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冒毒氣危險,拓天塹為通途

發布時間:2019-06-10 作者:通訊員 曹正 殷舒琪 王淇 來源:中國教育報

  臨滄境內,無量山脈,一條世界罕見的含8種毒氣的萬米地下在建隧道——紅豆山隧道正在神速而艱難的向前推進。紅豆山隧道的順利貫通,對“一帶一路”經貿合作與友好往來起到關鍵性的促進作用。在這場攻堅戰中,來自西南石油大學的蘇培東教授的科研團隊克服重重困難,誓將天塹變通途,為隧道安全施工做出了巨大貢獻。

   在云南臨滄境內,無量山脈深處,富饒美麗。大多數人知道無量山,是緣于金庸的武俠小說《天龍八部》主人公段譽隨普洱茶商馬五德來到無量山,并在此練成了神奇極致的“凌波微步”。

可就是在這絕美之地,讓人沒有想到的是有一條世界罕見的含8種毒氣的萬米地下在建隧道——紅豆山隧道正在神速而艱難地向前推進。

紅豆山隧道是大臨鐵路的核心,而大臨鐵路又是通往緬甸的唯一一條中緬國際大通道,因此紅豆山隧道屬中緬國際大通道的控制性工程。紅豆山隧道的順利貫通,對“一帶一路”經貿合作與友好往來起到關鍵性的促進作用。

隧道于2016年開工,預計2020年貫通。待大臨鐵路通車營運后,坐火車通過紅豆山隧道只需要4分鐘。殊不知,這4分鐘的行程,卻需要數千名建設者夜以繼日地工作4年多才能實現,因其建設難度巨大被譽為全線“最難打的隧道”。

在這場攻堅戰中,來自西南石油大學的蘇培東教授的科研團隊克服重重困難,誓將天塹變通途,為隧道安全施工做出了巨大貢獻。

    致命毒氣成阻礙

這些有毒氣體像是困在一個個氣球中,隱藏在無量山脈的巖層里,一旦施工中戳破了這些有毒氣球,毒氣就會爆發出來,對施工人員造成生命威脅。

作為西南石油大學地質工程與地質災害防治研究所所長,蘇培東教授最早接觸到隧道工程有毒有害氣體預測預報,是在1997年。“石油和天然氣在油氣勘探開發的過程中是資源,是好東西;但如果出現在隧道工程中,很容易引發隧道工程次生災害。我就以此作為方向,開始了長達10年的潛心研究,并形成一系列的科研成果。”

2007年,蘭渝鐵路的建設遇到了穿越紅層地區的難題。為了避免建設悲劇重現,建設方主動找到了蘇培東。碰巧,蘇培東10年的研究成果——非煤系地層高瓦斯隧道的成因,評價方法和計算模型恰好可以運用到這項工程中。事實也證明,蘇培東的研究成果在多條隧道的施工生產中取得了不錯的成效。

蘇培東帶領著團隊在該領域一鳴驚人。工程建設方面臨類似棘手的問題,第一個想到的就是蘇培東。

千百年來,莽莽無量山的傳說從來就沒有少過,唯獨這山沒有路。就在數千名建設者為打通無量山的交通命脈奮戰的時候,讓大家沒有想到的是由于無量山脈內部地質條件極其特殊,富集了硫化氫、一氧化碳、二氧化碳等8種有毒有害氣體,堪稱世界罕見。

這些有毒氣體像是困在一個個氣球中,隱藏在無量山脈的巖層里,一旦施工中戳破了這些有毒氣球,毒氣就會爆發出來,對施工人員造成生命威脅。“致命毒氣球”的潛伏,高溫、涌水、突泥等多種險情伴隨著整個施工過程,一直讓人神經緊繃不敢懈怠。

2017年,剛進場一年的施工團隊,因為對隧道內有毒氣體研判不足,處理經驗不足,導致紅豆山隧道發生了一次氣體爆突事故。隨后,三分之二的員工申請撤離工地,項目隨即陷入了停滯。

面對如此困難的處境,地質專家給出的鑒定報告是:沒有任何現成經驗可以借鑒。

此時,施工團隊想到了蘇培東。“蘇教授的團隊既有健全的理論依據,又有豐富實踐經驗,在業內也有很大的知名度和認可度。我們相信他。”建設方中鐵十局大臨鐵路項目部經理趙宇說。

面對這一世界難題,蘇培東教授并沒有因此而退縮,第一時間受邀擔任專家組的負責人。

    艱難挺進“紅豆山”

    設備不僅可以同時測出8種氣體,還可以根據隧道的具體情況來不斷調試設備的靈敏度、量程、氣體類型等各方面的數據,經過數據傳輸和評測后,就能實時接收到信息。

經過勘測,紅豆山隧道有毒有害氣體極高度危險區域達到5764米,占隧道總長的70%以上。

“隧道施工遇非煤系有害氣體的事例在國外也比較罕見,目前未能查閱到相關論證資料,因此與同標段的其他隧道相比,其難度更上了一個層級。”施工技術人員李冬冬說。

如何有效避免或減少非煤系有害氣體對隧道工程施工的影響,這成為蘇培東和團隊需要解決的第一個難題。

“紅豆山隧道罕見的地質環境條件加上氣體成分的復雜多變,已超出目前地質勘查技術的認知水平,無直接的文獻作為參考依據,其防治措施仍處于研究摸索階段。這就意味著,我們無法從過去的經驗技術中獲得更多幫助。”趙宇說。

沒有路子可尋,沒有經驗可找,在未知中探索,在黑暗中前行。蘇培東團隊的每一步都極為艱難,勇敢大步向前的同時更小心翼翼地摸著石頭過河。

團隊經過勘探發現,隧道內8種有毒有害氣體復雜多樣,形成機制難以把握。“在實際監測中,我們發現即使同樣一種氣體,在隧道的不同階段、不同地層中隨機分布,毫無規律可循。更何況隧道里有8種有害氣體,它們更易于組合成新的毒害氣體。”蘇培東表示,這給毒氣的監測帶來了極大的挑戰。

以往的老設備只能檢測一種氣體,而且檢測結果的濃度不準,精度不高,容易造成誤判。

“除去檢測效率低下的問題,設備笨重也給施工帶來一定的麻煩,每次檢測都需要帶上不同的儀器穿過狹長而逼仄的隧道,光是攜帶設備已經很費事,更別說還要在復雜地形中進行長時間的實地檢測。”在紅豆山隧道工程中堅守了一年的西南石油大學研三學生陳浩棟回憶說。

為了解決這個難題,蘇培東帶領團隊歷經半年之久,自主研發和制作一套新的設備,解決了監測難題。

“過去只能8個設備一起上陣,現在一套設備就夠了。”陳浩棟介紹,新設備不僅可以同時測出8種氣體,還可以根據隧道的具體情況來不斷調試設備的靈敏度、量程、氣體類型等各方面的數據,經過數據傳輸和評測后,就能實時接收到信息,極大縮減了評測時間,對整個工程的高效率完成起到了關鍵性的作用。

在此基礎上,團隊在隧道非煤系有害氣體區段施工關鍵技術開展科技研究,取得了創新性突破,可對有害氣體進行超前探測、防突檢測和監測。

    向川藏線進軍

    蘇培東介紹,川藏鐵路和紅豆山隧道都處于活動斷裂帶附近,構造復雜區域、巖漿作用、地熱流體、變質作用等都很強烈,建設難度可想而知。

目前,紅豆山隧道施工已經突破3000米。蘇培東教授團隊的技術創新、解決方法將全面應用于后面2000米的隧道建設當中。

“蘇教授所帶領的團隊功不可沒。通過兩年的經驗積累,紅豆山隧道的施工在前期地質預報、電鉆孔等多方面新技術的應用更加嫻熟。”趙宇說。

今年6月,團隊基于紅豆山隧道施工的第一批專利和學術論文即將發表,今年底,涉及6項專利的科研成果也將全面推出。

“作為一名科研工作者,最重要的是創新,敢于打破常規。只有這樣,我們才能更好地認識這個世界。紅豆山隧道工程就是最好的例子。”蘇培東教授介紹說,“以前在淺地表出現的有害氣體,我們傳統觀點認為完全是有機成因,但這次紅豆山隧道出現的8種有害氣體,說明了有害氣體的出現也有無機成因。”

科學研究無止境。

蘇培東并不滿足現在所取得的成績,在紅豆山隧道新一輪技術創新中,他帶領團隊正加緊研制監測數據更準、性能更安全的毒氣監測設備——無人自動檢測設備。

“無人自動檢測設備的成功研發,將不再需要人工進入到危險隧道進行搜集信息,機器設備將自動對周圍環境檢測,把監測數據反饋回來,并進行實驗分析,從而完成整個的探查工作。”

無人自動檢測設備的使用,不僅對紅豆山隧道工程的安全施工和順利貫通帶來積極影響,還將對整個氣體安全評估領域產生深遠影響。

目前,蘇培東帶領團隊正積極投身于川藏鐵路的建設當中。川藏線在國際史上是最大最難的重點工程,建設中所面臨的挑戰也是世界絕無僅有的。

據蘇培東介紹,川藏鐵路和紅豆山隧道都處于活動斷裂帶附近,構造復雜區域、巖漿作用、地熱流體、變質作用等都很強烈,建設難度可想而知。川藏線海拔高達3000米以上,在此環境下,有害氣體對人的危害也就越大,對工程建設影響也就越大。

蘇培東團隊在紅豆山隧道所積累的經驗,這次就能在川藏鐵路中發揮作用了。現在,蘇培東和團隊成員在平均海拔四五千米的川藏高原地域,背著設備,每天徒步七八公里,找數據,做監測,綜合分析。

“雖然遠離了都市的繁華,終日與山水為伴,在危機中揮灑著汗水與青春。但這份責任和榮譽,讓我們把不可能變成可能,把天塹變通途。”

《中國教育報》2019年06月10日第7版 

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