這便是凍融作用

循環往復的凍融作用

增加了隧道結構開裂的風險

(凍融作用示意,制圖@王申雯/星球研究所)

因此

防水措施尤為重要

同時為了減小環境溫度對隧道的影響

在隧道結構中

還會增設保溫層

2002年貫通的

青藏鐵路昆侖山隧道

地處海拔4600多米的多年凍土區

為了建造適應高寒區的隧道結構

專家和建設者們不斷進行試驗

全長僅有1686米的隧道

歷時一年才終于貫通

(昆侖山隧道,圖片來源@視覺中國)

而且

在缺氧的高海拔地區

他們還需要配備供氧設備

(雀兒山隧道的建設者正在吸氧,攝影師@牛榮健)

相較于分布集中的

黃土、巖溶、凍土等地質條件

各種規模的斷層

才是隧道施工中最常見的難題

尤其是地下水豐富地區的斷層

巖層破碎、極易透水

施工難度極大

人稱“爛洞子”

大柱山隧道為例

隧道全線需要穿越6條主要斷層

其中一處燕子窩斷層

僅僅156米的距離

卻耗費了26個月之久

平均每天僅能掘進20厘米

(大柱山隧道涌水場景,攝影師@史飛龍)

而且整個隧道的施工期間

抽水工作從未間斷

源源不斷的水流從洞口流出

硬是在半山腰造出了

一條人工瀑布

(大柱山洞口的瀑布,攝影師@趙子忠)

復雜的地質條件

不光帶來工程技術的挑戰

洞內惡劣的工作環境

同樣考驗著每一位建設者

比如在煤層、油頁巖等

含瓦斯地層施工時

必須借助通風設備

稀釋隧道內的瓦斯濃度

(新平隧道內的通風管道,攝影師@陳暢)

當然

隧道越掘越深

空間也越發隱蔽

再加上施工、運輸等產生的粉塵

嚴重污染了洞內的空氣

此時通風設備同樣必不可少

(新平隧道內惡劣的空氣環境,攝影師@陳暢)

還有

川藏鐵路的桑珠嶺隧道

洞內溫度可以達到89.3℃

建設者們必須用冰塊來降溫

(隧道內堆放的冰塊,攝影師@牛榮健)

總而言之

想要在中國的山地修建隧道

凡此種種都不可避免

而人們唯一能做的便是

“神來殺神,佛擋殺佛”

(笑對鏡頭的建設者們,攝影師@牛榮健)

為了沖破重重難關

工程師們不斷革新技術

同時也研發了各種新型設備

其中最值得一提的當屬

隧道掘進機

它們如同巨型怪獸

可以長達數百米

一個標準足球場都無法安放

作業時旋轉堅固的爪子(刀盤)

將前方巖石挖掘下來(旋轉)

相較于其他機械

其挖掘速度大幅提升

可謂是目前機械化程度最高的

隧道挖掘設備

目前

中國已經自主研發了

“月城涼山號”

“彩云號”等隧道掘進機

而且越來越多的自主化設備

正在成為中國隧道機械化施工的有力武器

(“月城涼山號”隧道掘進機,攝影師@賀銳)

這就是

中國人的穿山之路

凝聚著無數工程師的智慧

也凝結了無數建設者的辛勞

無論是青藏高原

(阿尼瑪卿山高速公路隧道,攝影師@在遠方的阿倫)

還是云貴高原

(318國道朝東巖隧道,攝影師@譚江弘)

它們與太行山同框

(請橫屏觀看,侯月鐵路穿越太行山,攝影師@鄧國暉)

與江河為伴

(請橫屏觀看,大渡河特大橋附近的隧道,攝影師@姜曦)

與長城共舞

(請橫屏觀看,京張鐵路沿線隧道,攝影師@姚金輝)

隧道

正在幫助我們突破地形限制

快速連接中國的各個角落

2010年

隧道穿越嘎隆拉雪山

3年后墨脫公路通車

中國最后一個不通公路的墨脫縣

終于成為了歷史

(嘎隆拉隧道,攝影師@李貞泰)

目前在建中的亞洲第一長隧

高黎貢山隧道

全長34.5千米

建成后大理至瑞麗的通行時間

將縮短一半以上

(高黎貢山隧道示意,制圖@王申雯/星球研究所)

2020年9月底

川藏鐵路全線獲批

21座4000米以上的雪山沿線坐落

其中雅安至林芝段

規劃隧道72座,總長838千米

占到全長的83%

有如穿越橫斷山區和青藏高原的“地鐵”

未來將成為繼青藏鐵路后

第二條進藏天路

(請橫屏觀看,川藏鐵路沿線10km以上隧道分布[雅安-拉薩段],制圖@陳志浩&王申雯/星球研究所)

就這樣

超過37000千米長的隧道

正在穿越這片土地

未來隧道的長度

還將繼續增長

若干年后

我們回顧歷史

一定會記起這一段

中國隧道建設的黃金時代

數十年如火如荼的隧道建設

連接了這個國家

連接了14億人民

連接了現在與未來

本文創作團隊

撰文:艾藍星

圖片:隧覺覺

設計:王申雯

地圖:陳志浩

審校:黃超、云舞空城、王長春

專家審核

中南大學土木工程學院 王樹英教授

重慶大學土木工程學院 周小涵博士

【致謝】本文的圖片內容得到了“中鐵一局集團有限公司”和“基建通”的大力支持,特此感謝。

【參考文獻】

[1] 《中國鐵路隧道史》編纂委員會. 中國鐵路隧道史[M]. 中國鐵道出版社, 2004.

[2] 呂康成. 特殊隧道工程[M]. 人民交通出版社, 2013.

[3] 朱永全. 隧道工程[M]. 中國鐵道出版社, 2015.

[4] 2019年交通運輸行業發展統計公報.

[5] 田四明. 截至2019年底中國鐵路隧道情況統計[J]. 隧道建設, 2020.

[6] 《中國公路學報》編輯部. 中國隧道工程學術研究綜述[J]. 中國公路學報, 2015.

標簽:

  • 標簽:中國觀察家網,商業門戶網站,新聞,專題,財經,新媒體,焦點,排行,教育,熱點,行業,消費,互聯網,科技,國際,文化,時事,社會,國內,健康,產業資訊,房產,體育。

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