“天山雪后海風寒，橫笛偏吹行路難”。“一山橫亙界南北，萬古奇雄塞大荒”。馳名中外的天山山脈橫貫新疆東西，高原雪山，艱險絕美，自古以來即為人稱道。由中交天和自主研制的全球首創(chuàng)新型壓注式工法(TBM)硬巖掘進機“天山號”“勝利號”和世界首創(chuàng)應用于高寒、高海拔地區(qū)的大深度、超大直徑硬巖豎向掘進機“首創(chuàng)號”正在進行一場前所未有的“穿越天山”之旅。
天山勝利隧道是國家“一帶一路”重點項目烏尉高速公路控制性工程，有“一長、一多、二深、五高”顯著特點。“一長”，是指全長22.1公里，為目前世界最長高速公路隧道。“一多”，是指斷裂帶多，穿越16個復雜的地質(zhì)斷裂帶。“二深”，是指豎井深，2號通風豎井深707米，為目前世界最深高速公路通風豎井;隧道埋深深，最大埋深1112.2米。“五高”，是指高地應力、高地震烈度、高寒、高海拔和高環(huán)保要求，其中：地應力最高達21.8兆帕，相當手指甲大小巖石需承受218公斤重量，極易引發(fā)巖爆現(xiàn)象，其震動烈度堪比四級地震。惡劣的自然環(huán)境和復雜的地質(zhì)狀況，傳統(tǒng)礦山法和單一敞開式TBM工法均難滿足掘進要求。
山勝利隧道出口段現(xiàn)場
為順利掘進天山勝利隧道，中交天和在世界范圍內(nèi)首次創(chuàng)新性融合敞開式TBM掘進機與壓注式混凝土工法，使“天山號”“勝利號”同時具備兩種掘進模式和三種支護方式，即：對較好圍巖條件采用敞開式工法掘進(TSA)模式;對破碎帶、軟弱圍巖、巖爆地層采用單護盾鋼模板壓注式混凝土支護掘進(TE)模式;對極破碎帶、軟巖大變形、強巖爆地層采用單護盾鋼管片支護掘進(TS)模式，避免塌方對作業(yè)人員和工程設備帶來安全風險，確保在大變形、強巖爆、多斷裂帶等復雜地層下安全、環(huán)保、高效地掘進。“勝利號”“天山號”開挖直徑8.43米、全長282米、重量約2000噸，國產(chǎn)化率98%以上，是建設天山勝利隧道的最關鍵裝備。
勝利號現(xiàn)場組裝
TBM始發(fā)掘進
“天山號”“勝利號”已獲發(fā)明、實用新型專利合計20余項。經(jīng)中國機械工業(yè)聯(lián)合會鑒定，壓注式混凝土工法成果已達國際先進水平，其中的壓注式混凝土支護工法技術、雙模式TBM裝備技術達國際領先水平。“勝利號”日掘進最高達35米、月掘進最高達528米，創(chuàng)造了大直徑TBM在高寒、高海拔、高地應力環(huán)境的掘進新紀錄;“天山號”戰(zhàn)勝坍塌、突泥涌水等世界性難題，在山體涌水多、斷裂帶核心區(qū)日涌水量達10000立方米情況下，安全穿越最大斷層—F6斷層(博阿斷裂帶)，解決了隧道開挖的最大攔路虎，為后續(xù)掘進貫通和全線通車創(chuàng)造了條件。目前“勝利號”“天山號”已掘進成型合計18145米，超過中導洞總長的83%，現(xiàn)正以日均30米的速度快速掘進。
天山號步進
2號豎井地處天山之巔，最低氣溫零下40余度，海拔3660米，巖石強度超200兆帕，為目前世界最深高速公路豎井，也是世界首個一次開挖成型的超大直徑硬巖大深度豎井。因自然環(huán)境惡劣、地質(zhì)狀況復雜且建設標準高，中交天和在世界范圍內(nèi)首次將TBM破巖石工藝與傳統(tǒng)鉆進完美結合，成功研制世界首創(chuàng)高寒高海拔、大深度、超大直徑硬巖豎向掘進機——“首創(chuàng)號”。該掘進機刀盤直徑11.4米，裝機功率4500千瓦，整機高度44米，整機重量1350噸，額定扭矩8913千牛·米。采用全智能化掘進技術，零部件實現(xiàn)全國產(chǎn)化，是中交天和自主研發(fā)、創(chuàng)新發(fā)展的又一重大科技成果，實現(xiàn)超大直徑豎井一次性開挖成型，也滿足了豎井掘進的機械化、自動化和智能化需求。
勝利隧道二號豎井現(xiàn)場
目前，大直徑豎井多采用分級擴挖技術，“首創(chuàng)號”則采用掘進、排渣、支護相結合的全新鉆井工藝，避免傳統(tǒng)鉆爆法擾動巖石，實現(xiàn)井內(nèi)掘進無人化作業(yè);配置自主研發(fā)的垂直導向系統(tǒng)，垂直精度控制在2毫米內(nèi);碎石經(jīng)泥水循環(huán)系統(tǒng)排出，避免排渣揚塵等對天山生態(tài)造成污染，大大提高了掘進速度，掘進的安全性環(huán)保性明顯增強。目前，“首創(chuàng)號”獲發(fā)明專利、實用新型專利25項。
掘進現(xiàn)場氣候極其惡劣，尤其是冬季，平均風速7-8級，最低氣溫零下40余度，甚至“呵氣成冰”。氧分壓僅為海平面的60%，在高寒低氧環(huán)境下，作業(yè)人員極易出現(xiàn)胸悶、心悸頭疼、失眠等高原反應，設備作業(yè)效率僅為平原地區(qū)的60%。中交天和配備一支80人的專業(yè)團隊，他們胸懷天山勝利隧道早日貫通的夢想，克服高寒、高海拔、強紫外線等因素影響，發(fā)揚“凝心聚力干大事”的擔當精神、“咬定青山不放松”的實干精神和“特別能吃苦，特別能戰(zhàn)斗”的奉獻精神，堅守天山之巔，奮戰(zhàn)掘進現(xiàn)場，以實際行動踐行國家“一帶一路”戰(zhàn)略。
近年來，中交天和科技創(chuàng)新成果豐碩，與成熟的研發(fā)體系、強大的建造能力和高效的售后服務密切相關。中交天和現(xiàn)擁有一支近200人的盾構機研發(fā)團隊和世界最大、最完善的盾構機建造基地，年均研制盾構機超160臺(最大刀盤直徑超18米)，幾乎涵蓋TBM、泥水、土壓、雙模、復合式、敞開式、豎向掘進、救援掘進盾構機等全部機型。在盾構隧道工程設置部(配)件庫，可快速實現(xiàn)部(配)件更換，掘進效率大大提高;配置由盾構機長和液壓、電氣、土建、檢測等工程師組成的技術團隊，全天候提供現(xiàn)場保駕服務，快速預測、分析、控制和處置故障風險。
天山勝利隧道作為新疆烏尉高速公路的“咽喉”工程，建成后來往車輛穿越天山僅需約20分鐘，這將有效打通南北疆交通運輸屏障，徹底告別翻山越嶺、危險四伏的漫長旅程，烏魯木齊至尉犁兩地行車時間將由7小時縮短至3小時，對推動國家“一帶一路”建設、加強南北疆聯(lián)結融合和推動新疆經(jīng)濟社會發(fā)展具有重大現(xiàn)實意義和深遠歷史意義。
(來源：中交天和)
