走近大国工程｜天山南北变通途 探访世界“第一长隧”天山胜利隧道工程
中央纪委国家监委网站 王珍
俯瞰三号竖井施工现场。
洞内施工现场，工作人员正在对掘进机导向设备测量数据进行校核。
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“天山号”和“胜利号”掘进机合成示意图。
掘进机使用全球首创的压注工法掘进成型的山体隧道。
天山胜利隧道口。 （中国交建 供图）
我国大西北，莽莽天山横贯东西，把广袤的新疆分为南疆和北疆。虽已是七九时节，天山之上仍是皑皑白雪，但天山胜利隧道施工现场却是一片“热火朝天”，数千名建设者正为凿穿天山而日夜劳作不辍。
这条打通南北疆天然屏障的隧道，是我国首批交通强国试点项目——乌尉（乌鲁木齐至尉犁）高速公路的“咽喉”工程，也是世界在建最长高速公路隧道，长达22.1公里。
隧道设计行车时速为100公里，贯通后，开车穿越天山仅需约20分钟，往返乌鲁木齐与库尔勒也将告别“翻山越岭”，单程耗时将从7个多小时缩短至3个小时左右。这对于推动新疆丝绸之路经济带核心区建设、促进南北疆经济发展和区域优势开发等意义重大。
那么，这条“世界之最”的隧道建设进展如何？凿穿天山到底有多难？建设者们又是如何攻坚克难的？让我们一起探访天山胜利隧道——
“一长”“一多”“二深”“五高”
“关关难过关关过”
2月15日，天还未亮，中国交建新疆乌尉公路项目土建06标段（负责天山胜利隧道出口端）项目经理李亚隆却早早起床，研究相关数据、优化排水方案……
最近，天山胜利隧道出口端掘进施工中遇到的裂隙涌水问题，让他有些头疼。
“每小时约200立方的涌水，而且现在掘进机正处在反坡掘进阶段，也就是下坡，涌水全部积到了刀头部分，快速有效地抽排水迫在眉睫。”李亚隆的嗓音已有些沙哑，他告诉记者，目前，“胜利号”掘进机已由天山之南向北掘进了8.5公里，正是工程吃劲儿的时候，裂隙涌水严重影响了施工效率。“以前，这种岩层条件下，每天大约可以掘进15米，这两天的进度明显降了下来，每天只能掘进10米左右。”李亚隆心急如焚。
记者了解到，李亚隆2017年便参与天山胜利隧道项目，从前期论证、方案设计到启动施工，再到如今中导洞掘进突破16公里关口，他们遇到的“拦路虎”不计其数。
回忆起六年前初到项目时的情景，他仍然记忆犹新。当时，作为一个有着十余年隧道施工经验的“老人”，他对穿越天山之难已有心理准备，但现实的难仍让他倍感压力。
“天山山脉素有‘地质博物馆’之称，工程难度可想而知。”李亚隆说。
他用“一长”“一多”“二深”“五高”来总结这条隧道的特点，而这些都是他们要攻克的难关。
“一长”，是指隧道单洞长约22.1公里，约为5座南京长江大桥的总和，是当今世界在建最长高速公路隧道。而这么长的洞，他们要打3个。
“一多”，是指断裂带多，整个隧道要穿越16个地质断裂带，施工难度极高。
“二深”，一是指具备通风等功能的竖井深，据他介绍，隧道2号竖井深706米，比我国最高建筑——上海中心大厦还高出近百米，是当今世界最深高速公路竖井。二是指隧道埋深深，该隧道最大埋深超过1100米，而埋深越大，岩爆、软岩大变形、高地温、高压涌水等问题发生的几率越高。
“五高”，是指高地应力、高地震烈度、高环保要求、高寒、高海拔。其中，隧道施工段最大地应力值达21.8兆帕，相当于人手指盖大小岩石需承受218公斤重量，超过一般岩石承载力50倍以上。这意味着，施工中很有可能遇到岩爆，产生堪比四五级地震的振幅强度。而本身施工区域地质构造运动就比较强烈，基本烈度为Ⅷ度。
“不仅要克服高寒、低氧的施工环境，还要攻克复杂的地质条件，而穿越断裂带存在极高的岩爆、软岩大变形、突涌水等风险。”李亚隆告诉记者。但“关关难过关关过”，进口端和出口端的隧道建设者们逐项攻关、各个击破。目前，用于应急救援服务的中导洞掘进长度已超七成，16条断裂带已成功穿越13条，预计今年年内贯通。
全球首创新型压注工法硬岩掘进机
工期缩短20个月
2月16日下午，中交天和副总工程师、设计研发总院院长靳党鹏再次进入中导洞进口端的施工现场，了解“天山号”掘进机的应用情况。“目前，围岩硬度高，控制好设备推进力及姿态，可以有效降低刀具磨损程度……”靳党鹏现场指导隧道中导洞进口端“天山号”掘进机的操作手崔华新。
据介绍，天山胜利隧道按双向4车道分离式高速公路隧道设计，其施工如果按照以往隧道施工采用的斜井辅助施工方案，工期计划72个月。
如何缩短工期？建设者们提出了世界首创的“三洞+四竖井”施工方案。“三洞”即左、右主洞和中导服务洞，左、右两个主洞开挖直径为14米，分别设计有两个车道。中间的一条服务隧道直径为8.4米，未来将用作应急和救援通道，可杜绝隧道内因事故等原因出现车辆拥堵的情况。“四竖井”即在整个隧道顶端开挖4座竖井，以实现纵向通风，相当于隧道的“呼吸系统”。
不过，开挖两个洞的隧道就十分费时费力，为何还要多挖一个洞呢？
“考虑到隧道地形、地质特点、施工工期以及运营后的防灾救援等诸多因素，中导洞使用掘进机掘进，发挥掘进机快速施工的特点，一是可提前探明地质，二是为主洞提供工作面；两个主洞则使用钻爆法。两种工艺组合，从而实现‘长隧短打’。”中国交建新疆乌尉公路项目土建05标段（负责天山胜利隧道进口端）总工程师黄登侠告诉记者，掘进机每月掘进长度大约是传统钻爆法的3到10倍，而且两个掘进机从南北两个方向同时作业，然后再通过横洞为主洞增加辅助作业面，“这就相当于把主洞‘切割’成多段同时作业，从而有效缩短施工工期。”
“天山号”和“胜利号”便是中国交建为天山胜利隧道量身打造的掘进设备。“这两个掘进机开挖直径为8.43米，分别长282米、重约2000吨。更为重要的是，可实现在多种世界级复杂地层下安全、环保、高效地掘进。”作为“天山号”和“胜利号”掘进机的总设计师，靳党鹏带领团队针对超长、高寒、高海拔、复杂地质条件等，首创新型压注工法硬岩掘进机。这是世界掘进设备领域的重大创新。
工法创新，使“天山号”“胜利号”具备三种不同的掘进模式和支护方式。
“根据地质条件不同，可以切换不同的掘进模式和支护方式。”靳党鹏告诉记者，在较好围岩条件下，可以采用敞开式工法掘进模式；在破碎带、软弱围岩、岩爆地层，可以采用单护盾钢模板压注式混凝土支护掘进模式；在极破碎带、软岩大变形、强岩爆地层段，可以采用单护盾钢管片支护掘进模式。“后两种模式，就相当于对不良地层进行了加强型支护处理，以保证人员和设备的安全。”
如此一来，在面对断裂带等不良地层时，掘进效率大大提升。“从此前的施工进度看，穿越断裂带采用后两种工法，每天大约可掘进12米。如果采用传统的敞开式工法，每天大约可掘进一两米，而且还存在较大安全风险。”靳党鹏进一步解释道。
由此，原本72个月的工期将缩短至52个月。
“我们改变不了外界环境，只能改变应对方法。”靳党鹏说，科技创新带来的叠加效应非常明显，目前他正根据“天山号”“胜利号”使用情况进行进一步创新，为后续研发设计新设备做准备。
“工程越做越难，但我们自主研发的设备越来越多，技术越来越先进。”隧道施工人员曾煜说。
实行清污分流措施
守护好美丽的乌鲁木齐河
“绿水青山就是金山银山。”在天山胜利隧道进口端施工便道旁，一行大大的标语醒目而亮眼。
不同点位取水采样、化验检测、比对结果……2月13日，专业的水质检测人员又一次来到天山胜利隧道施工现场，对施工过程中产生的污水经处理后的水质进行检测。
最终，检测结果显示，水样各项指标均符合国家地表Ⅱ类水标准。
“这样的水质检测，在隧道施工期间，每一至两周都会进行一次。”黄登侠告诉记者，天山胜利隧道所在区域生态环境脆弱，环保要求极高。而且距离天山胜利隧道进口端不远处，还流淌着由国家一号冰川冰雪消融汇集而成的乌鲁木齐河，这是乌鲁木齐市工农业生产和城市生活用水的主要水源，是名副其实的“母亲河”。
“由于我们使用掘进机施工，过程中不可避免地产生含油脂等污染物的废水，常规的隧道施工污水净化方案处理不了这些废水。”黄登侠说，一旦隧道施工产生的废水处理不当，势必会污染河水。
因此，为了在凿穿这条世界级长隧的同时，依旧能保护好天山的生态环境和这条美丽的“母亲河”，建设团队从前期规划到进场施工，始终牢记“绿水青山就是金山银山”。
如何确保施工废水达到排放标准？黄登侠所在的项目部专门成立了一个技术攻关小组。
“起初，我们在洞内设置了清污分流装置，在洞口建设了日处理量5000立方米的施工污水处理厂。”黄登侠进一步解释道，施工中产生的污水，全部通过排污管道先汇集到洞口的沉淀池作沉淀处理后，再输送至污水处理厂进行进一步处理，“处理后的水质可达到国家地表Ⅱ类水标准，且全部回收用于施工生产。”
不过，随着隧道掘进进尺加深，他们很快迎来了新的挑战。去年3月，隧道进口端中导洞掘进即将进入多个断裂带，根据地质预报，洞内裂隙日最大涌水量将达到8000至10000立方米，容易产生清污混流，且超过了污水处理厂处置能力，到时极有可能导致河道污染。
对此，项目部技术攻关小组又进行升级优化，采用“引、清、堵”的方法进行水处理。“引”，即在裂隙水出水点设置引流管和集水池，加装清水管路和泵站，将洞内一部分裂隙水引入清水管路，一部分收集到集水池直接用于生产和便道扬尘治理。“清”，即安排专班及时清理污水排流沟渠，防止污水溢出沟渠。“堵”，即在废水排水沟底和仰拱预制块间缝隙进行防渗封堵处理，避免污水渗入清水管道。同时，在隧道洞口新增一座污水处理厂，以防突发涌水。
不过，即便有如此严密的措施，黄登侠每天还是会习惯性地去现场查看一下污水处理情况、各项环保措施落实情况。“预计2025年可以建成通车。”黄登侠充满期待。
