世界在建最长高速公路隧道正在紧张施工
世界在建最长高速公路隧道正在紧张施工
攻克技术难题 注重生态友好 优化施工管理(产经观察)
车出新疆库尔勒市区,沿216国道前行,海拔一路攀升,天山由远及近,窗外倏然换了风景——山体巍峨冷峻,山间小河流淌,滋养出大片绿意。视线右移,只见桥梁飞架、隧洞钻山,新疆乌尉(乌鲁木齐至尉犁)高速公路比邻而建。
盘山而上,中导洞正在皑皑积雪下紧张施工。这便是乌尉高速全线控制性工程、全长22.1公里的世界在建最长高速公路隧道——天山胜利隧道。
作为连接南北疆的重要通道,乌尉高速公路全长近320公里,桥隧比超40%,自2019年批复开建以来,目前已完成工程量的81%。2025年天山胜利隧道贯通后,乌尉高速便能实现全线通车。届时,驾车穿越天山仅需约20分钟,乌鲁木齐至库尔勒车程将从7个多小时缩短至约3小时。日前,记者前往建设现场一探究竟。
创新工法穿越16个地质断裂带,专研设备创下全球最深“一钻成井”硬岩竖井纪录
砂岩、花岗岩、大理岩……天山胜利隧道口百米外的一处展台上,陈列着上百种岩石样品,它们全部来自天山山脉。近观细看,每块石头形态各异,凿痕依稀可见。
“天山素有‘地质博物馆’之称,施工难度可想而知。”中交新疆交通投资发展有限公司董事长崔景川将难点细细道来:整个隧道要穿越16个地质断裂带,岩层复杂、地质脆弱;此外,隧道施工段处于高地应力环境,最大地应力值将近22兆帕,相当于一块手指盖大小的岩石就要承受200多公斤重量,是一般岩石承载力的50倍以上,“这意味着,施工中很可能遇到岩爆,破坏力堪比四五级地震。”
2021年7月,正式开工一年多,隧道进口端掘进至1900米处时,项目遭遇施工以来最大“拦路虎”——全线最大断层F6断裂带,影响宽度达440米。构造复杂、岩体破碎且富含水体,造就了特殊的“易碎”体质。
“TBM(全断面硬岩隧道掘进机)不怕‘来硬的’,也无惧‘来软的’,就怕这种‘时硬时软’的!”中交乌尉高速五标段项目总工程师黄登侠回忆,当时,坍塌、突泥、涌水接连出现,掘进机面临卡机风险。
改变不了施工环境,就改变应对方法。“传统钢拱架作为围岩支护,难以抵抗强烈的挤压力。我们决定转变思路,通过‘以柔克刚’,让结构更稳定。”随后,黄登侠带领团队通过反复模拟受力,研发出70厘米厚的泡沫混凝土作为减震吸能结构。
“它能有效吸纳地质活动产生的能量。最终,我们顺利穿越断层。”黄登侠介绍,自方案实施以来,工程经受住了一次次活跃地质运动的考验。
山体内,创新工法过断层;山顶上,专研设备打竖井。
天山胜利隧道最大埋深超过1100米,为缓解施工中的通风难题,并满足后期运营通风、排烟的需求,施工人员需要从天山自上而下开凿4座竖井,作为整个隧道的“呼吸系统”。
“2号竖井深706米,这根长长的‘烟囱’比广州塔还高出100多米,是当今世界最深高速公路竖井。”中交天和南京分公司副总经理康健说,团队设计制造出全球首个高寒高海拔超大超深竖井装备“首创号”,通过泥水分离技术,一举解决了千米级竖井泥浆排渣问题,创下全球最深“一钻成井”硬岩竖井纪录。
借助智能交通调度系统,洞内人、车和设备有序通行
超长隧道、超大埋深、地质复杂、岩石破碎,倘若采用传统的钻孔爆破法,想要打通天山,大概需要12年。
如何缩短工期?建设团队在公路隧道领域使用新的组合工艺,实现“长隧短打”。
中交乌尉高速六标段项目党支部书记侯永川解释道,新的组合工艺相当于将整条隧道切割成段、分段施工,从而将工期从72个月缩短至52个月。
增加施工作业面,会提升掘进速度,但也带来了复杂的管理难题:高峰期时,幽深昏暗的隧道内,3个隧洞共7个作业面同步作业,每天1000多人进出施工,出渣车、材料运输车等超900车次往返其中,平均每两分钟就要进出一辆车。
“就这一超级工程而言,施工难度很大,但管理组织更难,绝非‘大呼隆’,而是‘精细活’。”中交乌尉高速六标段项目总工程师毛锦波告诉记者,隧道净断面狭小、运距又长,要保证连续施工不中断,相当于“螺蛳壳里做道场”。
确保车辆畅通行驶是第一个难关。
将近凌晨,洞外夜色如墨、万籁俱静,洞内却灯火通明、车水马龙。出渣的、运料的、载人的,各式车辆来回进出、秩序井然。
“看那里!”顺着侯永川手指的方向看去,一架红绿灯正在指挥交通。“作业面数量多,还会随着施工进度动态调整,导致洞内运输路线变得更加复杂。”侯永川说,结合车辆配置、载重情况和行驶速度等指标,建设团队探索在隧道施工中设置红绿灯,在车行横洞与主洞、中导洞交会处共安装8个红绿灯,通过流量管理增强通行能力、提高施工效率。
工程量大、工期长,让整个项目运转高效是关键考验。“根据劳动力曲线,在项目建设全程,人员和设备投入越均衡、波动越小,施工效率越高、进展越顺利。”毛锦波说,解答这道“方程式”,智慧化是“最优解”。
驶出隧道,步入数字化监控指挥中心,偌大的显示屏上,当前施工人数、洞内车辆、所处位置一目了然。“我们搭建的智能交通调度系统,实现了对洞内车辆和所有设备的定位,通过实时控制中导洞和横通道交会处的红绿灯,提高洞内车辆通行效率。”毛锦波介绍,针对施工人员,隧道电子门禁系统能精准了解其所处位置和施工进度,不仅能实时发布信息,一旦发生危险也能及时疏导。
通过综合处理施工废水,确保施工“零污染”,实现循环利用
天山富含水分。打通天山,注定要经历一场与水的“较量”。
从洞口一路向内,越往深处,裂隙涌水越大。“施工高峰期,每天涌水近4万立方米,相当于每小时冒出1700吨水。”中交乌尉高速五标段项目党支部书记鲁泽建说,天山胜利隧道进口端毗邻国家1号冰川,位于乌鲁木齐河畔,“整个施工路线穿越乌鲁木齐河饮用水源二级保护区,绝不能造成污染。”
通过纵横绵长的洞内管道,涌水得到快速抽排,但如此巨量的水流,出洞后如何妥善处理?
“洞内的水分为两类,需要‘分而治之’。”鲁泽建解释,一种是清水,也就是天山断裂带中涌出的裂隙水,这部分水质不受施工影响;另一种是污水,是施工建设产生的含有油类、氨氮等物质的废水,必须重点处理。
处理洞内出水,首先要“清污分流”。隧道建设过程中,建设者修建了水流收集池,并设计为“一上一下”两种空间。山体裂隙水收集池处于地下,经沉淀后进入中央排水管道;施工废水收集池处于地上,废水进入收集池沉淀后,再经抽水泵进入废水管道。
循着管道的方向,在中导洞洞内和隧道进口端30米处,三座废水处理厂源源不断接收着分流后的施工水。
“三座处理厂各有侧重,通过相互配合实现精细化废水处理。”项目管理人员李刚介绍,位于洞外的两座处理厂采取沉淀、过滤和膜法的组合工艺,能针对性处理施工废水;位于洞内的三号处理厂则引入电絮凝工艺,可迅速凝聚水中的胶体悬浮物,有效处理裂隙水,“整个施工期间,我们每隔一到两周,对处理后的水质进行检测,各项指标均符合国家地表Ⅱ类水质标准。”
“通过对水体进行综合处理,不仅确保了施工‘零污染’,还实现了循环利用。”指着在隧道外厂区游走的洒水车,鲁泽建说,车上罐体中使用的就是处理后的废水,节能又环保。
历时4年多,目前天山胜利隧道中导洞即将贯通,左右主洞双双挺进两万米,待到明年全线建成通车,乌尉高速公路将穿越巍巍天山,成为一条支撑区域发展的“快车道”。(记者 韩 鑫)
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