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行業(yè)新聞
智跨天山“三新”助力,世界最長高速公路隧道“三洞”貫通
時間:2025-03-08    來源:中國基建報(bào)    分享:
近日由中國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。

“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(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(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小時左右縮短至3個多小時。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

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“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。”李亞隆笑著回復(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(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)險和難度大。

查遍隧道掘進(jìn)工藝相關(guān)資料后,中國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)對潛在的巖爆、斷層破碎段、軟巖大變形、涌水等不良地質(zhì)時,施工風(fēng)險就更大了,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。”中交新疆交通投資發(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,建設(shè)者團(tuán)隊(duì)也在思考著常規(guī)鉆爆法的優(yōu)勢。經(jīng)過頭腦風(fēng)暴、專家論證,一個世界上前所未有的施工方案出爐?!拔覀冄埩诵袠I(yè)專家,開了30多次的方案討論會,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,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(jìn)行“切割”,實(shí)現(xiàn)“長隧超短打”。

測算結(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(jìn)機(jī)中導(dǎo)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(shè)備”帶來新驅(qū)動

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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)場實(shí)地勘察,還跑遍了國內(nèi)硬巖掘進(jìn)機(jī)施工現(xiàn)場?!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)對復(fù)雜的地質(zhì)情況?!敝薪惶旌驮O(shè)計(jì)研發(fā)總院院長靳黨鵬說。

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”“勝利號”兩臺掘進(jìn)機(jī)同時具備兩種掘進(jìn)模式和三種支護(hù)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(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‘大國重器’。”靳黨鵬說。

二公局天山勝利隧道項(xiàng)目專家、顧問、高級工程師曹剛從事隧道施工30多年,他認(rèn)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(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)?!眽鹤⒎ㄊ┕がF(xiàn)場還具有無需混噴、無需清渣、施工環(huán)境好、機(jī)械化程度高、支護(hù)工作量小、勞動強(qiáng)度低而且成型初襯質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。

目前,“天山號”“勝利號”已獲國家發(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”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

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在中導(dǎo)洞快速掘進(jìn)的同時,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。

作為高原長大隧道,在隧道出口端施工高峰期,多達(dá)7個掌子面同時作業(yè),施工作業(yè)面多,施工人員和機(jī)械數(shù)量龐大,對通風(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“移動式”的通風(fēng)設(shè)備,減少獨(dú)頭掘進(jìn)通風(fēng)的距離,同時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,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)到國內(nèi)領(lǐng)先水平,為國內(nèi)三洞超長高速公路隧道施工通風(fēng)提供了可復(fù)制經(jīng)驗(yàn)。”毛錦波說。而這項(xiàng)自主研發(fā)的“新工藝”成功獲得國家發(fā)明專利,也標(biāo)志著天山勝利隧道在特長隧道施工通風(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,3個隧道共9個作業(yè)面同時開展作業(yè)。C6鉆機(jī)、三臂鑿巖臺車……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)了對洞內(nèi)車輛和所有設(shè)備的定位,通過實(shí)時控制中導(dǎo)洞和橫通道交會處的紅綠燈,提高洞內(nèi)車輛通行效率。”烏尉5標(biāo)項(xiàng)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(zhǔn)了解其所處位置和施工進(jìn)度,不僅能實(shí)時發(fā)布信息,一旦發(fā)生危險也能及時疏導(dǎo)?!?/p>

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)造著中國奇跡。(中交集團(tuán))


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