2019年06月10日 星期一
冒毒气危险,拓天堑为通途
通讯员 曹正 殷舒琪 王淇
苏培东教授在指导学生进行样品数据分析。 王金健 摄

  临沧境内,无量山脉,一条世界罕见的含8种毒气的万米地下在建隧道——红豆山隧道正在神速而艰难的向前推进。红豆山隧道的顺利贯通,对“一带一路”经贸合作与友好往来起到关键性的促进作用。在这场攻坚战中,来自西南石油大学的苏培东教授的科研团队克服重重困难,誓将天堑变通途,为隧道安全施工做出了巨大贡献。

   在云南临沧境内,无量山脉深处,富饶美丽。大多数人知道无量山,是缘于金庸的武侠小说《天龙八部》主人公段誉随普洱茶商马五德来到无量山,并在此练成了神奇极致的“凌波微步”。

    可就是在这绝美之地,让人没有想到的是有一条世界罕见的含8种毒气的万米地下在建隧道——红豆山隧道正在神速而艰难地向前推进。

    红豆山隧道是大临铁路的核心,而大临铁路又是通往缅甸的唯一一条中缅国际大通道,因此红豆山隧道属中缅国际大通道的控制性工程。红豆山隧道的顺利贯通,对“一带一路”经贸合作与友好往来起到关键性的促进作用。

    隧道于2016年开工,预计2020年贯通。待大临铁路通车营运后,坐火车通过红豆山隧道只需要4分钟。殊不知,这4分钟的行程,却需要数千名建设者夜以继日地工作4年多才能实现,因其建设难度巨大被誉为全线“最难打的隧道”。

    在这场攻坚战中,来自西南石油大学的苏培东教授的科研团队克服重重困难,誓将天堑变通途,为隧道安全施工做出了巨大贡献。

    致命毒气成阻碍

    这些有毒气体像是困在一个个气球中,隐藏在无量山脉的岩层里,一旦施工中戳破了这些有毒气球,毒气就会爆发出来,对施工人员造成生命威胁。

    作为西南石油大学地质工程与地质灾害防治研究所所长,苏培东教授最早接触到隧道工程有毒有害气体预测预报,是在1997年。“石油和天然气在油气勘探开发的过程中是资源,是好东西;但如果出现在隧道工程中,很容易引发隧道工程次生灾害。我就以此作为方向,开始了长达10年的潜心研究,并形成一系列的科研成果。”

    2007年,兰渝铁路的建设遇到了穿越红层地区的难题。为了避免建设悲剧重现,建设方主动找到了苏培东。碰巧,苏培东10年的研究成果——非煤系地层高瓦斯隧道的成因,评价方法和计算模型恰好可以运用到这项工程中。事实也证明,苏培东的研究成果在多条隧道的施工生产中取得了不错的成效。

    苏培东带领着团队在该领域一鸣惊人。工程建设方面临类似棘手的问题,第一个想到的就是苏培东。

    千百年来,莽莽无量山的传说从来就没有少过,唯独这山没有路。就在数千名建设者为打通无量山的交通命脉奋战的时候,让大家没有想到的是由于无量山脉内部地质条件极其特殊,富集了硫化氢、一氧化碳、二氧化碳等8种有毒有害气体,堪称世界罕见。

    这些有毒气体像是困在一个个气球中,隐藏在无量山脉的岩层里,一旦施工中戳破了这些有毒气球,毒气就会爆发出来,对施工人员造成生命威胁。“致命毒气球”的潜伏,高温、涌水、突泥等多种险情伴随着整个施工过程,一直让人神经紧绷不敢懈怠。

    2017年,刚进场一年的施工团队,因为对隧道内有毒气体研判不足,处理经验不足,导致红豆山隧道发生了一次气体爆突事故。随后,三分之二的员工申请撤离工地,项目随即陷入了停滞。

    面对如此困难的处境,地质专家给出的鉴定报告是:没有任何现成经验可以借鉴。

    此时,施工团队想到了苏培东。“苏教授的团队既有健全的理论依据,又有丰富实践经验,在业内也有很大的知名度和认可度。我们相信他。”建设方中铁十局大临铁路项目部经理赵宇说。

    面对这一世界难题,苏培东教授并没有因此而退缩,第一时间受邀担任专家组的负责人。

    艰难挺进“红豆山”

    设备不仅可以同时测出8种气体,还可以根据隧道的具体情况来不断调试设备的灵敏度、量程、气体类型等各方面的数据,经过数据传输和评测后,就能实时接收到信息。

    经过勘测,红豆山隧道有毒有害气体极高度危险区域达到5764米,占隧道总长的70%以上。

    “隧道施工遇非煤系有害气体的事例在国外也比较罕见,目前未能查阅到相关论证资料,因此与同标段的其他隧道相比,其难度更上了一个层级。”施工技术人员李冬冬说。

    如何有效避免或减少非煤系有害气体对隧道工程施工的影响,这成为苏培东和团队需要解决的第一个难题。

    “红豆山隧道罕见的地质环境条件加上气体成分的复杂多变,已超出目前地质勘查技术的认知水平,无直接的文献作为参考依据,其防治措施仍处于研究摸索阶段。这就意味着,我们无法从过去的经验技术中获得更多帮助。”赵宇说。

    没有路子可寻,没有经验可找,在未知中探索,在黑暗中前行。苏培东团队的每一步都极为艰难,勇敢大步向前的同时更小心翼翼地摸着石头过河。

    团队经过勘探发现,隧道内8种有毒有害气体复杂多样,形成机制难以把握。“在实际监测中,我们发现即使同样一种气体,在隧道的不同阶段、不同地层中随机分布,毫无规律可循。更何况隧道里有8种有害气体,它们更易于组合成新的毒害气体。”苏培东表示,这给毒气的监测带来了极大的挑战。

    以往的老设备只能检测一种气体,而且检测结果的浓度不准,精度不高,容易造成误判。

    “除去检测效率低下的问题,设备笨重也给施工带来一定的麻烦,每次检测都需要带上不同的仪器穿过狭长而逼仄的隧道,光是携带设备已经很费事,更别说还要在复杂地形中进行长时间的实地检测。”在红豆山隧道工程中坚守了一年的西南石油大学研三学生陈浩栋回忆说。

    为了解决这个难题,苏培东带领团队历经半年之久,自主研发和制作一套新的设备,解决了监测难题。

    “过去只能8个设备一起上阵,现在一套设备就够了。”陈浩栋介绍,新设备不仅可以同时测出8种气体,还可以根据隧道的具体情况来不断调试设备的灵敏度、量程、气体类型等各方面的数据,经过数据传输和评测后,就能实时接收到信息,极大缩减了评测时间,对整个工程的高效率完成起到了关键性的作用。

    在此基础上,团队在隧道非煤系有害气体区段施工关键技术开展科技研究,取得了创新性突破,可对有害气体进行超前探测、防突检测和监测。

    向川藏线进军

    苏培东介绍,川藏铁路和红豆山隧道都处于活动断裂带附近,构造复杂区域、岩浆作用、地热流体、变质作用等都很强烈,建设难度可想而知。

    目前,红豆山隧道施工已经突破3000米。苏培东教授团队的技术创新、解决方法将全面应用于后面2000米的隧道建设当中。

    “苏教授所带领的团队功不可没。通过两年的经验积累,红豆山隧道的施工在前期地质预报、电钻孔等多方面新技术的应用更加娴熟。”赵宇说。

    今年6月,团队基于红豆山隧道施工的第一批专利和学术论文即将发表,今年底,涉及6项专利的科研成果也将全面推出。

    “作为一名科研工作者,最重要的是创新,敢于打破常规。只有这样,我们才能更好地认识这个世界。红豆山隧道工程就是最好的例子。”苏培东教授介绍说,“以前在浅地表出现的有害气体,我们传统观点认为完全是有机成因,但这次红豆山隧道出现的8种有害气体,说明了有害气体的出现也有无机成因。”

    科学研究无止境。

    苏培东并不满足现在所取得的成绩,在红豆山隧道新一轮技术创新中,他带领团队正加紧研制监测数据更准、性能更安全的毒气监测设备——无人自动检测设备。

    “无人自动检测设备的成功研发,将不再需要人工进入到危险隧道进行搜集信息,机器设备将自动对周围环境检测,把监测数据反馈回来,并进行实验分析,从而完成整个的探查工作。”

    无人自动检测设备的使用,不仅对红豆山隧道工程的安全施工和顺利贯通带来积极影响,还将对整个气体安全评估领域产生深远影响。

    目前,苏培东带领团队正积极投身于川藏铁路的建设当中。川藏线在国际史上是最大最难的重点工程,建设中所面临的挑战也是世界绝无仅有的。

    据苏培东介绍,川藏铁路和红豆山隧道都处于活动断裂带附近,构造复杂区域、岩浆作用、地热流体、变质作用等都很强烈,建设难度可想而知。川藏线海拔高达3000米以上,在此环境下,有害气体对人的危害也就越大,对工程建设影响也就越大。

    苏培东团队在红豆山隧道所积累的经验,这次就能在川藏铁路中发挥作用了。现在,苏培东和团队成员在平均海拔四五千米的川藏高原地域,背着设备,每天徒步七八公里,找数据,做监测,综合分析。

    “虽然远离了都市的繁华,终日与山水为伴,在危机中挥洒着汗水与青春。但这份责任和荣誉,让我们把不可能变成可能,把天堑变通途。”

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中国教育报