中国即将完成天山隧道,基建规模再创巨额投资

(原标题:中国“基建狂魔”即将打通天山)

央视网消息,“天山胜利隧道建成后,从乌鲁木齐到尉犁县,将从原来的7小时缩短至3小时。”

令人拍手称赞的一句话,背后有多少艰辛?“基建狂魔”不提,那就我们说。

天山胜利隧道是世界在建高速公路最长的隧道

“一长”“一多”“二深”“五高”

天山胜利隧道全长22.1公里,是乌尉高速公路的“咽喉”工程,也是世界在建高速公路最长的隧道。

今年2月,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立方米的涌水,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。

天山胜利隧道全长22.1公里,图为隧道口 中国交建供图

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。

“天山号”和“胜利号”掘进机合成示意图

如何缩短工期?“三洞+四竖井”

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?

天山胜利隧道有三孔门洞

“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。

中国交建为天山胜利隧道量身打造的掘进设备

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。

掘进机使用全球首创的压注工法掘进成型的山体隧道

隧道进口端主洞掘进取得新突破

11月19日,天山胜利隧道进口端左右主洞累计掘进双双突破7公里大关,为项目整体推进奠定了坚实的基础。

天山胜利隧道进口端位于永丰镇往后峡方向75公里处,目前左主洞累计掘进7260米、右洞累计掘进7010米、中导洞累计掘进8950.5米。

记者了解到,目前后峡山区气温骤降,天山胜利隧道进入冬季施工期,隧道建设者们提前储备大量的柴油、水泥、钢材等生产物资以及米面粮油、药品等生活物资和保暖用品。

“我们提前协调各单位、建材提供厂商,并派出专人值守押运,确保冬天施工物资如期保量进场。”黄登侠说,项目部还提前为所有施工机械做好保温措施,落实混凝土防冻要求、混凝土原材料的加热温度以及混凝土出搅拌机时的温度要求,控制现场混凝土入模温度等,确保各工序施工质量达标。

根据施工安排,乌尉高速计划于2025年通车。作为乌尉高速公路的“咽喉”工程,天山胜利隧道建成后,穿越天山仅需约20分钟,将打通南北疆交通运输屏障。乌尉高速公路通车后,乌鲁木齐到库尔勒的驾车时长将从6小时左右缩短到3小时左右。

图为鸟瞰天山胜利隧道进口端