破解“世界性隧道难题”
——圆梁山隧道建设大盘点
2005年1月11日，渝怀铁路铺架列车顺利通过圆梁山隧道。这是继2004年2月24日圆梁山隧道贯通之后的又一突破。
经过4年艰苦卓绝的征战，在战胜了50多次一万立方米以上的突泥突水之后，中铁隧道集团终于破解了这一被专家们公认的“世界性隧道难题”。它标志着渝怀铁路十大控制工程已全部攻克，为2005年全线建成通车扫清了最后一道障碍。
这道“世界性隧道难题”难在哪里？二三号溶洞大面积高压力的涌水涌泥是如何制服的？让我们一起回到那惊心动魄的昨天……
“渝怀锁钥”谁来开？
渝怀铁路西起重庆，东至湖南怀化，全长625公里。它是川渝地区重要而便捷的出海通道，它的建成将大大缩短川渝地区与东南沿海地区间的距离。
修建渝怀铁路是西南人民的百年梦想。当年孙中山先生在《实业计划》中就提出过建设“广州经湖南贵州重庆线”。新中国成立后，国家从20世纪50年代起就着手筹建这条铁路，铁道第二勘察设计院对这条铁路做过大量的勘测、选线工作。1965年毛泽东主席曾提议要修从重庆出发经彭、酉、秀、黔，沿湘北穿过江汉平原至武汉铁路，但因武陵横断山脉横亘在渝黔湘三省市交界处，地质复杂，造价极高，特别是必经之路圆梁山当时就被水文、地质专家判定为修建隧道的“禁区”，修建渝怀铁路的计划一再推迟。
历史终于等到了这一天。2000年，党中央、国务院作出西部大开发战略决策，渝怀铁路列为当年西部大开发十大重点基础设施项目之一。
圆梁山特长隧道长11公里，地处重庆市酉阳县境内。隧道穿越主要地质构造为毛坝向斜和桐麻岭背斜及其伴生断裂构造。区域内地质条件异常复杂，集中了岩溶高压水、涌突泥、煤层瓦斯、断层破碎带、岩堆体、高地温以及偏压等几乎所有隧道不良地质。
圆梁山隧道被专家称为“渝怀锁钥”，被列为渝怀铁路十大控制工程之首，成为渝怀铁路建设成败的关键。
业内人士纷纷关注：“渝怀锁钥”谁来开？
最艰巨的工程要选择最优秀的队伍来干。2000年月，铁道部工程管理中心通过公开招投标方式，在激烈的竞标中，选择了中铁隧道集团这支我国隧道施工的“王牌军”担负圆梁山隧道施工。破解“世界性隧道难题”的重担，历史性地落在了中铁隧道集团的肩上。
铁道部工程管理中心从长梁山隧道地质复杂多变的实际出发，决定对该隧道实行动态设计，即根据施工中探明的地质情况进行设计。以往的工程设计都是先设计后施工，而圆梁山隧道动态设计相当于把设计室搬到了隧道掌子面，体现了尊重实际，尊重科学。
圆梁山隧道迅速被列为中铁隧道集团第一号工程。集团领导高度重视，一次次来到圆梁山隧道，对科研和施工进行周密的安排，确立了“科学组织，合理投入，优质安全，快速高效，不留后患”的总体方案，选派了股份公司、二处有限公司这两支精良的施工队伍分别担负隧道进出口的施工任务。
铁道部领导关心着圆梁山隧道，几次来到现场，从特殊地质情况下的隧道施工、质量安全、科研攻关等方面作出部署。重庆市、铁道部有关司局和工程管理中心、部渝怀总指挥部、中国铁路工程总公司的领导也十分关注圆梁山隧道，每到关键时刻总是及时出现在现场，为现场解决实际问题。设计、监理单位的技术人员更是长期坚守在工地，配合现场搞好动态设计，做好施工监理。
2001年3月1日，一阵阵开山炮声震醒了沉寂千年的深山，圆梁山隧道正式开工。
掀开盖头后的圆梁山将是什么模样？
面对突水突泥 六院土会诊圆梁山
圆梁山隧道难在哪？难在罕见的复杂地质，隧道进口端毛坝向斜和出口端桐麻岭背斜有多处大规模的深埋充填溶洞，张裂隙和断层交互。这是一个岩溶管道发育网状区，隧道开挖一旦触及高压富水的岩溶管道，将出现涌突水、涌突泥。
什么叫向斜、背斜？一位在现场工作了20多年的教授级高工说，向斜和背斜犹如两口平放和倒扣的锅连在了一起，方圆几十公里，连接处为挤压断裂破碎带，“锅底”装满了高压水。隧道从水压高达4.42～4.6Mpa的地层中穿过，隧道上方像顶着一个漏了底的湖泊，随时都可以倾翻下来。
果然，开挖后不久，进口端与出口端均遭遇向斜与背斜岩溶涌水涌泥的挑战。仅据进口端施工日志记载：
2001年10月，进口正洞下导坑和平导溶洞体发生大规模涌水涌砂涌石，被迫停工。
2002年3月3日，进口平导加固段拱部出现三处突泥突水。
2002年4月23日，进口掌子面钻孔注浆时大量泥砂和水喷出，淹没掌子面的注浆机等设备。
有人把圆梁山隧道比喻为神秘的“潘多拉魔盒”，盒盖一打开，魔鬼跑了出来，将引发灾难。
一场更大的灾难与挑战还在后头。
2002年9月10日10时，进口正洞超前下导坑施工至3号溶洞处进行出渣时，股份公司现场工程师张福宏等施工人员警觉地发现掌子面右侧底部渣堆有轻微移动，随即停止出渣并撤离了人员。
张福宏和几名员工进入掌子面观察，发现从已经开挖成型的下导坑岩石缝隙中，塑状黏性土如用转笔刀削铅笔时的铅笔屑一样被强大的压力挤了出来，并伴有来自地层深处沉闷的石块撞击声。张福宏急忙组织大伙撤离。员工们刚刚离开，就听一声山崩地裂的巨响，掌子面发生爆裂，溶洞中填充的塑状黏性土伴着巨大的石块瞬间喷出，排山倒海般吞噬着已经开挖好的隧道，推动着洞内的电瓶车、矿车向洞外方向涌来。员工们以百米速度逃生，泥石以百米速度追赶，仅仅半分钟的时间，17平方米的隧道断面就被4200立方米泥石塞满244米长。
屋漏更遭连夜雨。9月11日和12日这里又先后两次突泥突水，最大涌水量达每小时72000立方米，已开挖隧道被塑状黏性土充填389米，二号溶洞的下导坑也被毁坏。毛坝向斜显示出大自然特有的威力。
突泥稳定后，工人们在齐腰深的涌水里清理淤泥，发现用钢板焊接的出渣车已被解体，钢轨运输线严重扭曲变形，从溶洞内冲出数块巨石，最大体积为3立方米。
这次突泥突水，竟使一个多月的掘进前功尽弃，而且还要用半年多时间去清理淤泥。
在突发灾难面前，有人援引了20世纪50年代苏联专家勘测时称圆梁山为修铁路隧道“禁区”的论断，建议放弃和改线。如果改线，意味着一年多的巨大投入将付诸东流，渝怀铁路的通车日期也将推迟。
不，开弓没有回头箭。曾成功修建过大瑶山隧道、秦岭隧道的这支国家队，岂能兵败圆梁山！
圆梁山隧道的地质灾害引起了铁道部领导和国内隧道专家的广泛关注。他们一次次深入工地，共谋对策。
2002年10月25日至26日，铁道部渝怀铁路建设总指挥部组织了“渝怀铁路圆梁山隧道岩溶地段施工技术研讨会”。
2003年1月5日至7日，渝怀铁路建设总指挥部召开“圆梁山隧道施工技术方案论证会”。中国工程院院士、我国著名的隧道专家、地质专家、水文专家王梦恕、卢耀如、周丰峻、郑颖人等六位院士及有关教授、专家一行17人齐聚圆梁山。
这是中国隧道建设史上的一次最高层次的“诸葛亮会”。院士、专家们来到圆梁山隧道进口端现场，察看地质与施工情况，听取了中铁隧道集团与铁二院的施工和设计介绍，进行了整整一天的研究与讨论。
王梦恕院士是我国著名的隧道专家。在军都山隧道施工中，他曾首创“浅埋暗挖法”，后广泛用于北京地铁等城市轨道建设中，被命名为国家级工法。这位从中铁隧道集团出来的院士曾多次赴圆梁山隧道指导溶洞攻关。
经过认真研究，六位院士确定圆梁山隧道溶洞处理为“具有挑战性的世界地质难题”。他们充分肯定了现工程措施“以堵为主，限排为辅”的原则是正确的，对设计与施工方案提出了全断面超前帷幕注浆、尽快恢复平导施工、设置泄水洞等十点意见，并提出了加强超前预报、做好突水突泥判析系统等五点建议。
这次六院士会诊，增强了大家穿越毛坝向斜罕见溶洞的信心，统一了采用注浆法而不用冷冻法的认识，形成了防治突水突泥的一整套思路与对策。王梦恕院士兴奋地声称：“圆梁山隧道充满创新意识。”
绕过溶洞分割包围 超前注浆成功堵水
打通圆梁山隧道、破解“世界性隧道难题”靠什么？王梦恕院士直言：靠传统的施工工艺肯定是行不通的，要举科技之力，靠自主创新。
针对圆梁山隧道特殊地质，铁道部科技司和工程管理中心超前筹划，开工之前就确定了《圆梁山隧道地质预测预报技术研究》、《岩溶粉细砂中帷幕注浆技术》、《高应力地区工程受力结构分析》等6项部级科研项目，并在现场先后召开十多次专家技术论证会和科研会，科研经费投入达千万元之多。
中铁隧道集团领导层对圆梁山隧道科研项目高度重视。集团公司副总经理兼渝怀铁路指挥部指挥长张继奎亲自担任科研课题组组长，全面领导现场的科研攻关工作；集团设计部、科研所抽调100多人深入现场；联合中铁西南科学研究院、铁二院、西南交大、北方交大等单位的专家、教授和中铁隧道集团一道，在圆梁山隧道工地组成了科研工作网络。
在中国工程院院士王梦恕的亲自主持下，科研人员制定了全面细致的科研攻关计划，有针对性地确定了几十项科研课题，由爆破、量测、注浆、通风、试验等专业技术人员组成现场科研部和科研课题小组，重点解决施工中遇到的实际问题。
超前地质预报。他们采用了地震波探测仪、红外线探水仪、地质雷达、气体成分检测仪、瓦斯自动报警仪、跨孔CT、水平钻探、数码成像等技术设备，对各项预测预报取得的资料进行分析研究，以便及时准确地掌握隧道掌子面前方的地质情况，提高了施工中对地质灾害的应变能力。他们用地质雷达在隧道底部和其他出水部位可能隐伏的溶洞进行探测，用红外探水技术设备进行探测，为施工提供了科学的指导数据，综合预测预报达到国内领先水平。
超前帷幕注浆。2003年5月，在隧道岩溶施工方案论证会上，集团指挥部要求采用世界先进的帷幕注浆新工艺，并综合运用多种施工手段战胜大规模岩溶地质难题。他们在溶洞施工中发现，由于溶洞填充物粉细砂与水泥颗粒大小相当，注浆后两者难以凝结为一体，再加上罕见的高水压使钻头难以进入，并且水泥密度随水体的流动而稀释，降低了注浆效果。为解决这一难题，他们从国外引进了先进的夯管机进行管棚注浆，并加大超前注浆厚度，改进注浆技术，提高注浆效果。经过论证与实践，集团指挥部编制了《圆梁山隧道富水段注浆堵水施工方案》，并根据现场实际组织实施。超前预注浆、径向注浆等多种技术在施工中广泛运用，突破了圆梁山隧道一个个岩溶区。
设立迂回导坑。2003年春，在进口因溶洞受挫、出口达到长距离掘进极限的情况下，中铁隧道集团果断决定先绕过溶洞，设立迂回导坑，开设多个作业面，分割包围二号、三号溶洞。这一战术颇有效果。2003年6月15日，一号迂回导坑绕过二号溶洞顺利到达正洞。2003年8月6日，全长350米的二号迂回导坑绕过三号溶洞，实现与出口正洞处的连接。圆梁山隧道迂回导坑贯通，形成了分割锁定二三号溶洞、各个击破的局面。迂回导坑的贯通，可以提前探明溶洞的发育情况，提高量测精度，为制定合理的设计方案提供了依据，并且改善了整个隧道的通风条件，解决了排水问题，大大促进后续施工顺利进行。
泄水降压治水。为降低平导和正洞水压，他们采纳了院士们的建议，2003年相继设置三个泄水洞。二号溶洞泄水洞开挖106米，有效将溶洞来水封堵在设计开挖轮廓线8米以外。三号溶洞泄水洞开挖31米，及时将溶洞涌水引入泄水洞排出。
在圆梁山隧道施工中，为了穿越溶洞，制服涌水涌泥，建设者一共打了七个洞，除正洞与平行导坑外，额外多修了两条迂回导坑、三个泄水洞。
2003年是圆梁山隧道关键的溶洞攻坚年。随着迂回包围各个击破，施工生产已由被动转向主动。
2003年10月28日，进口端成功贯通三号溶洞平导。12月11日，三号溶洞正洞贯通。12月28日，二号溶洞平导成功贯通，标志着圆梁山隧道平导全隧贯通。
2004年2月24日，二号溶洞正洞上部贯通，标志着隧道深埋高压富水填充性溶洞处理取得决定性胜利。
至此，圆梁山隧道平导、正洞全部实现贯通，“具有挑战性的世界地质难题”被成功破解。铁道部领导对此给予高度评价，工程管理中心向中铁隧道集团发来了贺电。
为了优质按期铺通
2004年2月24日圆梁山隧道虽已贯通，但其中二号溶洞段只是上部贯通，而下部开挖仍处于攻坚阶段；由于前期溶洞施工受阻，要按期完成剩余工程，任务仍很艰巨。
圆梁山隧道已成了渝怀铁路2005年春能否全线按期铺通的关键。
全隧贯通4天后，铁道部工程管理中心在圆梁山召开现场办公会，要求按期完成洞内剩余工程，确保如期铺轨。
此时，铺架大军已逼近洞口，兵临城下，在工期上已无退路。中铁隧道集团倒排工期，紧紧抓住二号溶洞开挖、二三号溶洞衬砌这两大关键任务，进行部署和落实。
这两大关键任务，都属进口工区。3月21日，中铁隧道股份公司项目部发起“决战100天，完成正洞混凝土衬砌”大会战。
二号溶洞底部开挖容易发生涌水，一旦出现涌水，排水相当困难，而且将耽误工期。为确保底部仰拱开挖支护顺利进行，开挖中他们坚持变形监测，对注浆盲区进行补注浆，稳扎稳打，步步为营。
加强大气降雨观测，为二号溶洞开挖提供气象支持。在施工实践中他们发现，外面下雨往往会引发洞内涌水。对此，他们专门在圆梁山山顶建立了气象观测站，广泛开展大气降雨、地表沉降、水位观测，追踪降雨季节变化，为隧道围岩注浆、防排水提供信息支持。
二三号溶洞的衬砌要求抗压强度高，均采用钢筋混凝土或型钢钢筋混凝土衬砌，钢筋加工绑扎量大。在二号溶洞反向仰拱型钢安装中，作业人员硬是用双肩把每节重达500多斤、12米共216节的型钢搬运到作业面加工安装，劳动强度非常大，员工们双肩红肿有的甚至双肩磨烂，但没有一人叫苦叫累。
中铁隧道集团的勇士们在圆梁山隧道已苦苦奋战四年了。在经历了2001年的开局年、2002年的涌水涌泥灾难年、2003年的溶洞攻坚年之后，终于迎来了2004年的全面突破年。
2004年4月12日，风险最大的二号溶洞成功完成下部开挖，实现了全隧开挖。
7月29日，进口工区完成了难度最大的剩余668米正洞衬砌，至此11公里长的圆梁山隧道实现全隧衬砌。
11月6日，经过试验段施工，完成了技术含量高的长枕埋入式整体道床施工。
12月31日，在2005年新年钟声即将敲响之际，他们完成了高水位富水区渗漏水治理。
2005年1月11日，隧道完成了无缝钢轨铺设，铺架列车顺利通过了圆梁山。至此，“渝怀锁钥”已打开，“施工禁区”已成坦途。
“至精至诚，更优更新”，是中铁隧道集团全体员工的目标与追求。圆梁山隧道不仅以首次成功穿越深埋高压富水填充性溶洞载入史册，而且检测结果表明，圆梁山隧道单项工程全部符合设计要求，已完工程一次验收合格率达100%，优良率达94%。
圆梁山隧道穿过区生活着5万人民群众，生态环境的保护尤为重要。隧道进口端高水位富水地区在施工中大量排水会引起岩溶地下水的水位大幅度下降，造成隧道两侧暗河出水量减少；由于隧道和地下水的埋深较大，地表松散层很薄，处理不当可能产生大面积岩溶塌陷。为防止隧道修建对环境产生危害，他们对人民负责，对历史负责，按“以堵为主、限量排放”的原则实施各项工程措施，有效避免地表沉降等对环境造成的破坏。
隧道施工以往采用的注浆材料有一定的化学成分，会污染环境。中铁隧道集团按照建设“工程质量和环保水保双优线”的总体目标，在注浆工艺和选材上进行了多项方案对比，选择结石强度高、可灌性好、抗渗透、抗腐蚀、无污染、耐久性好的浆材，虽然提高了费用，但保护了生态环境。经过对环境的广泛监测，证明周围地区的水体保持了原有状态。他们以严格的环境监测技术及控制技术，实现了建设绿色环保工程的目标。
在攻克“世界性隧道难题”中，中铁隧道集团的千余名员工先后战胜了一次次大面积突泥突水，穿越了煤层瓦斯地段，像唐僧取经一样，渡过了“九九八十一难”。但老天爷仿佛还要考验一下这支队伍，就在2005年春节来临之际，一场暴风雪突然降临。
今年2月初，重庆酉阳县遭遇到57年来不遇的低温降雪天气，进口工区的200多名职工依然忙着运水泥，进行平导衬砌、检铺底。2月8日凌晨零点左右，圆梁山隧道进口工区突然停电，整个施工现场和生活区顿时被黑暗所吞没。怎么回事？经检查原来是高压线路大面积严重覆冰，造成供电线路中断，发电站的电送不出；更糟糕的是通信基站也相继断电，电话打不出去，手机也没信号。中铁隧道股份公司隧道九公司党支部书记、经理郭华意识到事态的严重性，立刻组织人员上山沿电线查找问题。凌晨2时，在公司领导带领下，员工们一批批上山了。在零下十几度的寒冷气温下，工人们携带着滑轮、紧线器、钢丝绳套，行进在冰天雪地里，登攀在悬崖峭壁上，面对遍山倒地的电线杆，一米一米地查看检修。除夕之夜，当人们正吃着团圆饭、欣赏春节晚会节目时，圆梁山的工人们正顶着刺骨的寒风，在崇山峻岭间爬杆子、敲冰柱、搭接电线。他们每天徒步几十公里，顾不上吃饭，反复查看检修20余公里的供电线路。经过15天的艰辛抗争与漫长等待，2月22日晚7时总算与网电连通，此时春节早过，已到元宵节。
如今，圆梁山隧道已进入工程收尾阶段。面对平导不断涌泥涌水，中铁隧道股份公司员工正在加快治理进度，争取早日完成剩余工程。他们要让这座隧道“不留后患”，经得住运营的检验、历史的检验。
圆梁山隧道是中国隧道建设史上继大瑶山隧道、秦岭隧道之后的又一座丰碑。它标志着我国在复杂的岩溶地质条件下修建长大隧道实现了新的飞跃，隧道施工在超前地质预报、超前注浆、信息化施工、长距离独头通风等技术方面达到国际领先水平，并在我国长大隧道动态设计方面创造了成功先例。
历史将记住他们——中铁隧道集团这支战溶洞、斗涌水的大智大勇队伍。
（本文原载于2005年4月1日《人民铁道》报）
