關(guān)角隧道，是由中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司設(shè)計，中國中鐵隧道集團(tuán)、中鐵十六局集團(tuán)有限公司建設(shè)的雙洞單線隧道，位于青海省天峻縣和烏蘭縣境內(nèi)的關(guān)角山，青藏鐵路天棚站至察汗諾站之間，全長32.645公里，2014年底，新關(guān)角隧道開通運營。
1958年，老關(guān)角隧道正式開工建設(shè)。1961年工程被迫停工。1974年3月，老關(guān)角隧道開始建設(shè)。1978年隧道通車后，發(fā)現(xiàn)整體道床開裂上臌[gǔ]，不到兩年道床抬高達(dá)300毫米，水溝破裂，邊墻脫落變形，拱頂裂紋掉塊，局部邊墻侵限等病害，威脅行車安全。1984年年底又發(fā)現(xiàn)未換仰拱地段的整體道床陸續(xù)裂紋上臌，兩軌面水平誤差達(dá)60毫米并發(fā)現(xiàn)拱頂?shù)魤K，邊墻開裂，墻腳疏松脫落等病害。2007年11月6日，新關(guān)角隧道全面開工。2011年9月1日，世界高海拔第一長隧關(guān)角隧道進(jìn)口段1號斜井與2號斜井I線正洞順利貫通。2014年4月16日，新關(guān)角隧道雙線正洞全線貫通。6月30日，新關(guān)角隧道調(diào)試完成并開通天棚至察汗諾區(qū)間電氣化。該隧道的建成將打破入藏鐵路瓶頸，極大提高青藏鐵路運量。
關(guān)角隧道相繼獲得了2016年度國際隧道與地下空間協(xié)會（ITA）重大工程獎，年度國際咨詢工程師聯(lián)合會FIDIC優(yōu)秀工程獎，年度國家鐵路局優(yōu)秀工程設(shè)計一等獎、優(yōu)秀工程勘察一等獎等獎項。2024年5月8日，關(guān)角隧道入選全球隧道工程評選。
歷史沿革
老關(guān)角隧道
1958年，老關(guān)角隧道正式開工建設(shè)。由于受到當(dāng)時艱苦自然環(huán)境、施工技術(shù)條件等因素的制約，1961年工程被迫停工。1974年3月，老關(guān)角隧道開始建設(shè)。由原鐵道兵承擔(dān)施工。打開封閉13年的洞口。歷時一年半，共清出棄碴雜物近50000立方米，接著開始掘進(jìn)上導(dǎo)坑。1977年6月16日完成主體工程，同年8月15日鋪軌通過隧道。1978年隧道通車后，發(fā)現(xiàn)整體道床開裂上臌，不到兩年道床抬高達(dá)300毫米，水溝破裂，邊墻脫落變形，拱頂裂紋掉塊，局部邊墻侵限等病害，威脅行車安全。1983年5月，整治病害后，1984年年底又發(fā)現(xiàn)未換仰拱地段的整體道床陸續(xù)裂紋上臌，兩軌面水平誤差達(dá)60毫米并發(fā)現(xiàn)拱頂?shù)魤K，邊墻開裂，墻腳疏松脫落等病害。經(jīng)多方調(diào)查論證，查明道床上臌是因為隧道底部地層中含有大量遇水膨脹的綠泥巖、蒙托石等。從1990年開始，拆除上臌地段的整體道床，增加鋼筋混凝土仰拱，鋪設(shè)軌枕板。同時拆除部分邊墻，再次進(jìn)行襯砌后壓漿補(bǔ)強(qiáng)，對部分邊墻拱頂進(jìn)行小錨桿掛網(wǎng)噴漿加固。為根除隧道兩端路基凍害，還對進(jìn)出口段路塹內(nèi)道床下路基土質(zhì)徹底換填，增設(shè)了防寒保溫排水溝。
新關(guān)角隧道
2007年11月6日，新關(guān)角隧道全面開工。用鉆爆法施工，全長32.645公里，由中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司負(fù)責(zé)設(shè)計，新關(guān)角隧道設(shè)計為兩座平行的單線隧道，設(shè)計速度為每小時160公里，兩線間距40米，均位于直線段上共設(shè)置了10座斜井（合計15.253公里）及9.8公里的平行導(dǎo)坑輔助正洞掘進(jìn)，建設(shè)總工期為5年。2011年9月1日，世界高海拔第一長隧關(guān)角隧道進(jìn)口段1號斜井與2號斜井I線正洞順利貫通。全長32.645公里、雙線雙洞的關(guān)角隧道是青藏鐵路西（寧）至格（爾木）鐵路增建第二線工程的控制性工程，十六局集團(tuán)承建進(jìn)口段17.372公里，管段工程、水文地質(zhì)極其復(fù)雜，不僅存在連續(xù)砂層段、長大段巖溶、斷層，而且地下涌水量之大極為罕見，全管段日涌水最大可達(dá)32萬立方米。
截至2013年4月25日，中國在建最長鐵路隧道、世界高海拔第一長隧新關(guān)角隧道正洞完成開挖61382.8米，占設(shè)計的94%。3月20日，由中鐵十六局集團(tuán)一公司承建的青藏鐵路西格二線控制性工程關(guān)角隧道4號斜井與5號斜井Ⅱ線實現(xiàn)零誤差貫通，標(biāo)志著世界高海拔第一鐵路長隧Ⅱ線全線貫通。2014年4月16日，新關(guān)角隧道雙線正洞全線貫通。6月30日，新關(guān)角隧道調(diào)試完成并開通天棚至察汗諾區(qū)間電氣化。該隧道的建成將打破入藏鐵路瓶頸，極大提高青藏鐵路運量。同年年底，新關(guān)角隧道開通運營。
設(shè)計參數(shù)
老關(guān)角隧道全長4.01公里，平均海拔3600米，需要穿過10條斷層帶。新關(guān)角隧道全長32.69公里，平均海拔3500米，采用兩條線間距40米，分離式平行單線隧道結(jié)構(gòu)，無砟軌道和整體道床設(shè)計，中國鐵路高原隧道長度首次突破30公里，開創(chuàng)了高海拔地區(qū)修建超長隧道的先例，也是目前世界高海拔第一長隧。新關(guān)角隧道由原來的時速60公里提升到時速140公里，通過時間從2小時縮短至20多分鐘。
運行情況
從老關(guān)角隧道口到察汗諾共有3個車站，其間有4組展線，包括兩個8字形展線、一個螺旋形展線和一個馬蹄形展線。
特色與價值
建設(shè)難點
新關(guān)角隧道區(qū)域內(nèi)年平均氣溫-0.5 ℃,極端最低氣溫-35.8 ℃。隧道區(qū)巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖同時出現(xiàn)，巖性變化頻繁。位于新構(gòu)造活動強(qiáng)烈的青藏高原東北緣，區(qū)內(nèi)斷裂及褶皺發(fā)育，由f3、f17、f20、f22、f23、f25斷層組成的二郎洞斷層束長達(dá)3 000 m，存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，大理石地層巖溶裂隙水發(fā)育，隧道洞口段還穿越550 m細(xì)砂地層。
關(guān)鍵技術(shù)
復(fù)雜地質(zhì)問題處理技術(shù)
新關(guān)角隧道位于新構(gòu)造活動強(qiáng)烈的青藏高原東北緣,建設(shè)過程中多個區(qū)段發(fā)生了大變形。采取的技術(shù)措施如下：
1)調(diào)整隧道開挖輪廓邊墻曲率，使結(jié)構(gòu)趨于圓形，改善受力狀況；
2)加強(qiáng)初期支護(hù)的鋼架、噴混凝土厚度及錨桿長度；
3)加大預(yù)留變形量，允許適度變形；
4)針對水平應(yīng)力大、水平收斂變形大的特征，采用不等厚結(jié)構(gòu)控制隧道變形，僅加厚隧道邊墻，針對性地加強(qiáng)抵抗水平荷載的能力。
涌水處理技術(shù)
新關(guān)角隧道在穿越河溝時，發(fā)生了高壓涌水。施工中除采用多級泵站進(jìn)行排水外，還實施了超前預(yù)注漿堵水。在線狀涌水發(fā)育的段落，開挖后采用高分子化學(xué)材料實施了徑向注漿堵水。
施工通風(fēng)與健康保障技術(shù)
為克服高海拔缺氧環(huán)境造成的施工效率下降和職業(yè)健康保障問題，主要采取了如下技術(shù)措施：
1)采用多工作面同時施工，克服單個工作面進(jìn)度緩慢的問題。
2)采用斜井隔板通風(fēng)技術(shù)，為多個工作面同時供風(fēng)。采用可重復(fù)利用的材料，拼裝成隔板對斜井進(jìn)行分隔，利用斜井頂部空間作為供風(fēng)道并安裝射流風(fēng)機(jī)，在斜井井底設(shè)置風(fēng)倉，通過軸流風(fēng)機(jī)接力向4個工作面供風(fēng)。這種方法不但能保障隧道施工必要的新鮮空氣供應(yīng)，解決長距離送風(fēng)的問題，而且供風(fēng)量大，解決了多個工作面同時施工的通風(fēng)需求，使高海拔條件下獨頭通風(fēng)長度達(dá)到5 000 m，為鉆爆法施工特長隧道提供新的通風(fēng)和施工模式。
3)在工作面附近為作業(yè)人員提供氧氣袋進(jìn)行補(bǔ)氧，在隧道口和斜井口建立高壓氧倉，保證職業(yè)健康。
鉆爆法斜井皮帶出碴技術(shù)
在長大斜井內(nèi)設(shè)置皮帶運輸機(jī)出碴系統(tǒng)(見圖8)，在中國首次將皮帶運輸系統(tǒng)成功應(yīng)用于鉆爆法施工的隧道，極大地減少了重載出碴車輛爬坡排放的重污染尾氣，保障了工作人員的職業(yè)健康，提高了出碴速度和綜合掘進(jìn)效率。
防凍害技術(shù)
在高海拔嚴(yán)寒地區(qū)，隧道洞口段一旦出現(xiàn)滲漏水，隧道襯砌上將會結(jié)冰，在最冷的月份，水溝內(nèi)也會發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象，這些凍害將嚴(yán)重影響行車安全。為防止隧道洞口段發(fā)生病害，主要采取了如下技術(shù)措施：
1)嚴(yán)格控制防水板的鋪設(shè)質(zhì)量，提高混凝土的抗?jié)B等級，防止隧道發(fā)生滲漏水。
2)在隧道洞口段設(shè)置防寒泄水洞(見圖9)，大量的隧道水通過泄水洞排泄至洞口附近的河溝。
3)洞口段4 km范圍內(nèi)隧道側(cè)溝設(shè)置保溫材料(見圖10)，減少熱交換。
4)洞口段2 km范圍內(nèi)隧道側(cè)溝采用電加熱技術(shù)，在最冷月份對側(cè)溝直接進(jìn)行加熱，防止隧道水溝結(jié)冰。
運營通風(fēng)技術(shù)
首次在高海拔隧道內(nèi)利用列車活塞風(fēng)進(jìn)行通風(fēng)換氣，很好地解決了運營通風(fēng)問題。在電氣化鐵路隧道中，列車運行產(chǎn)生的污染相對較少。按照“擠壓”理論，列車在經(jīng)過5.3～5.5次后，列車活塞風(fēng)即可將新關(guān)角隧道內(nèi)的空氣置換1次。實際上，僅運營的客車即可使隧道內(nèi)的空氣每天置換2.4次。實際運營情況表明，隧道內(nèi)空氣控制質(zhì)量良好。這種自然換氣的方法節(jié)約了大量的風(fēng)機(jī)和供電設(shè)備的運營和維護(hù)費用，實現(xiàn)了低碳運營。
防災(zāi)疏散救援技術(shù)
首次在高海拔隧道內(nèi)設(shè)置緊急救援站，為在高海拔隧道設(shè)置防災(zāi)疏散救援系統(tǒng)提供了中國模式。結(jié)合中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和鐵路運營管理特點，按照保證人員疏散安全、自救為主的思路以及2管隧道的運營系統(tǒng)和通風(fēng)排煙系統(tǒng)相互獨立的原則設(shè)置緊急救援站。在緊急救援站，2管隧道通過加密的疏散橫通道(間距50 m)連接，以滿足災(zāi)害條件下的疏散要求；2管隧道采用相互獨立的供風(fēng)排煙系統(tǒng)，即隧道口附近設(shè)置射流風(fēng)機(jī)，向隧道內(nèi)加壓，通過疏散橫通道向火災(zāi)的隧道供風(fēng)，滿足疏散中人員迎著新鮮風(fēng)逃逸的需求，通過均勻設(shè)置的豎井，及時從隧道頂部排煙；2管隧道為完全獨立的運營系統(tǒng)，在區(qū)間內(nèi)不設(shè)置聯(lián)絡(luò)2隧道的渡線。
環(huán)境保護(hù)措施
工程建設(shè)中高度重視環(huán)境保護(hù)，未對所在區(qū)域環(huán)境造成影響。主要采取如下措施：
1)選擇從底部穿越青海南山的隧道方案，縮短線路長度明顯，從選線開始就最大限度地減少對環(huán)境的破壞。
2)在隧道口設(shè)置污水處理系統(tǒng)，保證排放的施工污水達(dá)標(biāo)，最終排入布哈河，施工排水未對國家二級保護(hù)動物青海湟魚產(chǎn)生影響，湟魚的數(shù)量也在穩(wěn)步回升。
3)為了解隧道修建對環(huán)境的影響，在隧道區(qū)域設(shè)置氣象站，進(jìn)行水文環(huán)境和氣候長期監(jiān)測。實踐證明，新關(guān)角隧道的修建未對當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境造成影響，未發(fā)現(xiàn)植被出現(xiàn)異常的現(xiàn)象，也未改變區(qū)域內(nèi)青海湖匯水逐年增長、湖面逐年升高的趨勢。
4)在棄碴場設(shè)置必要的擋護(hù)及排水工程，對碴頂和坡面進(jìn)行綠化，竣工后對施工場地、營地、施工便道進(jìn)行環(huán)境恢復(fù)工作，使竣工后基本恢復(fù)了原地貌。施工過程中對所有的占地均進(jìn)行高原草皮的臨時堆放保存，施工完成后直接用于棄碴場綠化和臨時用地的環(huán)境恢復(fù)，從而避免因綠化需要而新增大量取土場的情況。
科技創(chuàng)新
1．建立了高海拔特長隧道火災(zāi)救援站的模式和基于安全隧道供風(fēng)、豎井均衡排煙的防災(zāi)疏散救援技術(shù)體系。
2．提出了高海拔鐵路隧道運營中有害氣體及粉塵濃度的容許值；論證了關(guān)角隧道運營通風(fēng)采用自然通風(fēng)方案的可行性。在設(shè)計中突破了“電力機(jī)車牽引，長度大于15km的客貨共線鐵路隧道應(yīng)設(shè)置機(jī)械通風(fēng)”的一般規(guī)定，取得了節(jié)省能耗和節(jié)約投資的良好效果。
3．針對高原缺氧的惡劣條件，開發(fā)了長斜井隔板式施工通風(fēng)技術(shù)，實現(xiàn)了長距離、大風(fēng)量、多工作面同時供風(fēng)；設(shè)置節(jié)能型升溫風(fēng)箱，利用空壓機(jī)循環(huán)水對冷空氣加溫，可提高施工作業(yè)區(qū)溫度3~4℃。
4．為了解決高海拔地區(qū)長斜井出渣重車上坡污染嚴(yán)重的問題，研發(fā)了長斜井皮帶運輸機(jī)出渣系統(tǒng)技術(shù)，創(chuàng)新了鉆爆法施工出渣運輸作業(yè)模式。
5．針對風(fēng)積砂地層圍巖松散，易于塌的難題，研發(fā)了四臺階九步開挖法和相應(yīng)的初期支護(hù)體系，提出了仰拱封閉距離小于16m的控制指標(biāo)，有效防止了隧道塌方。
6．為了防止高水頭富水圍巖段施工中地下水突涌，確定了出水量預(yù)警值，開發(fā)了巖溶裂隙水頂水注漿系統(tǒng)技術(shù)。
7．針對擠壓性圍巖大變形的特點，提出了著重加強(qiáng)邊墻的支護(hù)結(jié)構(gòu)，加大邊墻曲率，使橫斷面形狀接近圓形，用錨桿加固圍巖等措施。
主要成就
在施工過程中，新關(guān)角隧道的建設(shè)者們以科技創(chuàng)新引領(lǐng)施工，有針對性地制定科研課題，研發(fā)運用推廣新技術(shù)、新工藝、新材料，在通風(fēng)出碴、斷層破碎帶施工等方面開展科技攻關(guān)，著力破解高原特長隧道施工難題。新關(guān)角隧道位于青藏高原地質(zhì)板塊擠壓的結(jié)合部，具有高地應(yīng)力、變形控制難度大等特點，共通過17個大、小斷裂帶，其中長達(dá)2355米的二郎洞斷層束素有“隧道地質(zhì)博物館”之稱。在隧道通過的大理石富水地段，單口斜井日涌水量達(dá)到了13萬立方，這在世界鐵路隧道工程項目中是少有的。
新關(guān)角隧道通過的地質(zhì)斷層和嶺脊地段超過10公里，面臨著圍巖變形失穩(wěn)、突泥涌水、施工通風(fēng)等諸多工程技術(shù)難題。特別是嶺脊地段涌水處理及石炭系板巖地段大變形的控制技術(shù)為關(guān)角隧道的最大難點。新關(guān)角隧道的貫通，使中國高海拔特長隧道設(shè)計建設(shè)達(dá)到世界先進(jìn)水平，同時也刷新了中國最長鐵路隧道的記錄。為確保這條世界級高海拔特長隧道的設(shè)計建設(shè)，中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司組成由中國工程院院士領(lǐng)銜的設(shè)計科研攻關(guān)團(tuán)隊，先后立項開展了“高原隧道長距離施工通風(fēng)及安全保障”“關(guān)角隧道快速施工與機(jī)械設(shè)備配套技術(shù)”“新關(guān)角隧道信息化施工與安全預(yù)警系統(tǒng)研究”等多項研究課題，采用全新技術(shù)方案，為新關(guān)角隧道的建設(shè)提供了技術(shù)支持。
建設(shè)意義
青藏鐵路西寧—格爾木市段修建于1950—1970年，是青海、西藏兩省區(qū)與內(nèi)地進(jìn)行人員、物資交流的主要運輸通道和經(jīng)濟(jì)聯(lián)系的紐帶，受修建技術(shù)水平及綜合國力等限制，既有鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低、運營條件差，且既有關(guān)角隧道(4 010 m)病害頻繁產(chǎn)生，養(yǎng)護(hù)維修工作量巨大，投入費用較高。隨著21世紀(jì)中國加快推進(jìn)西部大開發(fā)戰(zhàn)略，西寧—格爾木段的運輸能力已不能適應(yīng)區(qū)域社會、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，故增建二線勢在必行。新關(guān)角隧道是該項目的控制性工程，是中國最長的鐵路隧道，也是海拔3000m以上世界第一長隧，建設(shè)難度極大。新關(guān)角隧道的建成，使天棚車站到察汗諾車站區(qū)間縮短線路長度36.82 km，運行時間由原來的2 h縮短為20 min，使列車的運行能力由22對提升為180對，為在青藏高原再次修建長隧道提供了成功的參考案例，也為穿越喜馬拉雅山脈，實現(xiàn)國家“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”和“21世紀(jì)海上絲綢之路”戰(zhàn)略，與南亞國家共同發(fā)展提供了技術(shù)與運能儲備。
榮譽(yù)獎項
以上信息截至2024年5月8日，來源參考
參考資料 >
世界高海拔第一長隧，讓2小時穿山之旅縮短至20分鐘.界面.2024-05-08
世界最長高原鐵路隧道貫通.中華人民共和國駐日本國大使館.2024-05-08
守護(hù)世界最長高原鐵路隧道.國家鐵路局.2024-05-08
新關(guān)角隧道貫通.中國政府網(wǎng).2024-05-08
世界最長高原鐵路新關(guān)角隧道貫通 預(yù)計年底正式運行.新浪財經(jīng).2024-05-08
青藏鐵路新關(guān)角隧道.中國土木工程學(xué)會.2024-05-08
403 Forbidden.黨建網(wǎng).2024-05-08
405.中國科普博覽.2024-05-08
青藏鐵路新關(guān)角隧道最新消息:全線貫通 破解多項難題.閩南網(wǎng).2024-05-08
Sina Visitor System.新浪微博.2024-05-08