关山隧道：2300昼夜攻克高地应力世界级难题

 2015年8月6日上午10时38分，随着一声轰隆的爆破声响彻在甘肃华亭与张家川交界的深山峡谷中，全长15.634公里的关山隧道顺利贯通。这座天平铁路全线控制性工程于2009年4月开工，历时76个月、2300个昼夜的鏖战。隧道历经北秦岭褶皱带、六盘山褶皱带、鄂尔多斯地台三个大地构造单元，穿越高地应力区的硬质闪长岩地层，遇到了高地应力硬质碎裂岩结构性大变形这一世界罕见的工程地质难题。滑坡、错落、泥石流、崩塌、顺层、有害气体、放射性等不良地质现象时常发生，2012年遭遇的高地应力大变形更让施工一度陷入僵局。经与国内知名专家、学者及科研单位联合攻关，建设者最终攻克了这一世界级难题，成果被收录到《高速铁路建设典型工程案例——隧道工程》一书中。

一、基本概况与工程数据

关山隧道位于甘肃省华亭县与张家川回族自治县交界处，是天水至平凉铁路全线的控制性工程。以下是该隧道的主要技术参数：

天平铁路新建正线长度98.9公里，全线桥隧总长为78.004公里，桥隧比高达68.14%。关山隧道是目前在建的铁路单线第二长隧，位于六盘山深处，沿途山险林密、道路崎岖、雨雪充沛、人烟稀少，施工和生活环境极为恶劣。

二、建设历程：六年攻坚的“技术长征”

关山隧道于2009年4月开工建设。隧道历经北秦岭褶皱带、六盘山褶皱带、鄂尔多斯地台三个大地构造单元，多种构造交叉穿织、复合叠置，褶曲、断裂较为发育。受多种区域构造复合穿插作用的影响，沿线途经地区断层较发育，岩浆侵入面积亦广。特殊岩土主要为湿陷性黄土、膨胀岩土和软弱地基三大类。

2012年，隧道遭遇高地应力这一世界罕见的施工难题。在地应力高达31.35兆帕的环境下，硬质碎裂岩地层发生了结构性大变形，隧道支护结构屡遭破坏，施工一度陷入僵局。中铁十九局集团天平铁路关山分指挥长廖寒松介绍，施工中他们遇到高地应力硬岩大变形这个隧道施工的世界性难题，经与国内知名专家、学者及科研单位联合攻关，严格按照标准化施工，加强地质超前预报、地质围岩量测。在施工中遇到不良地段，采取“岩变我变”的策略，严格把控安全步距，坚持强支护、仰拱紧跟等一系列有效措施。

经过两年多的努力，终于攻克此难题。相比计划工期，关山隧道缩短了约10个月。该成果已被收录到《高速铁路建设典型工程案例——隧道工程》一书中。

三、攻坚难点：高地应力硬质碎裂岩结构性大变形的世界级挑战

关山隧道的地质条件之复杂堪称世界罕见。其面临的挑战集中在三个层面。

在巨大埋深与极高地应力方面，隧道最大埋深831米，最大地应力实测值高达31.35兆帕，处于高地应力与极高地应力范围，DK74+410—DK77+740段在高地应力环境下发生了硬质闪长岩挤压大变形和松弛性塌方。在地层高强度和构造高复杂方面，隧道地层岩性主要为闪长岩，岩石单轴抗压强度UCS=82兆帕，属于硬质岩体。但受北秦岭褶皱带、六盘山褶皱带和鄂尔多斯地台三个大地构造单元的复合叠置作用影响，岩体内部节理裂隙极为发育，构造破碎严重。在水文地质复杂方面，隧道区地下水含量丰富，主要有第四系孔隙水、浅表风化裂隙水、深层基岩裂隙水及构造裂隙水，施工过程中渗水量大，增加了施工难度。

在技术突围上，建设者通过长期地质预报和围岩量测提前掌握前方地质状况，针对不同区段、不同变形特征动态调整支护参数，采用强支护体系控制围岩变形，并确保仰拱及时跟进施作，形成稳固的承载环。隧道设计断面小、斜井长、坡度大、单口掘进超过5公里，通风、排烟、排水、供养极为困难。

四、技术创新与行业贡献

关山隧道的建设成果被收录到《高速铁路建设典型工程案例——隧道工程》一书中，书中收录的十篇案例分别涉及软岩大变形隧道、第三系未成岩含水砂层隧道、非煤系瓦斯隧道、富水断层隧道、硬质碎裂岩隧道、复杂岩溶隧道等。关山隧道作为高地应力硬质碎裂岩隧道的代表，其成功建设经验为我国在高地应力硬脆性岩体中修建长大隧道提供了宝贵的理论依据和实践经验。

中铁十九局作为《深长隧道多源地质信息融合方法与突涌水动态调控关键技术及应用》创新团队的一员，历经十余年科研攻关与工程实践，相关研究成果获得岩石力学与工程行业科学技术进步特等奖。李守刚带领技术团队迎难而上，攻克了高地应力硬质碎裂岩结构性大变形技术难题，并总结出了控制技术。

五、交通便利性与区域意义

天平铁路向北延伸可与太中银和西平铁路连接，向南延伸可与兰渝铁路相通，在我国铁路网中起着重要的联络作用。天平铁路建成后，为陇东地区煤炭资源的开发和利用打开了新的战略通道，对于实施国家西部大开发战略、促进甘肃从资源优势向经济优势转化、拉动区域经济发展具有十分重要的意义。