30000座隧道的诞生!

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分类:时事

30000座隧道的诞生!

长隧道乃至特长隧道的出现,让原本弯弯绕绕的山路 得以“拉直”。人们不再需要大量盘山、展线,而是直接从山脚一洞贯穿。以青藏铁路为例 1970年代为了翻越关角山,列车需要先通过展线爬升600米,才能通过4200米的老关角隧道,再盘山而下 用时需要2小时。2014年,一条全长32千米的特长隧道 贯通关角山列车仅需20分钟便可以穿越并且避开了暴风雪等恶劣天气。而当我们放眼全中国,你可能更是无法想象 在960万平方千米的大地之下超过35000座、总长约37000km ,接近赤道长度的隧道 正在日夜通行。

 

 

30000座隧道的诞生!(上)

↑一群国家地理控,专注于探索极致世界

30000座隧道的诞生!(上)

 

当我们站在秦岭

7座超过10km的隧道

在我们脚下

贯穿群山

 

其中

最长的公路隧道长达18km

如果以70km/h的限速行驶

需要在地下穿行15分钟才能通过

(请横屏观看,三座隧道组成的秦岭隧道群,摄影师@魏炜)

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当我们站在贵州

超过1400座隧道

在我们脚下

几乎将贵州全省打穿

 

其中

从贵州通往广州的贵广高铁

857km的里程中

有一半以上都在地下穿行

这已经不是一条传统认知中的铁路

分明是一条跨省“地铁”

(贵广高铁沿线隧道,摄影师@刘慎库)

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而当我们放眼全中国

你可能更是无法想象

在960万平方千米的大地之下

超过35000座、总长约37000km

接近赤道长度的隧道

正在日夜通行

为南来北往、东西穿梭的客货洪流

构建起一个极为便捷的超级通道网

 

而且

这些隧道的绝大部分

都集中建成于

改革开放后的短短40多年

目前总里程高居世界第一

(本文仅讨论山区中的铁路和公路隧道,未涉及城市隧道和水下隧道。下图为全国公路隧道分布热力图,港澳台数据暂缺,制图@陈志浩&王申雯/星球研究所)

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从黄土高原

到太行山区

(京原线上的货运列车正在通过十渡二号隧道,摄影师@王伟光)

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从青藏高原

到天山山脉

(请横屏观看,独库公路哈希勒根隧道,摄影师@沈龙泉)

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隧道

正在改变着

这个山峦遍布的国家

 

中国人

究竟是如何挖穿

这一条条山岭的?

 

01

隧道的诞生

 

中国的隧道

样式多种多样

 

它们或傍山而过

上方构筑顶棚

形成“明洞”

(棚洞是一种特殊的隧道,下图为成昆铁路沿线的棚洞,摄影师@张普超)

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或挂于峭壁

每隔一段开出“天窗”

形成挂壁公路

(南太行郭亮挂壁公路,摄影师@石耀臣)

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或顺着山坡盘旋

时而隐没,钻入山中

时而出露

形成天梯一般的盘山道

(请横屏观看,河南焦作云台山叠彩洞隧道,考眼力:图中有多少个隧道洞口?摄影师@沈龙泉)

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但是更多时候

它们都隐伏于山体之中

只露出窄窄的出入口

洞门

 

一般的洞门

墙体直立、造型粗犷

(一堵直立的墙体便是洞门,称为端墙式洞门,也是最常见的洞门,下图为成昆铁路沿线隧道,摄影师@李昌华)

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“豪华”的洞门

则在两侧增设立柱

形成柱式洞门

美观且稳定性更强

(八达岭隧道口的柱式洞门,摄影师@赵斌)

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与环境融合最好的则是

削竹式洞门

好似一段竹竿

被沿着山坡顺势切削

造型干净利落

(新疆赛里木湖公路隧道,摄影师@沈龙泉)

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还有一种更为特别的造型

它们分布在高铁隧道的洞口

呈向外敞开的喇叭口状

 

当列车高速通过时

被推挤的气流会产生强烈的冲击压

会引发噪声、造成乘客身体不适等问题

而喇叭口状洞门

则可以起到缓冲作用

(穿越太行山的高铁隧道,摄影师@田卓然)

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当我们经由洞门

进入隧道内部时

则是畅通无阻的通道

 

无论它是漆黑一片

(列车穿越铁路隧道,摄影师@李昌华)

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抑或灯火通明

(汽车穿越公路隧道,摄影师@沈噌噌)

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这些隧道畅通的背后

实则经历了数次“变身”

 

首先

人们通过凿孔爆破和挖掘

掏空山体

凿出一条通道

 

拥有数条“手臂”的凿岩台车

如“三头六臂”般在洞内钻凿孔眼

以便安放炸药

(爆破施工是目前山岭隧道中应用最广、也是最成熟的方式,下图为拥有3条钻臂的凿岩台车,位于郑万高铁的罗家山隧道,图片来源@视觉中国)

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精密控制的“爆破”

可以按照预设的轮廓炸开岩体

炸后的岩壁可谓是相当平整

(爆破后平整的岩壁,其中炮痕即为预先设计的隧道轮廓,摄影师@李锦勇)

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爆破开挖之后

岩体出现空洞

地层容易进入不稳定状态

随时可能垮塌

于是第二次变身立即开启

安全支护

 

在过去

人们使用木材或者钢材

直接支撑起挖空的隧道

后来发明了巧妙的新工艺

 

工人们先在隧道岩体中打入锚杆

再布设一圈钢筋网

最后喷射一层混凝土

这样便可以控制四周岩体的变形

从而起到支护作用

(这种隧道施工办法由奥地利学者拉布塞维奇首次提出,后来被国际土力学会议正式命名为新奥地利隧道修建方法,简称新奥法。下图为隧道内的工人正在喷射混凝土,图片来源@视觉中国)

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1970年代

这种方法开始传入中国

并在中国隧道建设中广泛使用

(请横屏观看,白罗山隧道中的梯架式凿岩台车,考眼力:图中有几位工人?摄影师@牛荣健)

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当然

除了稳定岩石结构

隧道内还需要布设一道隔水层

用于防水

(银百高速庆阳段宁县隧道内的隔水层,摄影师@靳晰)

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最后

第三次变身登场

人们在隧道内架起一座“模板车”

再在壁面与“模板车”之间灌注混凝土

有如在模具中浇铸金属一般

加固支护的同时

还能保证壁面整齐平顺

这便是“二次衬砌”

(郑万高铁罗家山隧道中的模板台车和已经完成二次衬砌的平整隧道,图片来源@视觉中国)

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再辅以通风和照明等必要设施

一座完整的隧道

才得以诞生

(牡佳客专七星峰隧道贯通后的庆祝仪式,摄影师@王利)

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隧道

连通起大山两侧的世界

促进了彼此的沟通和交流

 

以1950年代修建的宝成铁路为例

北接陕西宝鸡,南连天府成都

是沟通西北与西南的第一条铁路干线

全线80%都是崇山峻岭

借着304座隧道

这条铁路通道才得以穿越秦岭山区

改变了蜀道难的局面

(宝成铁路上的客车正在驶出隧道,摄影师@武嘉旭)

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但是

受限于当时的技术水平

宝成铁路沿线的隧道长度大都小于1000米

最长的隧道也不过2300米

一座接一座的短小隧道组成了壮观的隧道群

而列车只能在隧道与展线组成的

“盘山铁路”上缓慢爬升

运行速度和运输效率都远远不够

(列车为了爬升预定高程,常通过延长线路以实现缓慢爬坡的目的,这样的铁路便称为“展线”。下图为宝成铁路沿线观音山附近的隧道示意,请横屏观看,制图@陈志浩/星球研究所)

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所以

我们需要更长

甚至超长的隧道

 

02

长、更长、超长

1950年代

当时中国最长的铁路隧道是

凉风垭隧道

全长4270米

(渝黔铁路中段的凉风垭隧道,位于贵州省桐梓县,摄影师@张普超)

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到了1960年代

驿马岭隧道突破7000米

 

1988年

14295米的大瑶山隧道正式通车

成为中国第一条超过万米的铁路隧道

而且曾是

最长的已建成双线电气化隧道

(驿马岭隧道位于北京至原平的铁路线上,大瑶山隧道位于京广铁路衡阳至广州段,摄影师@管俊鸿)

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进入新世纪

乌鞘岭隧道的长度

直接突破20000米

(下图为乌鞘岭隧道,全长20050米,位于兰州至武威的铁路上,兰武铁路是中国铁路“八纵八横”中欧亚大陆桥的重要组成部分,是内地通往新疆等西部地区的重要通道,摄影师@张一飞)

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截至2019年

中国铁路隧道达到16084座

总里程超过18041千米

同时单座隧道的长度

已经突破32000米

(根据《铁路隧道设计规范(2016)》,铁路隧道按照长度可以分为:≤500m的隧道为短隧道,500-3000m的隧道为中长隧道,3000-10000m的隧道为长隧道,>10000m的隧道为特长隧道。下图为目前中国已经投入运营的20km以上铁路隧道分布,制图@陈志浩&王申雯/星球研究所)

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而公路隧道

也已经达到19067座

总里程超过18966千米

其中秦岭终南山隧道

长达18020米

是目前最长的公路隧道

(根据《公路工程技术标准(2014)》,公路隧道按照长度可以分为:≤500m的隧道为短隧道,500-1000m的隧道为中长隧道,1000-3000m的隧道为长隧道,>3000m的隧道为特长隧道。下图为秦岭终南山隧道,摄影师@魏炜)

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长隧道乃至特长隧道的出现

让原本弯弯绕绕的山路

得以“拉直”

人们不再需要大量盘山、展线

而是直接从山脚一洞贯穿

 

以青藏铁路为例

1970年代

为了翻越关角山

列车需要先通过展线爬升600米

才能通过4200米的老关角隧道

再盘山而下

用时需要2小时

(请横屏观看,气势恢宏的关角展线,摄影师@王璐)

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2014年

一条全长32千米的特长隧道

贯通关角山

列车仅需20分钟便可以穿越

并且避开了暴风雪等恶劣天气

(请横屏观看,青藏铁路新老关角隧道与展线对比,制图@陈志浩/星球研究所)

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这些长隧道、特长隧道

又是如何修建的呢?

 

一般的隧道

会从两端向中间同时掘进

但对于长隧道

继续采用这样的方式

效率就会变得非常低下

(宜万铁路龙鳞宫隧道内的施工场景,摄影师@文林)

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于是

人们将长隧道分割为若干个短隧道

在多个点位同时施工

这便是“长隧短打

 

例如

在山谷的一侧

寻找距离隧道较近的地表位置

横向开挖一个施工洞

横洞

施工人员及设备

便可以通过横洞进入主洞施工

(长隧道施工中的横洞结构示意,制图@王申雯/星球研究所)

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当隧道的埋深较大时

则可以在隧道上方的地层较薄处

开挖与地面连通的坑道

若坑道沿着侧上方延伸

是为斜井

若坑道沿着竖直方向

则为竖井

(长隧道施工中的竖井结构示意,制图@王申雯/星球研究所)

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有了横洞、斜井、竖井

隧道施工面的数量大大增加

效率也得以快速提高

但是当出现更加复杂的情况

我们还需要一个更加高明的帮手

平行导坑

 

顾名思义

这是一条与主洞平行的先导洞

先于主洞开挖

既可以为主洞提前探路

探明前方的地质情况

还能利用横向通道与主洞连接

每个通道可以增辟两个工作面

极大地加快施工进度

(长隧道施工中的平行导坑结构示意,制图@王申雯/星球研究所)

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在个别情况下

一些平行导坑也会成功“转正”

通过拓宽和砌筑

成为一条真正的隧道

比如连接西安与安康的西康铁路上的

秦岭Ⅱ线隧道

便是由平行导坑“转正”而来

(雀儿山隧道,摄影师@熊可)

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通过以上种种方式

成千上万座长隧道

终于有了建设的可能

 

但是

中国的地质条件如此多样

地下工作环境又极为复杂

隧道建设者们必须想尽办法

破除前方的一切障碍

 

(未完待续,点击主页阅读后文)

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