拿什么治疗世界最长高速公路隧道的“玻璃心”？

当脆弱易碎的玻璃心
遇上铁石心肠的金刚钻
会是什么结果？
由中交一公局集团参建的
乌尉高速公路天山胜利隧道
全长22.1公里
是世界最长的高速公路隧道
然而，这条超级隧道却有一颗“玻璃心”
那就是“F6断层”
这是全隧施工中最危险的一条断裂带
包含的10余种岩石
造成其复杂多变的地质特性
再加上丰富的地下水
使得施工过程中岩层极易变形
发生突泥、涌水及大规模坍塌
如同一颗易哭易破碎的“玻璃心”
是隧道施工的最大拦路虎

天山胜利隧道复杂到令人眼花缭乱的岩层分布图


 怎么办？
是选择投入大、耗时长达300天
但相对稳妥的“保守治疗”
还是另寻他法？
为了早日打通乌尉高速的“咽喉”通道
艺高人胆大的交通人
迎难而上
操作“天山号”TBM这台“金刚钻”
一路探索着、奋战着

仅用80天的时间
于2021年8月23日
成功穿越F6断层
为后续隧道施工
积累了经验，振奋了士气！
他们是怎么做到的？
走，带你探秘
“基建狂魔”的高超手艺

隧道建设最大“拦路虎”

天山胜利隧道施工
共要穿越16处断裂带
其中，横亘在隧道进口端1900米处
的博罗科努-阿其克库都克断裂带
是一条时刻以
不同深度、变形行为和运动方向
不断运动的
复合区域深大断裂

F6断裂带示意图

博-阿断裂带
影响天山胜利隧道范围的部分
被命名为“F6断层”
它的影响宽度长达440米
也是全隧影响范围最大的断裂带

“超级变变变”

断裂带是地壳不断运动的结果
往往地质复杂多变
F6断层包含片麻状花岗闪长岩、
碳质板岩、石英片岩等10余种岩石
被地质学家称为“地质博物馆”

不仅如此
F6断层及周边区域的
最大地应力值达21.8兆帕
相当于1平方厘米岩石
要承受218公斤的重量
超过一般岩石承载力50倍以上
这也意味着
掘进过程中
更加容易发生围岩变形、坍塌

断层塌腔

不同岩层相互交错运动
活跃的地质活动
造就了F6断层“超级变变变”的特质
随之而来的是
项目团队必须频繁调整
施工方式、技术手段
大大提升了施工组织难度

超前探测“把脉”

在通过F6断层
最为破碎100米核心区域时
项目团队采用水平定向钻
超长距离穿越断层带
进行取芯及孔内综合测试
探明前方地质情况及水文条件
为施工建设提供更精准的地质信息
这项勘察工艺
在国内公路施工领域还是首次使用

水平定向钻钻取样芯

同时，对断层及周围地质情况
进行24小时监控
暂缓较近作业面施工
减少对F6断层的扰动
为安全穿越提供保障

挑战最难施工方案

你有“玻璃心”
我有“金刚钻”
虽然采用传统方式掘进
更加稳妥
但投入大、耗时长
项目团队毫不犹豫选择了
施工难度极具挑战性
但最为节省时间、投入的方案
操作“金刚钻”——
TBM（硬岩盾构机）直接掘进

TBM掘进示意图


敢于挑战的底气
源自于丰富的经验、优质的资源
以及绝对的实力
采用TBM可实现
复杂地质条件下安全快速掘进
速度是传统方式3～10倍
可有效应对天山胜利隧道
尤其是F6断层
复杂多变、易发生涌水
塌方险情的的地质环境
还可实现自动初期支护安装
减少作业人员投入
进一步降低安全风险

加快掘进与时间赛跑

7月中旬
穿越F6断层来到最为破碎的核心段
洞内日均涌水量2000立方米
最高达3200立方米
能注满近30个标准游泳池的隧道
不少多年施工经验的管理人员
也是第一次遇到
虽然身着雨衣
冰凉的裂隙水也会顺着领口淌湿衣服
大家一天换3套衣服是常态
大量的涌水下
向前掘进越慢
涌水会冲刷下更多的山体
TBM更将寸步难行
安全风险也将进一步扩大
不仅如此
塌方问题也在时时困扰项目建设者
F6断层靠近南、北天山地震带
具备7级地震的构造条件
自有记载以来的1863年至今
发生4.7级以上地震61次
最大的一次震级达到7.7级
地质构造极为破碎

钢模板加固

涌水更加增添塌方风险
穿越过程中
发生了大小塌方3次
最大一次塌方量近1000立方米
塌方石块可铺满两个多篮球场

清运塌方石块

怎么办？
建设者们从施工组织、技术方案、
安全方案、机械保障上给出了
一套全方位的施工模板
加强隧道支护
加快涌水抽排速度
迅速清运塌方石块
使用高性能压注式混凝土回填塌腔
一系列预案齐上阵
安全加快TBM推进

型钢加固纵向连接

在项目团队
边调整边掘进的灵活战术下
8月23日
“天山号”TBM
穿破F6断层最后一米影响范围
历经80天
成功穿越F6断层
啃下隧道施工建设最大“拦路虎”
隧道施工建设驶入快车道
不久后
承载着希望的“天山号”TBM
将会与姊妹号“胜利号”TBM相遇
由此开启天山胜利隧道
“长隧短打”的新征程
为新疆南北创造新的连接

编辑：程子研

审核：余大鹏 范圆圆

 来源：高速公路管理学院
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