乌鞘岭隧道地质构造

乌鞘岭隧道地层岩性复杂,沉积岩、火成岩、变质岩三大岩类均有,且以沉积岩为主，其分布主要受区域断裂构造控制。 区内出露地层主要有第四系、第三系、白垩系及三叠系沉积岩、志留系、奥陶系变质岩，并伴有加里东晚期闪长岩侵入体。隧道横穿祁连褶皱系的北祁连伏地褶皱带和走廊过渡带两个次级构造单元, 褶皱及断裂构造发育。

主要不良地质为有害气体，湿陷性黄土和膨胀岩。隧道预计最大涌水量为9621.81m ，施工中可能发生围岩失稳，突然涌水涌泥、岩爆、热害、含煤层有害气体等地质灾害情况。隧道结构设计充分考虑了洞身不同的地质情况和特殊施工环境，设计了各型衬砌结构类型供施工选用，针对性较强。结构安全度根据有关单位的意见，相对一般结构设计留有较多的余地。

隧道穿越了四条大区域性断层，即F4、F5、F6、F7断层，均处在7535米长的越地岭段，断层带累计1565米，其中F7大断层属压性断层(地震带)，全长852米，地质极为破碎，是乌鞘岭隧道施工中最为复杂的地质地段，施工中可能发生围岩失稳，突然涌水、涌泥、岩爆、热害、含煤层有害气体等地质灾害情况。。越岭段穿越奥陶系安山岩、三叠系砂岩夹页岩、加里东晚期闪长岩、奥陶系板岩夹千枚岩，沉积岩、火成岩、变质岩三大岩类四套地层及断层构造岩，且以沉积岩为主。主要不良地质为有害气体，湿陷性黄土和膨胀岩。隧道通过中等富水区(奥陶系、志留系及断层带)、弱富水区(三叠系)与贫富水区(加里东期闪长岩)三大水文地质分区。因工程地质、水文地质条件复杂，施工难度大，被地质专家称之为"地质迷宫"、"地质博物馆"。

甘肃省省长陆浩指出:兰武二线和乌鞘岭特长隧道工程是甘肃人民渴盼已久的工程，也是西北人民的致富工程。这项工程的建设对于加快甘肃社会经济的发展，改善沿线人民群众生产生活条件有着至关重要的作用。沿线各级政府、有关部门和广大人民群众一定要顾全大局，以主人翁的的姿态，想铁路之所想，急工程之所急，一路绿灯，全力以赴配合铁路部门的工作，积极帮助解决工程建设中遇到的困难和问题，竭尽全力支持武二线和乌鞘岭隧道工程建设。

兰新铁路兰武段是中国铁路网"八纵八横"中最主要的"一横"--陆桥通道的组成部分，也是亚欧大陆桥的重要组成部分。随着对外开放和国民经济的发展，这段修建于上世纪50年代末，亚欧大陆桥陆桥通道连云港至乌鲁木齐之间仅剩的一段单线铁路当前的运输能力，制约了该地区经济和社会的发展。尤其是受当时技术条件的限制，修建于天堑乌鞘岭的盘山铁路，因线路爬行坡度大，弯多、坡陡、路况差，严重制约了列车运行速度;随着国家西部大开发的战略的全面实施，乌鞘岭交通梗阻的现状成了制约中西部经济腾飞的"瓶颈"。

兰武二线及乌鞘岭隧道的建设，对提高陆桥通道客货运输能力、加快西部开发、促进西部地区与东中部地区的物资交流以及沿线经济发展、民族安定团结都将起到重要作用，是新疆和甘肃河西地区通往内地的主要铁路通道和西北铁路网发展的主骨架，也是区域经济发展的主轴和依托。

乌鞘岭海拔高、自然环境恶劣、地质情况复杂，施工难度大，而隧道工期之紧迫，任务之艰巨，质量标准之高，在中国铁路长大隧道建设史上是前所未有的，因此被隧道建设工程专家称为兰武二线"咽喉"工程。

乌鞘岭隧道位于兰新线兰武段打柴沟车站和龙沟车站之间,设计为两座单线隧道，隧道长20050m，隧道出口段线路位于半径为1200m的曲线上，右、左缓和曲线伸入隧道分别为68.84m及127.29m，隧道其余地段均位于直线上，武警进驻乌鞘岭隧道线间距40m，两隧道线路纵坡相同，主要为11‰的单面下坡,右线隧道较左线隧道高0.56~0.73m，洞身最大埋深1100m左右。隧道左、右线均采用钻爆法施工，右线隧道先期开通。隧道辅助坑道共计15座，其中斜井13座，竖井1座，横洞1座。

1、景观设计

乌鞘岭地区具有高寒阴湿、雨雪多的气候特点，志书中对乌鞘岭有"盛夏飞雪，寒气砭骨"的记述，自然气候条件相当恶劣。乌鞘岭隧道群洞门设计中注重景观设计，按照"一门一景"的理念，结合实际地形、地质、气候条件进行洞门设计，有条件的隧道洞口处尽量接长明洞以避免风吹雪对行车安全的影响，考虑到东、西向强光对驾驶员的影响设置了遮光棚，削竹式洞门能够更好的与地形融为一体，给人以美的视觉感受，古浪隧道采用了仿古城堡端墙式洞门，寓意古浪峡为河西走廊门户和古丝绸之路要冲。

2、隧道穿越大型断裂带

乌鞘岭隧道群穿越大型断裂带三处，最大的断裂带宽约500米，给设计及施工带来很大困难，针对F4、F5大型断裂带创新采用"两次初支+模筑衬砌"的复合式衬砌结构穿越，设计中采用局部扩大断面，增设变形缝的方案通过。

3、高地震区隧道净空设计

永古高速处于高地震区、穿越活动性断层F4、F12。地震区的隧道结构与围岩密贴有利于衬砌结构抗震，应注意衬砌背后空洞的检测;设计中考虑衬砌结构地震毁损的可能性，隧道净空预留30cm以备结构补强，震区隧道净空预留空间的大小应结合100年内地震的概率计算和错动距离确定。

4、涌水、逆坡施工涌水处理预案设计

乌鞘岭隧道穿越三叠系中等富水地层，安远隧道穿越F9次生断裂带，高岭隧道穿越160m宽的F12活动性断层，根据地质判断，F12为导水断层，对施工涌水、排水做了专项设计，采取"以堵为主、以排为辅"的原则。

对工程地质与水文地质较复杂地段及根据地质勘察资料判断前方有大型隐伏含水体地段，需根据施工开挖情况，结合超前预报手段综合判定。查明前方地质构造及地下水的分布状况及水量大小，根据涌水量大小、出水点、水压等实测数据合理确定环向注浆止水或局部帷幕注浆堵水方案，并配备大功率排水机械，确保施工涌水时能够及时排除水患。

5、隧道洞口融雪防冻技术

本项目在海拔2850m~2600m左右，根据气象资料及实地调查，隧址区气候条件恶劣，属高寒半干旱气候，积雪冰冻期长，昼夜温差显著，夏季炎热而冬季寒冷，最低气温达-40℃，最大冰冻深度2.0m，清代有诗"一峰红日一峰雪，半岭黄昏半岭明"，传神地描写了乌鞘岭气候多变、六月飞雪的独特景象。结合近几年隧道洞口事故率高发，且多与隧道进出口路面结冰有关的特点，第一次在隧道进出口路面设置加温除雪设施。

6、高海拔特长公路隧道通风设计

乌鞘岭隧道群具有"海拔高、纵坡大、规模大"的特点，加之隧址区地质复杂、环境恶劣，通风设计将不仅直接关系土建工程的投资规模，而且还关系到隧道后期运营的安全、舒适与费用。国内一般特长隧道通风设计采用传统模式为全射流通风或射流通风结合竖(斜)井送排风的通风模式，根据各工况需风量计算，隧道左线由烟雾来控制需风量，如采用全射流通风，洞内近、远期风速不能满足设计规范要求，需要考虑其他通风方式来解决隧道的通风问题。永古高速乌鞘岭特长隧道群(4905m、6868m、6333m、3014m)穿越高寒、高海拔祁连山国家级自然保护区，保护区内不容许布设通风井。

通过对需风量计算中对污染空气的基准排放量及递减率、海拔高度系数、控制工况等参数的分析和研究，考虑到我国汽车工业的发展及本项目的交通特点，乌鞘岭隧道群下行线主要由烟雾控制需风量;从地形地质、环保理念、交通量分析、运营效果、防灾救援系统的安全可靠性等多角度研究，并由此在国内首创采用了"静电除尘结合射流通风"的通风方案。用此种通风方式，静电集尘主要针对烟雾的稀释，全射流通风主要针对CO的稀释，这样二者结合就能满足隧道运营通风的要求。依托本项目的高海拔特长公路隧道通风方案研究获国家建设部QC一等奖。