超级隧道如何建

创新采用“三洞+四竖井”的施工方案

高海拔、高寒的超长高速公路隧道要如何修建呢？

一般的隧道会从两端向中间同时掘进，采用凿孔爆破和挖掘掏空山体，凿出一条通道。然而，对于超长隧道采用两端开挖掘进的方式，效率就会变得非常低下。如果按照这种方法，天山胜利隧道22.1千米的项目，一年只能掘进2千米，整个工期将达到11年。

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。

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”。

“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”，以缓解特长隧道施工中的通风困难，满足后期运营通风需求。2023年4月2日下午，天山胜利隧道出口端最后一座竖井顺利落底贯通，标志着出口端4座竖井实现全部贯通。

竖井施工自2021年2月21日陆续设施，在井筒掘进过程中，存在涌水、岩爆、井壁掉块、坍塌等风险，建设者们克服重重困难，历时25个月，最终实现贯通。

我国自主研发的世界首创利器“首创号”

天山胜利隧道恶劣的自然环境、复杂的地质条件和高标准的建设要求，对施工技术装备提出了巨大挑战。2号竖井作为天山胜利隧道的通风井是其重要组成部分，是目前世界上最深的高速公路竖井，也是世界首个一次开挖成型的超大直径硬岩大深度竖井。

为满足现代竖井建设机械化、自动化、智能化要求，我国科研人员自主研发了世界首创高寒高海拔、大深度、超大直径硬岩竖向掘进机“首创号”，刀盘直径11.4米，竖向掘进深度达800米，采用全智能化掘进技术，可实现井下掘进无人化操作。

目前，大直径竖井基本采用分级扩挖技术，“首创号”首次将掘进机破岩工艺与传统钻井完美结合，并实现超大直径竖井一次成型，避免了传统钻爆法对岩石的扰动，并将作业人员从恶劣的自然环境中解脱出来。

“首创号”配置我国自主研发的垂直导向系统，精度控制在2毫米内，竖井垂直度更加精准。碎石经泥水循环系统排出，避免传统设备排渣扬尘等对天山的自然环境造成污染。

创造性使用“胜利号”和“天山号”

“胜利号”和“天山号”是中國交通建设集团有限公司（下简称“中国交建”）为天山胜利隧道量身打造的掘进设备，在隧道中导洞稳定掘进，通过横通道将左右双主洞分隔成若干短隧道，增加作业面，这使得掘进效率大为提高，工期缩短约30%。

“胜利号”和“天山号”原名为“雪莲号”和“雪山号”，是一对“孪生兄弟”。“这两个掘进机开挖直径为8.43米，每台重约2 000吨。更为重要的是，它们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“胜利号”和“天山号”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。

“胜利号”和“天山号”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。”靳党鹏说，“在较好的围岩条件下，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，每天大约可掘进一二米，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“胜利号”和“天山号”使用情况进行进一步创新，为后续研发设计新设备作准备。

到目前为止，“胜利号”和“天山号”已获发明、实用新型专利20余项。预计2023年10月，“胜利号”和“天山号”将在天山胜利隧道中段胜利“会师”，实现世界最长高速公路隧道的顺利贯通。

5G助天山胜利隧道“智慧建造”

由于天山胜利隧道项目施工现场地处高寒高海拔的无人地区，无任何网络信号，为保障工程稳步推进，中国电信新疆公司为天山胜利隧道铺设光缆50千米，建设4/5G基站13座，实现了5G的无缝覆盖，保证了项目部内视音频、传感器信息收集的准确性，为“5G+智慧隧道”多场景应用打下了坚实的基础。

凡进入隧道的施工作业人员佩戴有定位功能的芯片和有定制摄像头的安全帽，即“神奇的帽子”，利用5G传输信号，项目部和总部的大屏可以实时接收人员定位信息、轨迹信息、施工画面等数据，实现地面管理人员对隧道作业人员的实时跟踪和施工指导。

“工人帽子上安装了定位器，在大屏幕上可实时监控。如果遇到突发情况，工人可以用帽子上的装置报警，为发生事故后的营救工作提供及时、准确的人员信息。”中国交建新疆乌尉高速公路项目06标段项目经理李亚隆介绍。

天山胜利隧道项目施工中一旦出现透水或坍塌情况，将造成停工修复、工期延迟，经济损失巨大的情况，中国电信新疆公司基于“5G+物联网”技术，在隧道内布置气体传感器、震动传感器、红外线传感器等传感设备，实时监测隧道内有毒气体、隧道墙体等现状，同时将数据实时传输至地面分析平台，利用平台分析预警隧道安全性，切实为隧道安全施工保驾护航。在这条隧道内，5G网络应用和隧道建设信息系统深度融合，实现了天山胜利隧道的“智慧建造”。