“通了，終于貫通了！”寒風呼嘯，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。近日由中國交建總承包分公司承建，一公局集團、二公局施工的世界最長高速公路隧道——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，但實際行駛路程卻達到了470多公里。

天山山脈形成的天然屏障，讓當?shù)氐呢浳镞\輸十分困難。天山勝利隧道全長22.13公里，是世界最長的高速公路隧道，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小時左右縮短至3個多小時。新隧道將改善當?shù)氐奈锪鳁l件，成為連接北疆、南疆安全快捷的公路運輸通道，促進我國西北地區(qū)的經濟發(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?shù)啬撩癯旈T趕著羊群，向烏尉高速6標項目經理李亞隆豎起大拇指。“老鄉(xiāng)，高速公路快通車了，你的農家樂可以開起來了。”李亞隆笑著回復。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，從伊若線轉吐和高速轉京新高速全長近528公里，從地圖上看呈現(xiàn)一個半圓形，基本上都是繞著天山山腳選線，地勢較為平坦。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。其中以貫穿勝利達坂的天山勝利隧道最為關鍵。

建設超過10公里的特長隧道，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，提升掘進效率。然而，天山勝利隧道最大埋深達1112.6米，采用豎井設計，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到3500米，氣溫低，年施工有效期短，施工風險和難度大。

查遍隧道掘進工藝相關資料后，中國交建的工程師們提出將隧道掘進機應用于高速公路山嶺隧道建設的設想，這在國內尚無先例。“目前市面上大多數(shù)硬巖掘進機直徑在8至9米之間，天山勝利隧道主洞最大開挖直徑是14.02米，在應對潛在的巖爆、斷層破碎段、軟巖大變形、涌水等不良地質時，施工風險就更大了，所以把硬巖掘進機應用在主洞施工的方案很快就被我們否定了。”中交新疆交通投資發(fā)展有限公司苗寶棟說。

在研究掘進機施工方案的同時，建設者團隊也在思考著常規(guī)鉆爆法的優(yōu)勢。經過頭腦風暴、專家論證，一個世界上前所未有的施工方案出爐。“我們邀請了行業(yè)專家，開了30多次的方案討論會，最終定下來‘硬巖掘進機中導洞+主洞鉆爆法組合工藝’的施工方案，這個方案是世界首創(chuàng)，可以說很大膽，充滿了未知，也充滿了期待。”二公局烏尉6標總工程師毛錦波說。

按照方案設計，建設者團隊在雙主洞的中間增加了中導洞，采用硬巖掘進機法施工。利用硬巖掘進機快速掘進的優(yōu)勢，在每個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，將整條隧道進行“切割”，實現(xiàn)“長隧超短打”。

測算結果顯示，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個月，若考慮天山高寒影響，年有效施工期短，可能還會更長；采用“硬巖掘進機中導洞+主洞鉆爆法組合工藝”施工，僅需52個月便可打通天山。

大國重器

“新設備”帶來新驅動

世界首創(chuàng)的方案落地，中導洞的順利掘進是施工關鍵。面對惡劣的自然環(huán)境和復雜的地質狀況，傳統(tǒng)盾構機并不適用于天山勝利隧道工程。

中交天和設計研發(fā)團隊到施工現(xiàn)場實地勘察，還跑遍了國內硬巖掘進機施工現(xiàn)場。“天山勝利隧道硬巖掘進機研發(fā)最大的困難就是要應對復雜的地質情況。”中交天和設計研發(fā)總院院長靳黨鵬說。

在研發(fā)團隊的集思廣益下，中交天和在世界范圍內首次創(chuàng)新性融合敞開式硬巖掘進機與壓注式混凝土工法，使“天山號”“勝利號”兩臺掘進機同時具備兩種掘進模式和三種支護方式。“‘勝利號’‘天山號’開挖直徑8.43米、全長282米、重量約2000噸，國產化率98%以上，是建設天山勝利隧道的最關鍵裝備，也是當之無愧的‘大國重器’。”靳黨鵬說。

二公局天山勝利隧道項目專家、顧問、高級工程師曹剛從事隧道施工30多年，他認為，“勝利號”是他接觸過的功能最完備、自動化程度最高的硬巖掘進機。他說：“除了具備傳統(tǒng)敞開式硬巖掘進機所有的功能外，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模式，就可以實現(xiàn)在多種復雜地層下安全掘進。”壓注法施工現(xiàn)場還具有無需混噴、無需清渣、施工環(huán)境好、機械化程度高、支護工作量小、勞動強度低而且成型初襯質量好等優(yōu)點。

目前，“天山號”“勝利號”已獲國家發(fā)明、實用新型專利合計20余項，創(chuàng)造了大直徑硬巖掘進機在高寒、高海拔、高地應力環(huán)境的掘進新紀錄。其中，“勝利號”日掘進最高達33.6米、月掘進最高達500.2米。

工藝革新

“新工藝”帶來新氣象

在中導洞快速掘進的同時，天山勝利隧道主洞建設也在穩(wěn)步推進，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。

作為高原長大隧道，在隧道出口端施工高峰期，多達7個掌子面同時作業(yè)，施工作業(yè)面多，施工人員和機械數(shù)量龐大，對通風系統(tǒng)的要求極高。主洞內爆破產生的煙塵、內燃機排放的尾氣和車輛揚塵等，導致洞內空氣質量嚴重下降，給施工人員的健康和安全帶來了威脅。

傳統(tǒng)隧道通風技術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，一個大膽的通風系統(tǒng)雛形在毛錦波的腦海中形成：將已經完工的隧道和橫通道也作為通風管道，形成“移動式”的通風設備，減少獨頭掘進通風的距離，同時利用成型豎井的煙囪效應，迅速排除洞內污濁空氣。同時，項目根據(jù)不同工序下鉆爆法作業(yè)面的需風量，通過精細的工序管理，降低了風機功率配置，將原來高峰期8700千瓦的風機配置功率降低至2400千瓦。風機功率和通風節(jié)能降低率均達到50%以上，顯著提升了施工效率和節(jié)能減排效果。

“通過創(chuàng)新性的通風方法和技術手段，我們克服了天山勝利隧道的施工通風技術難題。目前，三洞巷道式長距離施工通風法的成功應用，實現(xiàn)節(jié)能減排目的，總體達到國內領先水平，為國內三洞超長高速公路隧道施工通風提供了可復制經驗。”毛錦波說。而這項自主研發(fā)的“新工藝”成功獲得國家發(fā)明專利，也標志著天山勝利隧道在特長隧道施工通風技術領域取得了重大突破。

除了通風，隧道施工也面臨更為復雜的管理難題。在進口端高峰期時，3個隧道共9個作業(yè)面同時開展作業(yè)。C6鉆機、三臂鑿巖臺車……隧道內，各式各樣的新型機械設備忙碌著，出渣車、材料運輸車等超1000車次往返其中，每天750多人進出施工。隨著施工進度動態(tài)調整，導致洞內運輸路線變得更加復雜。

智慧化成為“最優(yōu)解”。在隧道進出口端均設置數(shù)字化監(jiān)控指揮中心，偌大的顯示屏上，當前施工人數(shù)、洞內車輛、所處位置一目了然。“我們搭建的這套智能交通調度系統(tǒng)，實現(xiàn)了對洞內車輛和所有設備的定位，通過實時控制中導洞和橫通道交會處的紅綠燈，提高洞內車輛通行效率。”烏尉5標項目總工程師黃登俠說，“針對施工人員，隧道電子門禁系統(tǒng)能精準了解其所處位置和施工進度，不僅能實時發(fā)布信息，一旦發(fā)生危險也能及時疏導。”

全套智能化機械化設備、復雜網(wǎng)絡施工通風技術、深大豎井地面預注漿施工技術、隧道洞外超長距離水平定向鉆地質勘察技術、橫通道高效安全開挖施工技術……在天山勝利隧道的建設過程中，“新工藝”不斷涌現(xiàn)，中交建設者們也在天山之上持續(xù)創(chuàng)造著中國奇跡。（中交集團）