这项技术助力世界最长高速公路隧道“胜利”向前

  “天山雪后海风寒，横笛偏吹行路难”。驰名中外的天山山脉横贯新疆东西，高原雪山，艰险绝美，自古以来即为人称道。由中交天和自主研制的全球首创新型压注式工法（TBM）硬岩掘进机“天山号”“胜利号”和世界首创应用于高寒、高海拔地区的大深度、超大直径硬岩竖向掘进机“首创号”正在进行一场前所未有的“穿越天山”之旅。

  天山胜利隧道是国家“一带一路”重点项目乌尉高速公路控制性工程，有“一长、一多、二深、五高”显著特点。“一长”，是指全长22.1公里，为目前世界最长高速公路隧道。“一多”，是指断裂带多，穿越16个复杂的地质断裂带。“二深”，是指竖井深，2号通风竖井深707米，为目前世界最深高速公路通风竖井；隧道埋深深，最大埋深1112.2米。“五高”，是指高地应力、高地震烈度、高寒、高海拔和高环保要求，其中：地应力最高达21.8兆帕，相当手指甲大小岩石需承受218公斤重量，极易引发岩爆现象，其震动烈度堪比四级地震。恶劣的自然环境和复杂的地质状况，传统矿山法和单一敞开式TBM工法均难满足掘进要求。

  为顺利掘进天山胜利隧道，中交天和在全球范围内首次创新性融合敞开式TBM掘进机与压注式混凝土工法，使“天山号”“胜利号”同时具备两种掘进模式和三种支护方式，即：对较好围岩条件采用敞开式工法掘进（TSA）模式；对破碎带、软弱围岩、岩爆地层采用单护盾钢模板压注式混凝土支护掘进（TE）模式；对极破碎带、软岩大变形、强岩爆地层采用单护盾钢管片支护掘进（TS）模式，避免塌方对作业人员和工程设备带来安全风险，确保在大变形、强岩爆、多断裂带等复杂地层下安全、环保、高效地掘进。“胜利号”“天山号”开挖直径8.43米、全长282米、重量约2000吨，国产化率98%以上，是建设天山胜利隧道的最关键装备。

  “天山号”“胜利号”已获发明、实用新型专利合计20余项。经中国机械工业联合会鉴定，压注式混凝土工法成果已达国际领先水平，其中的压注式混凝土支护工法技术、双模式TBM装备技术达国际领先水平。“胜利号”日掘进最高达35米、月掘进最高达528米，创造了大直径TBM在高寒、高海拔、高地应力环境的掘进新纪录；“天山号”战胜坍塌、突泥涌水等世界性难题，在山体涌水多、断裂带核心区日涌水量达1万立方米情况下，安全穿越最大断层F6断层（博阿断裂带），解决了隧道开挖的最大拦路虎，为后续掘进贯通和全线通车创造了条件。目前“胜利号”“天山号”已掘进成型合计18145米，超过中导洞总长的83%，现正以日均30米的速度快速掘进。

  2号竖井地处天山之巅，最冷气温零下40摄氏度，海拔3660米，岩石强度超200兆帕，为目前世界最深高速公路竖井，也是世界首个一次开挖成型的超大直径硬岩大深度竖井。因自然环境恶劣、地质状况复杂且建设标准高，中交天和在全球范围内首次将TBM破岩石工艺与传统钻进完美结合，成功研制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”。该掘进机刀盘直径11.4米，装机功率4500千瓦，整机高度44米，整机重量1350吨，额定扭矩8913千牛米。采用全智能化掘进技术，零部件实现全国产化，是中交天和自主研发、创新发展的又一重大科学技术成果，实现超大直径竖井一次性开挖成型，也满足了竖井掘进的机械化、自动化和智能化需求。

  目前，大直径竖井多采用分级扩挖技术，“首创号”则采用掘进、排渣、支护相结合的全新钻井工艺，避免传统钻爆法扰动岩石，实现井内掘进无人化作业；配置自主研发的垂直导向系统，垂直精度控制在2毫米内；碎石经泥水循环系统排出，避免排渣扬尘等对天山生态造成污染，大幅度的提升了掘进速度，掘进的安全性环保性显著地增强。目前，“首创号”获发明专利、实用新型专利25项。

  掘进现场气候极其恶劣，尤其是冬季，平均风速78级，最冷气温零下40摄氏度，甚至“呵气成冰”。氧分压仅为海平面的60%，在高寒低氧环境下，作业人员极易出现胸闷、心悸头疼、失眠等高原反应，设备作业效率仅为平原地区的60%。中交天和配备一支80人的专业团队，他们胸怀天山胜利隧道早日贯通的梦想，克服高寒、高海拔、强紫外线等因素影响，发扬“凝心聚力干大事”的担当精神、“咬定青山不放松”的实干精神和“特别能吃苦，特别能战斗”的奉献精神，坚守天山之巅，奋战掘进现场，以实际行动践行国家“一带一路”战略。

  近年来，中交天和科学技术创新成果丰硕，与成熟的研发体系、强大的建造能力和高效的售后服务紧密关联。中交天和现拥有一支近200人的盾构机研发团队和世界最大、最完善的盾构机建造基地，年均研制盾构机超160台（最大刀盘直径超18米），几乎涵盖TBM、泥水、土压、双模、复合式、敞开式、竖向掘进、救援掘进盾构机等全部机型。在盾构隧道工程设置部（配）件库，可快速实现部（配）件更换，掘进效率大幅度的提升；配置由盾构机长和液压、电气、土建、检测等工程师组成的技术团队，全天候提供现场保驾服务，快速预测、分析、控制和处置故障风险。

  天山胜利隧道作为新疆乌尉高速公路的“咽喉”工程，建成后来往车辆穿越天山仅需约20分钟，这将有效打通南北疆交通运输屏障，彻底告别翻山越岭、危险四伏的漫长旅程，乌鲁木齐至尉犁两地行车时间将由7小时缩短至3小时，对推动国家“一带一路”建设、加强南北疆联结融合和推动新疆经济社会持续健康发展具有重大现实意义和深远历史意义。