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雷曉蕓 段繞宇 柳新鵬

海拔3660米的天山奎先達(dá)坂，空氣含氧量?jī)H為平原地區(qū)的60%。在這片被稱為“生命禁區(qū)”的冰雪荒原上，一場(chǎng)震撼世界的工程奇跡正在上演。

6月13日，隨著“首創(chuàng)號(hào)”豎向硬巖掘進(jìn)機(jī)精準(zhǔn)破巖而出，安全到達(dá)接收臺(tái)，世界最深高速公路豎井——天山勝利隧道2號(hào)豎井成功落底貫通。

這座707米深、開挖直徑超過11.4米的豎井通道縱向深入山體，比上海中心大廈還要“高”出75米。天山勝利隧道2號(hào)豎井順利貫通，標(biāo)志著天山勝利隧道4組8座豎井全部貫通，它與另外7座深井，共同構(gòu)建起22.13公里特長(zhǎng)隧道的“呼吸通道”。

“天山勝利隧道通車運(yùn)營(yíng)后，豎井將同步具備通風(fēng)和應(yīng)急救援功能，可作為事故狀態(tài)下的緊急救援通道，并為洞內(nèi)應(yīng)急通風(fēng)、災(zāi)情監(jiān)測(cè)等提供關(guān)鍵作業(yè)空間，形成立體式應(yīng)急響應(yīng)支撐體系?！睘跷疚鍢?biāo)項(xiàng)目總工程師黃登俠介紹道。

這是世界首臺(tái)高寒高海拔大直徑豎向硬巖掘進(jìn)機(jī)“首創(chuàng)號(hào)”在生命禁區(qū)完成的人類工程史上空前壯舉，為新疆烏尉高速公路的全線通車夯實(shí)了基石，更在世界隧道工程史上刻下中國(guó)基建征服高寒極地與復(fù)雜地質(zhì)的嶄新坐標(biāo)。

（天山勝利隧道豎井分布圖）

打通“地下呼吸生命線”

天山勝利隧道地處天山南麓巴音郭楞蒙古自治州和靜縣3000米海拔的無人區(qū)，此地高寒缺氧、狂風(fēng)肆虐，無水、無路、無電。施工區(qū)域位于國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)緩沖帶，生態(tài)保護(hù)紅線猶如懸在頭頂?shù)倪_(dá)摩克利斯之劍。

更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)來自地質(zhì)構(gòu)造：花崗巖地層夾雜著破碎帶、裂隙水和凍融層，如同布滿暗礁的激流?！霸谶@里，生存尚且艱難，穿鑿超長(zhǎng)隧道更是難上加難?！表?xiàng)目經(jīng)理王賀起介紹?！般@機(jī)剛開動(dòng)就遭遇涌水，冰碴混合著泥漿噴涌而出，瞬間凍結(jié)成冰柱。”在這種環(huán)境下，傳統(tǒng)鉆爆法施工效率極低，人工開挖進(jìn)度慢，施工風(fēng)險(xiǎn)高。

（2#豎井外景）

更棘手的是通風(fēng)問題?！八淼谰蜻M(jìn)越深，傳統(tǒng)洞口壓入式通風(fēng)的新鮮氣流被巖壁摩擦消耗后越無法深入?！蓖踬R起解釋道，“隧道深度超過5公里后，抵達(dá)深處掌子面的新鮮氣流已成強(qiáng)弩之末，根本無法驅(qū)散積聚的粉塵、有害氣體和悶熱濕氣?！睂?duì)于22公里級(jí)的超長(zhǎng)隧道而言，若沒有強(qiáng)大的新風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)，施工人員的生命安全將受到嚴(yán)重威脅，隧道運(yùn)營(yíng)期的行車安全也無法保障。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)經(jīng)過上千次模擬計(jì)算，創(chuàng)造性提出“三洞四豎井”立體布局方案：3條橫向主洞構(gòu)成交通動(dòng)脈，8座深井組成垂直換氣系統(tǒng)，即從隧道上方的山頂向下打豎井，相當(dāng)于給隧道開“天窗”，通過熱壓差形成天然“煙囪效應(yīng)”，持續(xù)不斷地為隧道施工注入生命所需的強(qiáng)勁風(fēng)流。

“通過這套為天山勝利隧道量身定制的施工方案，單座豎井的通風(fēng)量可達(dá)每小時(shí)200萬立方米，相當(dāng)于每分鐘置換15個(gè)標(biāo)準(zhǔn)游泳池的空氣，徹底破解了超長(zhǎng)隧道供氧難題。”黃登俠自豪地說。

（天山勝利隧道豎井通風(fēng)示意圖）

位于天山勝利隧道進(jìn)口端的2號(hào)豎井分為1號(hào)井和2號(hào)井，其中1號(hào)井使用豎向硬巖掘進(jìn)機(jī)開挖，2號(hào)井采用鉆爆法挖掘。常規(guī)隧道水平挖掘時(shí)，施工車輛可以在洞內(nèi)進(jìn)出，將產(chǎn)生的廢渣快速運(yùn)出，即便洞內(nèi)出現(xiàn)突水現(xiàn)象，水流也能順勢(shì)排出去。然而，豎井施工產(chǎn)生的廢渣和需要的物料如何運(yùn)輸，考驗(yàn)著建設(shè)者的智慧。

“無法使用車輛運(yùn)輸，我們只能靠提升設(shè)備一點(diǎn)一點(diǎn)從井下拉上來。就像從水井中打水一樣，得一桶一桶提上來?！睘跷疚鍢?biāo)豎井工區(qū)負(fù)責(zé)人于瑞斌比喻道。為此，施工團(tuán)隊(duì)搭建了高36.6米、重達(dá)330噸的井架，通過滑輪系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物料垂直運(yùn)輸。

在1號(hào)井的豎向硬巖掘進(jìn)機(jī)到位前，建設(shè)者面臨前所未有的困境：沒有傘鉆和運(yùn)渣設(shè)備，所有工序全靠人工實(shí)施?！拔覀冇昧私?個(gè)月時(shí)間才挖出40多米深的工作面，如果是常規(guī)的水平開挖施工，這個(gè)距離不到一周就能完成?！庇谌鸨笳f。豎井區(qū)域常年溫度較低，年平均氣溫為零下5.4攝氏度，極端低溫達(dá)零下40攝氏度，工人們?cè)趪?yán)寒中戴著厚手套、棉帽子，穿著厚棉衣施工，手部?jī)鰝l發(fā)。

“大國(guó)重器”硬核突圍

“天山勝利隧道2號(hào)豎井之所以備受矚目，不僅因其核心通風(fēng)功能，更在于它肩負(fù)著驗(yàn)證大直徑TBM掘進(jìn)機(jī)工法開挖超深豎井可行性的重任?！蓖踬R起感慨道。

在2號(hào)豎井施工現(xiàn)場(chǎng)，直徑11.4米的巨型豎井如深淵巨口。這里匯聚了全球頂尖的工程智慧，世界首臺(tái)高寒高海拔超大直徑全斷面硬巖豎向掘進(jìn)機(jī)“首創(chuàng)號(hào)”，承載著改寫隧道施工歷史的使命。

（“首創(chuàng)號(hào)”豎向掘進(jìn)機(jī)模型）

這臺(tái)長(zhǎng)度44米、總重1350噸的“鋼鐵巨獸”，核心元器件均采用國(guó)產(chǎn)化設(shè)備，最大鉆進(jìn)速度達(dá)每分鐘20毫米，由中交集團(tuán)自主研發(fā)，其誕生標(biāo)志著我國(guó)在隧道挖掘裝備領(lǐng)域取得重大突破，為解決高寒高海拔地區(qū)豎井施工難題提供了全新的解決方案。自主研發(fā)的錐形刀具系統(tǒng)能自動(dòng)適應(yīng)巖石強(qiáng)度變化，‘掘-排-支’一體化工藝實(shí)現(xiàn)巖屑清理與井壁支護(hù)同步完成。

最精妙的是智能撐靴機(jī)構(gòu)，24米長(zhǎng)主機(jī)如同機(jī)械足爪，在掘進(jìn)過程中交替向上撐緊井壁，提供強(qiáng)大的反作用力，保證機(jī)體穩(wěn)定并向刀盤持續(xù)輸出推力，盾構(gòu)以毫米級(jí)的精度穩(wěn)定地向豎井深處挺進(jìn)。

（“首創(chuàng)號(hào)”豎向掘進(jìn)機(jī)施工動(dòng)畫）

“整個(gè)井下作業(yè)空間實(shí)現(xiàn)了完全無人化操作，所有的控制指令均在控制中心通過智能化系統(tǒng)發(fā)出。傳統(tǒng)豎井施工需400人輪班作業(yè)，現(xiàn)在只需8人在控制室操控。”烏尉高速5標(biāo)段豎井工區(qū)主任董嘉梁展示著中央控制系統(tǒng)，屏幕上跳動(dòng)著扭矩、壓力、姿態(tài)等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)?！笆讋?chuàng)號(hào)”的應(yīng)用避免了累計(jì)超4000人次的高危環(huán)境下井作業(yè)，是在工程建設(shè)領(lǐng)域探索無人化施工的重大突破。

（“首創(chuàng)號(hào)”豎向掘進(jìn)機(jī)完成掘進(jìn)任務(wù)）

這是我國(guó)首次在大直徑硬巖深豎井中實(shí)現(xiàn)全過程全斷面機(jī)械化、智能化建造?！耙劳小讋?chuàng)號(hào)’的工程實(shí)踐，我們不僅研制了相關(guān)裝備，更首次系統(tǒng)攻克并形成了完整的大直徑全斷面豎井掘進(jìn)施工成套關(guān)鍵技術(shù)體系，彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)相關(guān)空白?！睘跷疚鍢?biāo)工程部部長(zhǎng)吳特力根介紹道。

項(xiàng)目首次主導(dǎo)編制并發(fā)布了適用于公路隧道的《公路隧道豎井施工技術(shù)規(guī)程》和《深大豎井施工定額》兩項(xiàng)基礎(chǔ)性行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，圍繞“首創(chuàng)號(hào)”形成的核心技術(shù)，已擁有5項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利、2項(xiàng)省部級(jí)工法。“這些標(biāo)準(zhǔn)、專利和工法的形成，標(biāo)志著中國(guó)已在該領(lǐng)域掌握核心話語權(quán)。”高迎可表示，“這不僅服務(wù)于當(dāng)前項(xiàng)目，更是為全國(guó)乃至全球未來在復(fù)雜艱險(xiǎn)環(huán)境下進(jìn)行深大豎井建設(shè)，提供了權(quán)威、先進(jìn)、安全、高效的中國(guó)技術(shù)解決方案和標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)?！?/p>

雪域高原的綠色答卷

“我們時(shí)刻關(guān)注著施工對(duì)周邊環(huán)境的影響，不斷優(yōu)化環(huán)保措施，確保將工程建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的干擾降到最低限度。”烏尉高速5標(biāo)段安全總監(jiān)李剛表示。2號(hào)豎井施工過程中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)從源頭到終端實(shí)施了嚴(yán)格的管控措施，優(yōu)化施工流程和材料使用，確保危廢品在運(yùn)輸和處置環(huán)節(jié)的安全與環(huán)保，徹底阻斷了危險(xiǎn)廢物對(duì)土壤和水體的污染風(fēng)險(xiǎn)。

（2號(hào)豎井施工地理環(huán)境）

2號(hào)豎井井口上方30米處即是天山雪線，周邊分布著國(guó)家二級(jí)保護(hù)植物雪蓮，同時(shí)是國(guó)家二級(jí)保護(hù)動(dòng)物北山羊棲息地，如此近的距離，施工稍有不慎就可能對(duì)生態(tài)保護(hù)造成難以挽回的破壞。李剛深知責(zé)任重大，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)建立起全天候監(jiān)測(cè)體系，每天帶著檢測(cè)儀穿梭于井架之間，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)PM2.5、噪音分貝、粉塵濃度等23項(xiàng)指標(biāo)。他說：“施工揚(yáng)塵超標(biāo)1微克就會(huì)觸發(fā)紅色預(yù)警，整個(gè)標(biāo)段馬上停工整改?！?/p>

在施工材料選擇上，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持綠色優(yōu)先原則，采用植物膠基環(huán)保泥漿，通過泥漿攜渣的方式，篩分泥漿和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)廢渣重復(fù)利用。此外，豎井的泥漿處理系統(tǒng)將泥漿處理成泥餅和稀漿，稀漿可重復(fù)利用，泥餅和渣一起處理?！笆┕そY(jié)束后，剩余泥漿可用于井壁加固及地表生態(tài)恢復(fù)，不會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成污染，實(shí)現(xiàn)了工程與自然的和諧共生?！蓖踬R起說。

（泥漿水壓濾系統(tǒng)）

2號(hào)豎井位于天山南麓阿拉溝河水源地，四周環(huán)繞著豐美的草原，項(xiàng)目征地涉及23戶牧民的牧場(chǎng)。確保牧場(chǎng)不受破壞，是項(xiàng)目對(duì)牧民的莊嚴(yán)承諾。為此，項(xiàng)目制定了《草皮保護(hù)性遷移與原生環(huán)境修復(fù)技術(shù)方案》。草甸移植工程中，為了確保草甸回鋪成活率，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)施工區(qū)5.3萬平方米草甸一一編號(hào)，將清表草皮按0.3米厚度分塊存放，移植養(yǎng)護(hù)，確保牧場(chǎng)可恢復(fù)。

面對(duì)施工中產(chǎn)生的危廢品，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)從源頭到終端實(shí)施了嚴(yán)格的管控措施，采用專用容器進(jìn)行分類收集和安全暫存，確保危廢品在運(yùn)輸和處置環(huán)節(jié)的安全與環(huán)保，徹底阻斷了危險(xiǎn)廢物對(duì)土壤和水體的污染風(fēng)險(xiǎn)。

（2號(hào)豎井周邊環(huán)境）

在節(jié)能減排方面，豎井建設(shè)的供暖系統(tǒng)也暗藏玄機(jī)?！柏Q井里的供暖設(shè)備都配備了蓄能水箱，室內(nèi)的負(fù)荷過低時(shí)，壓縮機(jī)依舊滿負(fù)荷工作，把多余冷量悄悄儲(chǔ)藏在蓄能水箱里。等冷量不夠用時(shí)，這些提前儲(chǔ)存的冷量就被釋放出來，完美補(bǔ)充主機(jī)制冷能力的不足?！睘跷靖咚?標(biāo)段豎井工區(qū)主任董嘉梁介紹道。尤其在寒冷時(shí)，室外主機(jī)化霜可是個(gè)麻煩事兒，化霜時(shí)主機(jī)不僅不能向室內(nèi)輸送熱量，還得從室內(nèi)“借”熱量。“好在有蓄能水箱，它能讓主機(jī)在不降低室內(nèi)溫度的情況下順利化霜，既保證了室內(nèi)的溫暖舒適，又提高了能源利用效率，減少了能源浪費(fèi)，為綠色施工助力不少?！?/p>

嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)帶來了顯著成效，井口周邊PM2.5濃度常年維持在每立方米18微克以下，遠(yuǎn)低于國(guó)家一級(jí)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，草甸移植回鋪成活率高達(dá)95.7%。新疆生態(tài)環(huán)境廳報(bào)告顯示，施工期未發(fā)生生態(tài)破壞事件，周邊雪蓮種群數(shù)量反增12%。

（原稿首發(fā)于《交通建設(shè)報(bào)》，圖片源自中交中南局）

作者：曹嫻

責(zé)編：謝卓芳

一審：謝卓芳

二審：曹嫻

三審：李偉鋒

來源：湖南日?qǐng)?bào)·新湖南客戶端