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“通了，終于貫通了！”寒風(fēng)呼嘯，白雪皚皚。在平均海拔4000多米的新疆天山山脈腹地，歡呼聲此起彼伏。近日由中國(guó)交建總承包分公司承建，一公局集團(tuán)、二公局施工的世界最長(zhǎng)高速公路隧道——天山勝利隧道“三洞”順利貫通，這條打通天山的“超級(jí)巨龍”終于迎來勝利的曙光。

天山山脈是世界七大山系之一，位于新疆中部，其巍峨高聳的山體形成了一道天然屏障，將新疆地區(qū)分為南疆與北疆。長(zhǎng)期以來，從烏魯木齊到巴音郭楞蒙古自治州庫爾勒市，雖然地圖上的直線距離僅為260多公里，但實(shí)際行駛路程卻達(dá)到了470多公里。

天山山脈形成的天然屏障，讓當(dāng)?shù)氐呢浳镞\(yùn)輸十分困難。天山勝利隧道全長(zhǎng)22.13公里，是世界最長(zhǎng)的高速公路隧道，也是烏尉高速公路的“咽喉”。隧道建成后，烏尉高速公路便可實(shí)現(xiàn)通車，駕車穿越天山僅需約20分鐘，烏魯木齊至庫爾勒市的車程將從7小時(shí)左右縮短至3個(gè)多小時(shí)。新隧道將改善當(dāng)?shù)氐奈锪鳁l件，成為連接北疆、南疆安全快捷的公路運(yùn)輸通道，促進(jìn)我國(guó)西北地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

世界首創(chuàng)

“新方案”帶來新希望

“你們真厲害，這么快就打通天山啦！”當(dāng)?shù)啬撩癯旈T趕著羊群，向?yàn)跷靖咚?標(biāo)項(xiàng)目經(jīng)理李亞隆豎起大拇指?！袄相l(xiāng)，高速公路快通車了，你的農(nóng)家樂可以開起來了?！崩顏喡⌒χ貜?fù)。在天山南北，有許多像朝魯門一樣的民眾，迫切盼望著隧道貫通，盼望著烏尉高速通車。

橫貫新疆東西的天山山脈，像一條盤踞的巨龍，跨越天山的通道屈指可數(shù)。從尉犁到烏魯木齊，從伊若線轉(zhuǎn)吐和高速轉(zhuǎn)京新高速全長(zhǎng)近528公里，從地圖上看呈現(xiàn)一個(gè)半圓形，基本上都是繞著天山山腳選線，地勢(shì)較為平坦。新建的烏尉高速幾乎是一條直線連接了兩座城市，直接從天山山脈貫穿而過，長(zhǎng)度直接縮短到319.7公里。烏尉高速以大量的橋隧工程取代原來的急彎陡坡，提升安全性、舒適性、便捷性。其中以貫穿勝利達(dá)坂的天山勝利隧道最為關(guān)鍵。

建設(shè)超過10公里的特長(zhǎng)隧道，常規(guī)方案是增加豎井或斜井等輔助坑道以增加作業(yè)面，提升掘進(jìn)效率。然而，天山勝利隧道最大埋深達(dá)1112.6米，采用豎井設(shè)計(jì)，深度在500至700米之間。若采用斜井，深度可能要超過2000米，而且斜井口平均海拔達(dá)到3500米，氣溫低，年施工有效期短，施工風(fēng)險(xiǎn)和難度大。

查遍隧道掘進(jìn)工藝相關(guān)資料后，中國(guó)交建的工程師們提出將隧道掘進(jìn)機(jī)應(yīng)用于高速公路山嶺隧道建設(shè)的設(shè)想，這在國(guó)內(nèi)尚無先例?！澳壳笆忻嫔洗蠖鄶?shù)硬巖掘進(jìn)機(jī)直徑在8至9米之間，天山勝利隧道主洞最大開挖直徑是14.02米，在應(yīng)對(duì)潛在的巖爆、斷層破碎段、軟巖大變形、涌水等不良地質(zhì)時(shí)，施工風(fēng)險(xiǎn)就更大了，所以把硬巖掘進(jìn)機(jī)應(yīng)用在主洞施工的方案很快就被我們否定了?！敝薪恍陆煌ㄍ顿Y發(fā)展有限公司苗寶棟說。

在研究掘進(jìn)機(jī)施工方案的同時(shí)，建設(shè)者團(tuán)隊(duì)也在思考著常規(guī)鉆爆法的優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過頭腦風(fēng)暴、專家論證，一個(gè)世界上前所未有的施工方案出爐。“我們邀請(qǐng)了行業(yè)專家，開了30多次的方案討論會(huì)，最終定下來‘硬巖掘進(jìn)機(jī)中導(dǎo)洞+主洞鉆爆法組合工藝’的施工方案，這個(gè)方案是世界首創(chuàng)，可以說很大膽，充滿了未知，也充滿了期待?！倍譃跷?標(biāo)總工程師毛錦波說。

按照方案設(shè)計(jì)，建設(shè)者團(tuán)隊(duì)在雙主洞的中間增加了中導(dǎo)洞，采用硬巖掘進(jìn)機(jī)法施工。利用硬巖掘進(jìn)機(jī)快速掘進(jìn)的優(yōu)勢(shì)，在每個(gè)車行橫洞處開辟主洞的輔助工作面，以相鄰車行橫洞間為施工段，將整條隧道進(jìn)行“切割”，實(shí)現(xiàn)“長(zhǎng)隧超短打”。

測(cè)算結(jié)果顯示，采用行業(yè)常見的斜井或豎井輔助施工的方案，施工工期大約72個(gè)月，若考慮天山高寒影響，年有效施工期短，可能還會(huì)更長(zhǎng)；采用“硬巖掘進(jìn)機(jī)中導(dǎo)洞+主洞鉆爆法組合工藝”施工，僅需52個(gè)月便可打通天山。

大國(guó)重器

“新設(shè)備”帶來新驅(qū)動(dòng)

世界首創(chuàng)的方案落地，中導(dǎo)洞的順利掘進(jìn)是施工關(guān)鍵。面對(duì)惡劣的自然環(huán)境和復(fù)雜的地質(zhì)狀況，傳統(tǒng)盾構(gòu)機(jī)并不適用于天山勝利隧道工程。

中交天和設(shè)計(jì)研發(fā)團(tuán)隊(duì)到施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察，還跑遍了國(guó)內(nèi)硬巖掘進(jìn)機(jī)施工現(xiàn)場(chǎng)?！疤焐絼倮淼烙矌r掘進(jìn)機(jī)研發(fā)最大的困難就是要應(yīng)對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)情況。”中交天和設(shè)計(jì)研發(fā)總院院長(zhǎng)靳黨鵬說。

在研發(fā)團(tuán)隊(duì)的集思廣益下，中交天和在世界范圍內(nèi)首次創(chuàng)新性融合敞開式硬巖掘進(jìn)機(jī)與壓注式混凝土工法，使“天山號(hào)”“勝利號(hào)”兩臺(tái)掘進(jìn)機(jī)同時(shí)具備兩種掘進(jìn)模式和三種支護(hù)方式?！啊畡倮?hào)’‘天山號(hào)’開挖直徑8.43米、全長(zhǎng)282米、重量約2000噸，國(guó)產(chǎn)化率98%以上，是建設(shè)天山勝利隧道的最關(guān)鍵裝備，也是當(dāng)之無愧的‘大國(guó)重器’?！苯h鵬說。

二公局天山勝利隧道項(xiàng)目專家、顧問、高級(jí)工程師曹剛從事隧道施工30多年，他認(rèn)為，“勝利號(hào)”是他接觸過的功能最完備、自動(dòng)化程度最高的硬巖掘進(jìn)機(jī)。他說：“除了具備傳統(tǒng)敞開式硬巖掘進(jìn)機(jī)所有的功能外，遇到大斷層破碎帶、軟巖大變形等世界性難題，只需切換成另外一種掘進(jìn)模式，就可以實(shí)現(xiàn)在多種復(fù)雜地層下安全掘進(jìn)。”壓注法施工現(xiàn)場(chǎng)還具有無需混噴、無需清渣、施工環(huán)境好、機(jī)械化程度高、支護(hù)工作量小、勞動(dòng)強(qiáng)度低而且成型初襯質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。

目前，“天山號(hào)”“勝利號(hào)”已獲國(guó)家發(fā)明、實(shí)用新型專利合計(jì)20余項(xiàng)，創(chuàng)造了大直徑硬巖掘進(jìn)機(jī)在高寒、高海拔、高地應(yīng)力環(huán)境的掘進(jìn)新紀(jì)錄。其中，“勝利號(hào)”日掘進(jìn)最高達(dá)33.6米、月掘進(jìn)最高達(dá)500.2米。

工藝革新

“新工藝”帶來新氣象

在中導(dǎo)洞快速掘進(jìn)的同時(shí)，天山勝利隧道主洞建設(shè)也在穩(wěn)步推進(jìn)，不斷涌現(xiàn)的“新工藝”給主洞傳統(tǒng)鉆爆法施工帶來新氣象。

作為高原長(zhǎng)大隧道，在隧道出口端施工高峰期，多達(dá)7個(gè)掌子面同時(shí)作業(yè)，施工作業(yè)面多，施工人員和機(jī)械數(shù)量龐大，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的要求極高。主洞內(nèi)爆破產(chǎn)生的煙塵、內(nèi)燃機(jī)排放的尾氣和車輛揚(yáng)塵等，導(dǎo)致洞內(nèi)空氣質(zhì)量嚴(yán)重下降，給施工人員的健康和安全帶來了威脅。

傳統(tǒng)隧道通風(fēng)技術(shù)顯然無法滿足天山勝利隧道的施工要求。隨著豎井的打通和橫通道的不斷開設(shè)，一個(gè)大膽的通風(fēng)系統(tǒng)雛形在毛錦波的腦海中形成：將已經(jīng)完工的隧道和橫通道也作為通風(fēng)管道，形成“移動(dòng)式”的通風(fēng)設(shè)備，減少獨(dú)頭掘進(jìn)通風(fēng)的距離，同時(shí)利用成型豎井的煙囪效應(yīng)，迅速排除洞內(nèi)污濁空氣。同時(shí)，項(xiàng)目根據(jù)不同工序下鉆爆法作業(yè)面的需風(fēng)量，通過精細(xì)的工序管理，降低了風(fēng)機(jī)功率配置，將原來高峰期8700千瓦的風(fēng)機(jī)配置功率降低至2400千瓦。風(fēng)機(jī)功率和通風(fēng)節(jié)能降低率均達(dá)到50%以上，顯著提升了施工效率和節(jié)能減排效果。

“通過創(chuàng)新性的通風(fēng)方法和技術(shù)手段，我們克服了天山勝利隧道的施工通風(fēng)技術(shù)難題。目前，三洞巷道式長(zhǎng)距離施工通風(fēng)法的成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目的，總體達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，為國(guó)內(nèi)三洞超長(zhǎng)高速公路隧道施工通風(fēng)提供了可復(fù)制經(jīng)驗(yàn)?！泵\波說。而這項(xiàng)自主研發(fā)的“新工藝”成功獲得國(guó)家發(fā)明專利，也標(biāo)志著天山勝利隧道在特長(zhǎng)隧道施工通風(fēng)技術(shù)領(lǐng)域取得了重大突破。

除了通風(fēng)，隧道施工也面臨更為復(fù)雜的管理難題。在進(jìn)口端高峰期時(shí)，3個(gè)隧道共9個(gè)作業(yè)面同時(shí)開展作業(yè)。C6鉆機(jī)、三臂鑿巖臺(tái)車……隧道內(nèi)，各式各樣的新型機(jī)械設(shè)備忙碌著，出渣車、材料運(yùn)輸車等超1000車次往返其中，每天750多人進(jìn)出施工。隨著施工進(jìn)度動(dòng)態(tài)調(diào)整，導(dǎo)致洞內(nèi)運(yùn)輸路線變得更加復(fù)雜。

智慧化成為“最優(yōu)解”。在隧道進(jìn)出口端均設(shè)置數(shù)字化監(jiān)控指揮中心，偌大的顯示屏上，當(dāng)前施工人數(shù)、洞內(nèi)車輛、所處位置一目了然?！拔覀兇罱ǖ倪@套智能交通調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)洞內(nèi)車輛和所有設(shè)備的定位，通過實(shí)時(shí)控制中導(dǎo)洞和橫通道交會(huì)處的紅綠燈，提高洞內(nèi)車輛通行效率?！睘跷?標(biāo)項(xiàng)目總工程師黃登俠說，“針對(duì)施工人員，隧道電子門禁系統(tǒng)能精準(zhǔn)了解其所處位置和施工進(jìn)度，不僅能實(shí)時(shí)發(fā)布信息，一旦發(fā)生危險(xiǎn)也能及時(shí)疏導(dǎo)。”

全套智能化機(jī)械化設(shè)備、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)施工通風(fēng)技術(shù)、深大豎井地面預(yù)注漿施工技術(shù)、隧道洞外超長(zhǎng)距離水平定向鉆地質(zhì)勘察技術(shù)、橫通道高效安全開挖施工技術(shù)……在天山勝利隧道的建設(shè)過程中，“新工藝”不斷涌現(xiàn)，中交建設(shè)者們也在天山之上持續(xù)創(chuàng)造著中國(guó)奇跡。（中交集團(tuán)）