第十章 勘测设计，克敌尖兵

 

　　第七节 隧道分部开挖留下的铁路文化遗产

 

　　一、隧道的分部开挖

　　成昆铁路作为半个世纪之前的一条国家Ⅰ级铁路干线，战胜了无数地形、地质难题，被联合国誉为人类二十世纪战胜自然的代表性伟大工程。

　　鲜为人知的是，隧道分部开挖，还为世界铁路建筑史上留下了一批重要铁路文化遗产。

　　笔者与许多年轻朋友谈到成昆铁路时，他们对成昆铁路普遍有着不少神秘感。比如，隧道数量很大，当年你们是怎么打通隧道的?怎么不用盾构施工?等等。

　　当年的隧道施工主要是采用分部开挖的施工方法。

　　成昆铁路是单线，隧道有七米左右高，五、六米宽。开挖时还得在周边增加个一米左右，还要打拱顶、砌边墙、筑仰拱。

　　成昆铁路的轨距是1435毫米。这个尺寸来源于古代马车两个车轮之间的距离。业内通常把1435毫米定为标准轨距，1520毫米以上的轨距是宽轨，1067毫米以下的轨距算作窄轨。因此，铁道兵有“1435部队”的别称。

　　隧道分部开挖，这是由地形、地质条件与当年生产力水平决定的;也是地质断裂带、采用人工为主机械为辅作业所采用的铁路隧道施工工艺，是不可复制的重要文化遗产。

　　成昆铁路有427座隧道，施工非常困难，没有专用隧道施工机械，绝大部分隧道采用以人力劳动与通用钻岩机(风枪、出碴斗车等)相结合，进行分部开挖。

　　隧道施工分部开挖的首要条件，就是先铺设“三管两路”。

　　“三管两路”是保证多工种多工班互相配合循环作业的重要环节。

　　高压风管。高压风是风动机械(具)的动力。通过高压风管送风，保证风动机械正常运转。

　　水管。主要是隧道施工用水管，供风枪注水、机械降温等;有时还要安装排水管，用来排除废水与地下涌水。

　　通风管。隧道里需要通风。机械通风是使用通风机械、输风管路组成通风系统。分为压入式、吸出式、混合式和巷道式四种。

　　电路。照明和机械动力有不同的电压，电的线路应有总体布置，以避免线路紊乱及保证安全。

　　运输线路。即铺设窄轨，用于出碴及进料的运输。运输线路分洞内、洞外两部分。洞内轨道的布置，对于行车调度、车辆周转、出碴进料影响较大，应合理选择单车道或双车道。洞外轨道布置，包括弃碴线、会车线及专用线。专用线很多：如砂、石料场，木、钢料堆放场，水泥库，拌台站，木工棚，车辆修理停放场，充电房等专用线。需建立严密的运输管理制度，分工明确，职责严明。各横通道口、列车编组站，会让站等处，设信号灯、电铃、电话，均由洞口调度台统一指挥。调度台在保证重点照顾一般的前提下，对机车、车辆实施正确的调度，使运输工作紧张而有秩序地进行。

　　“三管两路”是隧道施工的必要条件，但是，铺设“三管两路”十分困难，因为好多隧道在高山峡谷，桥梁与隧道相连，有的洞口几乎没有可布置“三管两路”的空间。

　　隧道施工，包括开挖与衬砌两大部分。开挖，就是打眼放炮的掘进施工。衬砌主要包括拱圈、边墙及铺底(或仰拱)，并与洞门、避人(车)洞、水沟及电缆槽等共组成为隧道衬砌的整体，是防止抵抗山体压力的主要受力结构。在施工中，衬砌的工序被融合到分部开挖中去了。

　　隧道分部掘进，就是将隧道分成几个部分，挖一部分，支撑一部分防止坍塌，按设计好的顺序，一部分一部分地挖。

　　一般分为七步：

　　一、开挖下导坑(1);二、开挖上导坑(2)，通常在下导坑领先二十米后进行;三、在上导坑开挖拱部扩大到设计尺寸(3);四、衬砌拱圈(四);五、开挖中层(5)，中层是上、下导坑间约一米左右厚的夹层;六、开挖马口，是边墙衬砌的第一步(6);七、衬砌边墙及铺底等。

 

 

　　(上下导坑施工步骤示意图·选自《铁道施工教材》)
 

　　在谈到隧道施工的方法时，有年轻的同志常问，有没有一次性开挖成洞的?像当前使用盾构设备修建地下隧道。

　　成昆铁路期间，曾有少部分隧道采用了全断面开挖的先进技术。会战开始后，从发达国家引进了钻孔台车。有两种类型：一是液压钻臂式凿岩台车，是日本的，配备15台重型导轨式凿岩机;另一类是瑞典的梯架式凿岩台车，在梯架上安置了19台轻型高频凿岩机。此外，还设计制造了全断面梯架式电钻台车，配备15台1.7千瓦冲击回转式岩石电钻。上述两类凿岩台车共计10台，先后在15座隧道(口)使用。它要求地质条件好，像花岗岩一样的石头，不用支撑、打拱、砌边墙，只要喷点水泥，或打些金属锚杆就行。这叫全断面掘进、整体开挖，一次成洞。

　　成昆铁路有427座隧道，用钻孔台车全断面开挖的有10座，只占隧道总数的2.34﹪。其余的417座隧道就全部是分部开挖。采用全断面一次性整体开挖，岩石硬度必须达到需求。成昆铁路大部分隧道处于f=1～4的地层中，只有f=5，才可以用整体开挖法。

　　成昆铁路隧道施工为啥不用盾构机，原因是复杂的。

　　盾构机，全名叫盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械。盾构的施工法是掘进机在掘进的同时构建(铺设)隧道之“盾”(指支撑性管片)。

　　盾构机问世至今已有近100多年的历史，其始于英国，发展于日本、德国。盾构机的基本工作原理，就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线，边向前推进，边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。进入数子化时代后，现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术。

　　用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响、不影响地面交通等特点。在长隧道、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。

　　1964年成昆铁路大会战开始后，我国铁路专家引进隧道机械设备时，曾作过分析：盾构机属“切削式”，钻孔台车属“钻爆式”。综合分析，钻孔台车与我国普遍采用的“分部开挖”同属“钻爆式”。因此，决定引进钻孔台车。

　　也有好奇者追问：为什么不引进盾构机呢?

　　笔者采访铁路专家得知，盾构机除了价格高之外，主要特点是机械体量大，总长度60余米，重400吨以上，配套技术复杂，要求施工场地条件宽畅，适应8公里以上、曲线半径大的隧道。大会战期间，最长隧道只有6公里，全线共有曲线1047处。除了经济实力与技术配套不行外，更主要的是，昆铁路隧道的实际情况，不具备使用盾构的条件。

　　2007年7月，我国开始以控股方式拥有了世界上先进的全系列隧道盾构机的核心技术和知名品牌。2015年11月研发的中国国产首台铁路大直径盾构机在长沙下线，打破了国外近一个世纪的技术垄断，将加速中国快速城市化和大铁路网建设的步伐。

　　目前，正在修建的成昆铁路复线，在设计上，线路采取了裁弯取直，曲线最小半径从400米左右改为最小半径2000米，最长隧道21.775公里。但成昆复线却依然不采用盾构，地形、地质条件十分复杂仍是主要原因。隧道常遇不良地质，分部开挖成为必然的选择。

　　分部开挖有好几种形式。采取哪一种形式开挖，要根据地质条件、隧道长度、工期要求、机械设备及施工单位的施工经验来确定的。

　　单线隧道常用的有：上导坑先拱后墙、上下导坑先拱后墙、漏斗棚架先墙后拱法，还有蘑菇形开挖法、正台阶法、反台阶法、明挖法。

　　双线隧道施工方法则用侧壁导坑法及品字形导坑法两种。

　　二、417座分部开挖的隧道成为世界铁路建筑的宝贵遗产分部开挖，是成昆铁路隧道最主要的施工方法。

　　成昆铁路427座隧道中，只有10座采用了全断面一次开挖法，占隧道总数的2.34%。其余的全部采用分部开挖法。分部开挖采用的施工形式又分别为：上下导坑法266座，占总座数的62.3% ;上导坑法61座，占总座数的14.29% ;下导坑漏斗棚架法33座，占总座数的7.73% ;蘑菇形开挖法25座，占5.85%;正台阶法10座，占2.34%;反台阶法6座，占1.41%;品字形导坑法3座，占0.70%;侧壁导坑法1座，占0.23%;明挖法12座，占2.81%。

　　成昆铁路以上下导坑法、漏斗棚架法为主，这两类方法共约占70﹪。此法多用于f=1～4的地层中。若f=5，就表明地层岩质坚固，就可以用整体开挖了。

　　上下导坑法先拱后墙最为普遍。它将隧道分为上、中、下三个部分。先挖下导坑，爆破后石碴用斗车运到洞外倒弃;当下导坑前进了20米以上，再挖上导坑，出碴方法是在中层开孔，石碴从孔中溜到下导坑用斗车倒弃;中间一层留到最后爆破出碴。

　　具体采用哪种方法，一般是在施工前，根据地质条件、隧道长度、工期要求、机械设备及施工单位的施工经验等因素来确定，尤为重视地质条件的影响。

　　而每一种形式又因地制宜采取不同的步骤。以上下导坑法为例，有七个施工步骤。一、开挖下导坑;二、开挖上导坑;三、在上导坑拱部扩大;四、衬砌拱圈;五、开挖中层;六、开挖马口;七、衬砌边墙及铺底等。若是遇到漏水、涌水、流砂、塌方等情况，还得采取更多的特殊步骤。

　　铁道兵战士杨春林在回忆文章中，谈到了分部开挖中的先拱后墙的情况：

　　“我们连担任渔洞隧道施工。上班的第一天，我穿上了作业服，其实就是卸掉了红领章的旧军装。再戴上安全藤帽，蹬上长筒橡胶套鞋，由老兵带队，沿着下导坑向工作面进发。

　　“隧道的两边墙上有临时拉起的36伏安全电压的照明灯。走过一段泥泞而又昏暗的路段，经攀登脚手架后，上到了上导坑，上面有一个小平台。班长说，任务是上导坑扩大部分筑拱。小平台其实就是施工的工作面。工作面上的穹顶，断岩对峙，乱石悬空，就像张牙舞爪的怪兽。木工班将拱顶的模板钉好后，由我们来灌拱。工作面上摊了一块厚厚的钢板。老兵们，有的用铁锹往钢板上铲碎石，砂子，有的往钢板上倒水泥，然后再用铁锹进行搅拌，这是需要强体力付出的。

　　“班长告诉我，搅拌混凝土是按三干三湿操作法进行。三干，就是先把按比例倒好的碎石、砂子和水泥，在没注水之前，先用铁锹从左至右，来回进行三次搅拌。三湿，就是在按比例注入水后，再次，或从左至右，来回进行三次搅拌。这样搅拌好的混凝土，用铁锹直接甩上穹顶模板内。

　　“班长只分配我作原料的准备工作。几个小时很快过去了，中间没有间隙停顿。班长宣布下班时，老兵们被汗水夹杂着泥水洗刷的脸庞上，露出了丝丝胜利的笑容。这时，我才觉得脚下湿漉漉的。我脱下长筒套鞋，往地面倒出了半套鞋的汗水。”

 

 

　　(上导坑筑拱施工，人工搅拌混凝土·选自《万水千山只等闲画册》)

 

　　在分部开挖中，充分利用了全线隧道多数沿河傍山这一有利因素，在118座隧道中设计了横洞218个。横洞主要起长隧短打的作用，并减少出碴和进料的运距，有一定的排水作用，并创造了利用自然通风条件。

　　分部开挖，施工难度大，塌方危险性高。据统计，在成昆线上，牺牲的铁道兵就超过1270人，加上铁道部第二工程局牺牲的约1300余人，平均每公里的铁路就有三位牺牲者，其中隧道施工中的牺牲比例是最高的。

　　成昆铁路隧道修建的速度是比较快的。1965年在施工准备、重点施工阶段，全线从1月份成洞0.32公里到12月份增加到成洞7公里。一方面施工口由10个增加到132个;另一方面运用新技术组织快速施工，单日的月成洞进度也由平均32米增加到平均53米。1966年全面施工后，施工口由180个增加到250个，平均单口月成洞最高达67米。全线的月成洞都在10公里以上，最高曾达13.06公里，全线年成洞133.6公里。与1965年比较，不但成洞数增加三、四倍，每米使用劳动工天和造价都下降了，工程质量有所提高。

　　全线隧道的平均单口月成洞，从宝成线的15.2米、贵昆线的20.3米，提高到33.7米。

　　实践证明：攻克隧道难关，不是工程量与劳动力不足的矛盾，而是我们对不良地质的认知不足的矛盾。只有加强科研、认识它、掌握它，才能用科学的办法制服它。忘我的劳动与不怕苦、不怕死精神，只有在科学的、先进技术的指导下才能发挥正效能。在科学方法指导下的不怕苦不怕死的情神，叫勇敢;不符合规律的不怕苦不怕死行为，叫鲁莽。勇敢与鲁莽的结果都有两种可能，前者胜算的几率七成以上，后者失败的几率是七成以上。

　　如果将成昆铁路隧道分部开挖法的九种形式的各个不同施工步骤全部总结出来，无疑就是一部隧道分部开挖的大词典。

　　这些用分部开挖方法建筑的417座隧道，已经或正在成为不可复制的铁路建筑遗产。

　　三、隧道的复杂多样，倾倒外国专家

　　2013年9月的一天，成都晴空万里，略显闷热。在双流国际机场的出口处，一位国外学者打扮的女士在多人的簇拥下乘车匆匆离去。

　　在成都市中心的北面，有一个占地500亩左右的万贯五金机电城，这里的主人——万贯(集团)实业有限公司的董事长陈清华，原是铁道兵第八师40团的战士。陈清华复员退伍后事业有成，他感激“劳动光荣、艰苦光荣、当铁道兵光荣”的军营给他人生道路铸定了前进方向。

　　成都与成昆铁路大会战结下不解之缘，不仅成昆铁路的勘测设计者——铁道部第二勘测设计院驻地在成都，而且成昆铁路大会战的主力之一，铁道部第二工程局的驻地也在成都，同时成昆铁路大会战的指挥机关——铁道兵西南指挥部也在成都。指挥部的老干部至今还安居在指挥部旧址、马家花园的军队干休所安度晚年。

　　为了延续铁道兵战斗情谊，发扬铁道兵的光荣传统，传承铁道兵的革命精神，陈清华从他的万贯五金机电城的中心楼盘中，拿出两间办公室，约200平方米面积，作为“铁道兵成都战友之家”。这位外国学者直奔万贯五金机电城，就是为“铁道兵成都战友之家”而来。

　　学者名叫Jamie Monson，她的中国名字叫孟洁敏，1956年出生于加利福尼亚，是美国明尼苏达州的麦卡利斯特大学历史系的教授，也是世界铁路史研究专家，曾著有关于非洲坦赞铁路的《非洲自由之路》一书。

　　这位美国教授对成昆铁路地质地貌的复杂和施工的艰巨充满了敬畏。经过她的中国朋友介绍，得知在成都有一群参加过修建成昆铁路的铁道兵战士，并组成了战友联谊会。2012年7月她千方百计找到了电话，联系上了执行会长沈绍国，表达了想来成都见一见修建这条著名铁路的英雄们。成都的战友请示了政府有关部门后，同意接待这位外国友人。29日，Jamie Monson教授一行如约来到了“铁道兵成都战友之家”。她们一走进大门，就看到大厅正面有一个成昆铁路的局部模型沙盘，女教授十分兴奋的围着沙盘走了好几圈，用摄像机把成昆铁路模型沙盘记录下来。沈会长开动了沙盘上的电动列车模型，只见内燃机车拉着客、货列车模型，鸣着汽笛沿着轨道，在桥梁和隧道上下旋转运行。她还认真听了沈绍国讲解了参加成昆铁路建设的亲身经历，以及他和战友李锦田设计制作铁路沙盘模型的经过。

　　教授惊叹地说：成昆铁路太伟大了!沿线山高谷深，川大流急，地质复杂，气候多变，凿穿大山数百座，光隧道就有427座，长336.8公里，为线路总长的31.1﹪。这一条千里铁路难度空前，工程巨大，史上罕见，世界第一!

　　成昆铁路隧道的形态也丰富多彩：

　　长隧道较多，两公里以上的隧道共34座，延长96.725公里，占隧道总长的28.4%——为避免复杂地形、地质;全线有独立明洞11座，洞口接长明洞的隧道277座，占隧道总座数的65%——为防止傍山浅埋、江河冲刷、悬崖峭壁和落石坠块。

 

 

　　(桥隧相连的隧道群·选自《成昆铁路·6·画册》)

 

　　车站内和道岔区的双线隧道和喇叭口隧道共有21座，总长4135米——为克服地形狭窄、设站困难。

　　这次，美国的孟教授带领她的中国留学生、博士生们再次造访了铁道兵成都战友联谊会的“战友之家”，送来她撰写出版的反映坦赞铁路的《非洲自由之路》，还送来从美国购买的机车模型。

　　美国孟教授说：“我去过世界上很多国家，看见过不少各式各样的铁路沙盘，我乘坐火车走完了成昆铁路全程，也采访了成昆铁路的部分路段，对成昆铁路，尤其是隧道工程十分佩服。

　　为了表达对成昆铁路与中国铁路建设者们的崇敬之情，美国的孟教授将专门在美国市场上选购到一组黄色的列车模型，亲手将它安装在成昆铁路的沙盘上。

　　她说：“我要向全世界宣传成昆铁路，也应该为宣传这项伟大工程的沙盘做点贡献”。

 

 

　　(成都战友联谊会里陈列的成昆铁路沙盘·罗忠碧摄)
 

　　(未完待续)
 

 

　　作者简介
 

　　作者，洪承惠，1944年7月出生。1962年入伍。铁道兵一师历任战士、班长、干事，参加成昆铁路大会战。1978年转业。历任科员、镇长、街道办主任等职。2004年8月退休后，立志全力写好《成昆铁路大会战》。

 

 

 

 

首发：铁道兵文化网


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编辑：向日葵