智跨山海！央视《创新进行时》栏目聚焦天山胜利隧道

天山山脉

平均海拔4000多米

在中国境内绵延约1760千米

平均宽度300千米

一支1000多人的工程团队

深入天山山脉的腹心地带

争分夺秒、昼夜施工

他们要打通天山山脉

修建一条世界在建的

最长高速公路隧道

天山胜利隧道长22.13千米

是规划新建的乌鲁木齐

到库尔勒尉犁段高速公路的

关键控制性工程

乌尉高速公路全长319.719千米

得益于贯穿天山山脉的天山胜利隧道

建成通车后，乌尉高速公路

将成为天山中部地区

连接北疆和南疆

通行时间最快的高速公路

2020年初

天山胜利隧道正式开工

建设面临着重重挑战

地质环境是

关系工程难易和成败的关键

天山胜利隧道

需要穿越16个地质断层破碎带

而地质断层破碎带

历来就是隧道工程的“天敌”

在以往的公路隧道工程施工中

工人们通常会操作

外形像长枪的装备——风枪

在隧道最前端的岩壁

开凿钻孔

风枪有40多斤重

安装着长达数米的钻头

必须两名工人协同配合操作

工人会往这些钻孔当中

放入圆柱形的乳化炸药

只要工人们按下起爆开关

炸药就会依次引爆

一段半圆形的隧道空间就此形成

这种通过钻孔爆破的方法

在工程领域叫作“钻爆法”

这也是目前世界隧道工程领域

使用最广泛的方法

但天山地质环境复杂

地质构造破碎

工人们常规采用的钻爆法施工

会对隧道的地质构造产生震动

造成岩石突然崩裂

这种突发的

地质灾害叫作岩爆

隧道埋深达1112.6米

距离山顶超过千米

这就意味着隧道承受着

天山山体的万钧重量

破碎的岩层在山体巨大的压力下

非常容易发生岩爆

甚至坍塌等突发事故

随着工程技术的不断进步

工程装备研发团队

研发了一系列创新装备

替代工人进行作业施工

其中，三臂凿岩台车

有着三条可以进行

伸缩转向的巨型机械臂

机械臂的前端可以伸出

长达20米的合金钻头

替代人工操作的风枪

完成凿壁作业

操作手和司机

只需坐在距离岩壁

超过10米远的驾驶室中

操作机械臂

在指定的位置钻探爆破孔

便能完成作业

效率是人工钻爆法的数倍

为什么天山胜利隧道

会选择在地质条件

如此复杂的区域

是否还有其他地质条件

相对较好的区域可以选择呢？

其实

在最初的隧道线路规划当中

工程设计团队曾有

15千米、20千米、22.13千米

三个选择方案

目前22.13千米的隧道线路方案

是三个方案里最长的

工程师们发现

15千米的隧道方案

虽然是三个方案里最短的

却会导致乌尉高速公路里程

和沿线桥梁数量大幅增加

导致工程成本增加

而20千米和22.13千米的方案当中

工程师们在对两条线路的地质情况

进行了细致的比选之后

最终选择了22.13千米的方案

该方案以花岗岩为主

对于施工来说有很强的便利性

在工程方案设计阶段

最让工程师焦虑的是工期

乌尉高速公路沿线各工程

从2020年初开工建设

如果按照常规施工方法建设

天山胜利隧道工程

要想在6年内建成完工根本不可能

工程师们经过考虑和设计

确定了在两条主隧道的中间位置

沿着隧道线路的方向

修建一条辅助施工隧道

被称为“中导洞”

工程团队计划在中导洞

以快于主洞的施工进度快速开掘

当中导洞掘进到超过主洞

数百米甚至上千米的位置时

工人们再由中导洞

开设横向通道连通主隧道

这样就能在主隧道上

开辟新的施工作业面

实现长隧短打

为了保证施工进度

需要中导洞施工快于

主洞施工进度3到5倍

工程团队

研发了大量的科技新装备

帮助工程团队实现快速掘进

硬岩掘进机便是其中之一

总长达282米

相当于11节

复兴号高铁列车车厢的长度

它的直径达8.43米

接近于三层居民住宅楼的高度

它的总重量近3000吨

由13台机车组成

它的前端安装着58组

由合金钢制造而成

能够磨碎硬质岩石的刀盘

掘进时58把刀盘同时转动

可以挤压破碎隧道截面上

近55.8平方米范围内的坚硬岩石

实现快速掘进

每月施工平均进尺

能达到350米左右

为了在昏暗密闭的山体当中

实现精准掘进

硬岩掘进机还配备

有精准测向导航系统

工程测量人员

借助导航定位系统

通过无数次精准测量

将隧道线路所有点位的坐标

输入数据处理系统当中

操作手只需操作机器

对准“瞄准镜”的“靶心”位置掘进

就不会发生偏差

施工过程中

380米的高风险地质带隧道段

是掘进难度最大的工程段

要想看清楚岩壁背后的地质情况

工程团队必须拥有一双

可以对岩壁进行“透视”的火眼金睛

在工程领域

这又叫作超前地质预报

在靠近隧道掘进岩面方向的位置

地质检测人员正在硬岩掘进机

两侧的岩壁上钻孔

他们往里面装入

一种神秘的仪器装置

然后对着周围的岩壁进行敲击

事实上，地质检测人员正通过

敲击的方式制造震动波

振动波向地下传播时

会根据地下物体密度的不同

产生不同的回波信号

之后地质分析工程师

会通过技术手段

将回波信号处理成为地质构造图

给应用单位提供相对准确的地质参考

这种方式叫作地球物理探测

又叫物探

工程师们可以

提前做好防护措施

防止岩爆和垮塌的发生

为解决隧道通风难题

工人们在山谷中的四个位置

分别建设一条垂直通往隧道的通风通道

这种通风设施又叫竖井

竖井直径最大达10.5米

垂直长度最长达706米

工程师们也在隧道内

将常规的排气通道重新布局

加上竖井的通风系统

让新鲜空气可以

源源不断地注入隧道中

形成空气流通

除此之外

天山胜利隧道在施工过程中

还遇到了在狭小隧洞中进行物料运输

等一系列难题

工程团队不断创新

研发了双头运输车等技术装备

提高了物料运输效率

得益于硬岩掘进机等装备的使用

以及多作业面施工的方法

极大地加快隧道施工进度

在忙碌的工作之余

考虑到施工位置偏僻人烟稀少

工程团队会变着花样

举办活动调剂工人们的生活

施工团队用不到4个月的时间

穿过了天山高风险地质区域

接下来

他们将以每天15米的施工速度

继续向天山深处掘进

预计在2024年11月

中导洞将实现贯通

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