王安润 王昕
“呼嚓嚓……呼嚓嚓……”TBM硬岩掘进机旋转刀盘,绞碎块块岩石!
“轰隆隆……轰隆隆……”钻爆震酥沉睡的岩层,掀起一股股滔天尘烟!
狭长的隧道内,电子红绿灯指挥运渣车井然有序地穿行。天山腹部正被一米一米凿空,一个举世瞩目的大型工程——天山胜利隧道正夜以继日地推进。
不到5年时间,相当于5座南京长江大桥总长度的隧道工程就只剩下1000米,全线贯通指日可待。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。随着又一个重要的交通廊道建成,新疆的旅游空间结构将被重塑!
这个正在建设的世界最长高速公路隧道内,现代科技和建设者的智慧正奏响新质生产力的雄浑乐章。
一
乌鲁木齐至尉犁高速公路连接南北疆,是名副其实的交通大动脉。全长近320公里,桥隧比超过了40%,2019年开建以来,项目进度突飞猛进。堪称工程“咽喉”的天山胜利隧道牵动众人心,它能否顺利贯通是全线通车的关键所在。
隧道全长22.13公里,是迄今为止在建世界最长高速公路隧道,却不是天山深处的第一条隧道。上世纪70年代,在长达10年和严酷恶劣环境斗争的施工战役中,中国人民解放军筑路部队凭借着钢钎、炸药,以“血洒天山,为振国威军威”的精神创造了劈山筑路的神话,也付出了巨大的代价与牺牲,共有168位筑路官兵献出了年轻的生命,长篇小说《天山深处的“大兵”》和电影《天山行》讲述的就是这个家喻户晓的故事。
时代在变迁,筑路大环境和技术有了质的飞跃。即便如此,2017年初,登上奎先达坂的中交新疆交通投资发展有限公司董事长崔景川还是倒吸了一口凉气——这些年来转战南北,干过很多大型工程,啃下不少硬骨头,可如此复杂的地况地貌和恶劣的施工环境,还是远远超出了他的预料。
天山素有“地质博物馆”之称,施工面临“一多”“二深”“五高”的地质难题。“一多”即断裂带多,整个隧道穿越16个地质断裂带;“二深”指具备通风等功能的竖井深、隧道埋深;“五高”即高地应力、高地震烈度、高环保要求、高寒、高海拔。隧道施工段最大地应力值将近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。“施工中很可能遇到岩爆,破坏力堪比四五级地震……”专家的预判绝非危言耸听。
没有人退缩。踩着嘎嘎作响的积雪,技术人员马不停蹄地踏勘着地况地貌。天寒地冻,激情却在他们胸膛中燃烧。当年,解放军筑路官兵在这里与险峻的山石斗,与恶劣的天气斗,与狂暴的风雪斗,与难耐的寂寞斗!与他们相比,这点考验算什么?无数次激烈争论和反复论证后,一个因地制宜的科学方案——“三洞+四竖井”出台了,即两个开挖高度14米的双车道主隧道和一个直径8.4米的中导洞,加4个通风竖井。以掘进施工法打中导洞,两侧可切分出多个作业面来打主隧道,实现“长隧短打”。工程竣工后中导洞可应急或救援,物尽其用。这样一来,工期可缩短整整20个月。
最终,这个因地制宜的科学方案被采纳,奎先达坂一片欢腾!
二
“三洞+四竖井”方案开始实施。隧道由进口端和出口端两个方向对打,依次为五标段和六标段,分别由中交中南工程局有限公司和中交二公局东萌工程有限公司承建。
以钻爆法施工打两个主洞,施工队伍熟门熟路。可采取掘进施工法打中导洞麻烦就大了,它需要一种集机、电、液、光、气等系统于一体的工厂化流水线隧道施工设备——TBM巨型硬岩掘进机为技术支撑。中交天和机械设备制造有限公司此时挺身而出,接下了为中导洞“量身定制”TBM的重任。
打造TBM的队伍领命而去了,可隧道最大埋深超过了1100米,通风、排烟问题依旧首当其冲。怎么才能扫除这只“拦路虎”呢?技术人员开始了头脑风暴,随即,一个大胆的“烟筒”方案被提出来。就像人需要呼吸一样,隧道也需要一叶巨“肺”来排除烟气和尘灰,它就是竖井,从天山自上而下开凿的竖井,也是隧道的“烟筒”。有了它,整个隧道的“呼吸系统”才成立。
2号竖井深706米,比著名的广州塔还高出100多米。这根巨型“烟囱”是当今世界最深的高速公路竖井,操作稍有不慎将前功尽弃。浪费了物力财力不说,工期也耽搁不起。最能打硬仗的中交天和机械设备制造有限公司南京分公司勇敢担起承建巨“肺”的重任。“轰隆隆”,2号竖井开打!砂岩、花岗岩、大理岩……取自天山腹部的岩芯标本表明,工程的不可预测性将越来越大。1米、10米、100米……随着竖井的深入,岩芯标本渐渐超过人们的想象力,居然达到了百种。近观细看,每块石头形态各异,凿痕依稀可见,“地质博物馆”果然名不虚传。
当2号竖井如期完成,副总经理康健长长地舒了口气,悬着的心放下了。
他清楚,啃下这块“硬骨头”的意义大大超过了工程本身。深冬时节为天山造巨“肺”,绝对不是一次简单的施工,它对激励团队意志将产生深远影响。艰巨的重任是一根无形的鞭子,团队设计制造出了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,创下了全球最深“一钻成井”硬岩竖井纪录。
三
2021年7月14日,第一台TBM“胜利号”顺利进入出口端的六标段。
中交天和机械设备制造有限公司不辱使命。这台大国重器开挖直径达到84.3米,全长282米,重约2000吨,是全球首创的压注工法新型TBM。第一批构件远涉3780公里,经过7天的艰难跋涉,一路风尘抵达施工现场。通过一个多月的组装,“胜利号”发出了第一声怒吼。与此同时,另外一台TBM“天山号”也顺利进入五标段中导洞。
“轰隆隆”,在建设者的惊叹中,两个巨无霸启动了!
在施工现场,一个年轻的身影时常不离“胜利号”左右,他叫陈永刚,六标段TBM项目负责人,专业工程师。初进中导洞时,他忧心忡忡。如此复杂的地质地貌,“打眼放炮”的传统施工法会导致工程进度蜗行牛步。如果不上TBM,举足轻重的中导洞将会影响工程全局。作为TBM专业工程师,他使出浑身解数,将TBM的功能发挥到了极致。
“胜利号”能安全、快速、有效地通过不良地质段,得益于陈永刚的果断和灵活。在遍布岩爆、涌水、软岩大变形等不良地质的隧道掘进,就要依靠隧道洞外超长距离水平定向钻地质勘察技术和TBM压注式混凝土技术。前者等于为F7不良断层破碎带做了全面“CT”,提前观察和了解破碎带情况,实现了精准勘察的目的;后者则利用压注混凝土凝固和钢模板给“胜利号”罩上了一层“铁布衫”,成功突破F7断层破碎带。当陈永刚收获赞誉时,他只是淡然一笑说:这两项技术相辅相成,我们是沾了科技的光……
然而,岩层没有给陈永刚团队喘息的机会。2022年4月的一天,正举着手电筒巡查的陈永刚,突然听见“胜利号”发出异常噪音。在机械轰鸣声中,噪音犹如蚊虫低吟,一般人是难以察觉的。时刻绷紧安全弦的陈永刚立即冲到“胜利号”主轴承区域仔细查看。此时,操作手正全神贯注,丝毫没有察觉到危险!陈永刚判断,主轴承(外)密封漏油严重!漏油将导致驱动主轴承因润滑不足而产生磨损,继而会导致刀盘无法正常运转。飞速旋转的刀盘一旦脱落,后果不堪设想。陈永刚拿起对讲机接通了操作室:快!立即停止施工,马上查看刀盘受损情况!轰鸣的“胜利号”停了下来,操作手打开主轴承密封盖,不禁冷汗直冒!
接下来如何停机密封修复?一种意见是,停止掘进成本太高,能否边修复边施工?这样做的好处是,既不耽误工程速度,还有效节约了成本。陈永刚坚决不干!因为此时的“胜利号”不能有丝毫的移位,即使是轻微的移动,也会造成刀盘与设备对接不准确,带来的损失更大!一时间,会议室里的空气仿佛凝固了,所有的目光齐刷刷看向项目负责人李亚隆。他没有马上表态,而是站起来走到窗口。窗前是起起伏伏的奎先达坂,一如他此时的心情。在这短暂的时间里,他综合了各方面的意见,也回顾了自己丰富的施工经验。他扭过身子回到桌前,亮明了态度:“胜利号”是我们六标段施工的命门,必须保证它的良好状态!作为项目负责人,我赞成永刚同志的意见……
在长达50多天的时间里,陈永刚跟同事们通宵达旦,查阅资料、进行预测、反复研讨,最终确定了锚杆打孔,在刀盘下方进行辅助支垫并修复密封的方案。方案的确定颇费周折,实施的过程也丝毫不轻松。中导洞里,修复团队已经没有昼夜的概念。陈永刚除了抽空虚心向专家求教外,一直与大家一起并肩战斗。无数次调试,修复团队早已精疲力竭。在陈永刚的鼓励下,修复团队终于迎来成功的那一刻:主轴承密封被成功修复,“胜利号”发出久违的轰鸣。
端坐“胜利号”控制台前的六标段操作员张武清全神贯注。2020年8月6日,“胜利号”装机完成、开始作业以来,他就和团队其他成员一起夜以继日地挖掘前进。他时刻关注着监控系统显示的画面和各个系统运转情况,及时检查碎石形态。一旦发现进入疏松地质带,就要及时调整参数设置,降低刀盘转速、降低推进力度等,防止塌方事故。正是这种严谨的工作态度,确保了工程环环相扣、顺利推进。
张武清是第一次来新疆,就赶上了千载难逢的机遇。他对李亚隆说:用4年施工现场的坚守,换来又一条贯穿天山南北的通途,值!
李亚隆这个主帅,是从普通测量员干起的,不到10年时间成长为项目经理。2017年,他主动请缨,远赴2000多公里外的大西北,在奎先达坂上立誓:无论多么艰难,都要让这条天路走进现实。
从前期论证、方案设计到启动施工,再到如今中导洞掘进突破,李亚隆他们遇到的“拦路虎”不计其数。他带领团队克服高海拔、低气温等恶劣环境,调动一切资源,组织项目骨干对国内类似项目进行调研、现场参观学习。2020年8月7日,中导洞TBM率先始发,他们昼夜奋战,让TBM成功穿越多个不良地质段,先后攻克4.8公里长距离反坡排水等多项“卡脖子”难题,创造了单日最大进尺33.15米和单月最高进尺500.2米的施工纪录。2023年12月5日,六标段全体员工率先完成天山胜利隧道的服务隧道出口端至中点的施工任务,为隧道贯通奠定了坚实基础。
涌水是出口端建设贯穿始终的最大难点之一,巨量积水不及时排出,将造成淹机风险。李亚隆多次召开会议研究论证,最终确定采用阶梯式排水法解决积水难题,顺利将涌水排出洞外。眼下,工程到了冲刺攻坚阶段,李亚隆密切关注每个施工点位进展,采用24小时轮班作业,人换机不停,确保隧道施工稳步推进。
在隧道的另一个端口内,“天山号”以平均日推进3米多的速度抢工期。哪知,掘进至1900米处时,遭遇了施工以来最大“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,造就了其特殊的“易碎”体质。
五标段总工程师黄登侠非常懊丧,TBM不是万能的,它不怕“硬”,也无惧“软”,就怕这种“时硬时软”的岩层!情况万分危急,坍塌、突泥、涌水接连出现,掘进机面临卡机风险。技术人员集思广益,黄登侠苦思冥想,突然,一个“异想天开”的思路像一道闪电划过,拨开了大家眼前的迷雾。黄登侠一拳擂在会议桌上:怕什么?改变不了施工环境,咱就改变应对方法,来他个以柔克刚!
传统钢拱架作为围岩支护,难以抵抗强烈的挤压力。黄登侠带领团队通过反复模拟受力,研发出了70厘米厚的泡沫混凝土,以此作为减震吸能结构。这项技术创新实施后,有效吸纳了地质活动产生的能量,助力“天山号”顺利穿越断层。
2023年4月11日,随着“天山号”刀盘隆隆转动和隧道主洞内此起彼伏的爆破声,五标段又迎来重要节点。左洞累计开挖进尺已达5133米,右洞累计进尺4854米,中导洞累计进尺8042米,三洞开挖累计进尺已达18029米,顺利突破18公里大关。
四
乌尉高速公路2019年开工以来,各路建设者已逾万人;天山胜利隧道2020年上马后,有3000余人日夜奋战在隧道中。
这是一项前所未有的超级建设工程,隧道长度、工期、质量、人员管理、车辆调度……无时不在考验着建设团队的意志和睿智。六标段项目总工程师毛锦波深有感触地说:“每天睁开眼睛,已经有问题等着你,而且刻不容缓!当然,我们的队伍无一例外地得到了锻炼。这样的机会百年不遇!”
毛锦波是位实力雄厚的知识分子。伴着隧道内的隆隆爆破声,“2022年度最美科技工作者”的荣誉桂冠落到他的头上。在天山胜利隧道工程中,毛锦波的4个“首次”为这项荣誉做了最好注解。首次提出TBM中导洞+双主洞钻爆法组合工艺“长隧短打”施工技术;首次提出一种用于TBM无轨物料运输的多功能胶轮车;首次提出一种浅孔松动控制爆破技术+上下台阶分部开挖的横通道施工方法;首次提出一种隧道洞外超长距离水平定向钻地质勘察施工方法。
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。
工程规模浩大、人员五湖四海、设备量身定制,一切都是前所未有,一切都需打破原有的思维定式,一切都要超常规运作。管理学,向每一位项目负责人发出了“路考卷”。不深入调研、大胆实践、小心求证,是绝对通不过的。
六标段项目党支部书记侯永川对新的组合工艺颇有心得:它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。这样一来,施工作业面增加了,掘进速度提升了,但也带来了复杂的管理难题。
有多难?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”。
侯永川和毛锦波共同的体会是:施工难度很大,但管理组织更难,是精细活。千言万语归结到一点,确保车辆畅通行驶是终极目标。
这是天山胜利隧道车辆管理的第一道难关。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。结合车辆配置、载重情况和行驶速度等指标,毛锦波带领团队探索在隧道施工中设置红绿灯,经过反复试验,此法效果极好。一架、两架……在车行横洞与主洞、中导洞交会处,他们先后安装了8架红绿灯,通过流量管理增强通行能力、提高施工效率。
那一天已近凌晨,再过几分钟就是“五一”国际劳动节了。
洞外夜色如墨、万籁俱静,洞内却灯火通明、车水马龙。一架红绿灯正在指挥交通,但见出渣的、运料的、载人的,各式车辆来回进出、秩序井然。显然,红绿灯运转是正常的,科学管理的优势被毛锦波团队发挥得淋漓尽致。
数字化监控指挥中心偌大的显示屏上,跳动着至关重要的数据。当前施工人数、洞内车辆、所处位置等等应有尽有,一目了然。这个智能交通调度系统,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。不仅如此,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。
五
天山胜利隧道进口端位于天山北麓胜利达坂,毗邻国家1号冰川,以及新疆重要水源地——乌鲁木齐河。这里生态环境比较脆弱,环水保等级高。成片的高原草甸和人迹罕至的原始生态环境,是雪豹等珍稀野生动物的乐园。
早在初步选线阶段,乌尉高速公路的线位就绕开了国家1号冰川,避免隧道通风产生的热效应破坏冰川生态。施工开始后,五标段面临这样一个现实: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,加之施工排出的污水,用巨量概括丝毫不为过。
水,市民须臾不可或缺,不能有半点污染;
工程,造福各族人民,施工废水必须排除。
能否既确保工期不受影响,又做到施工“零污染”?五标段项目党支部书记鲁泽建发动员工献计献策,最终确定了一个行之有效的方案:通过综合处理施工废水,确保实现循环利用。
断裂带中涌出的裂隙水是清水,水质不受施工影响;施工建设产生的含有油类、氨氮等物质的废水,污染性大,必须重点处理。一个“清污分流”策略对水体分而治之,难题迎刃而解了。
隧道建设过程中,他们修建了水流收集池,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。在中导洞洞内和隧道进口端30米处,3座废水处理厂源源不断接收着分流后的施工水。3座处理厂各有侧重,通过相互配合实现精细化废水处理。
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,工作人员每隔一到两周,就对处理后的水质进行检测。
鲁泽建不无自豪地说:检测结果表明,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。污水变废为宝,节能又环保。
这时,一辆洒水车正缓缓驶过。鲁泽建告诉我们,洒水车水罐装的就是处理后的废水,没有任何副作用。在音乐声中,洒水车不断喷洒着水雾。阳光下的水雾闪着斑斓的色泽,极像雨后彩虹。
比彩虹更美的是鲁泽建团队强烈的环境保护意识。施工区内,便道硬化,车辆加装了尿素净化尾气排放装置,洒水车在降尘,对大气污染进行全过程治理。隧道内,供暖设备均安装了蓄能水箱,洞渣外运时全部采用皮带机传送,为的是节省运输时间和能耗。为确保危废品处理合理、合格、合规,从源头到终端全部交给专业团队负责。
向岩层宣战之时,建设者没有留下一处污染死角。
六
2024年3月6日,当我们走进奎先达坂上的六标段项目经理部时,顿觉一股春风扑面而来。这是天山胜利隧道的出口端,更是项目的枢纽。且不说错落有致的布局,迎风飘扬的五星红旗和提振士气的宣传标语,已让人热血沸腾。
进进出出的年轻人操着不同口音,精气神十足。办公室主任邓凌东告诉我们,年轻人是施工主力军。话音未落,几个年轻人风尘仆仆地回来了。
戴着眼镜的范泽瑞,文绉绉的,哪像个TBM直属队副队长?26岁的他,隧道开工那天就来了。他说,TBM掘进过程中,从掘进组织、设备维保、喷射支护、参数调整,每一个细节、每一个螺丝都可能影响到TBM整体运行。每天冲在隧道的最前端,就是范泽瑞的日常工作。5年下来,他由最初的普通技术员,一直干到掌管“大国重器”的管理人员,其间的酸甜苦辣不言而喻。
24岁的李斌是项目测量员。每天,他在隧道掌子面施工放样、监控量测。通过对原始记录的分析,掌握围岩动态,并对围岩稳定性和安全性做出评价,为施工提供指导。他说,毫厘之间精心雕琢,为工程的推进发挥好指路、指方向、控精度作用,就是自己最大的乐趣。
25岁的李娟,文文静静,可镜片后面的目光是犀利的,因为她是项目试验员。在一次整理现场试验检测资料时,她发现仰拱预制块回弹检测结果中有一组试验数据异常。为确保试验数据的准确性,她提议避免在钢筋附近进行回弹检测。随之剔除了异常数据,加大了试验检测频率,确保了检测数据的万无一失。
刘思奇,25岁,项目安全员。每天,他要守在隧道口为工人们测体温、做登记,对现场人员的安全进行教育和交底,大到机电设备、高空作业安全,小到劳动保护用品的佩戴方式。检查中如果发现问题,他会在第一时间要求劳务班组整改。时间长了,难免发生争执。也怪,血气方刚的年轻人总能以理服人,达到整改目的。
24岁的质检工程师林峰,长着一双大长腿,他负责双主洞的质量检查及控制工作。混凝土修饰、标高控制、拱架间距……都在他的质检范围内。在施工现场,他会时常挥动一柄质检锤一丝不苟地工作,角角落落光看不行,他要对照图纸实地测算验证才过关。
这些年轻人大都来自青山绿水之地,登上海拔3000多米的奎先达坂之日,就把自己交给了这项伟大的工程。这里除了皑皑积雪和裸露的山脊,几乎看不到绿色。在这里,唯有使命和责任与他们朝夕相伴。
一些两鬓斑白的工程院院士先后登上奎先达坂实地考察,对天山腹地的创举由衷赞叹。著名结构工程专家、中国工程院院士周绪红表示:天山胜利隧道的建设规模和难度之大,在全中国乃至全世界都是前所未有的。在工程装备、项目管理方面都取得了突破,在生态环境、信息化、智能化集成方面则起到了示范引领作用。特别是工程设备国产化和软件自主化方面,解决了很多难题!
2024年9月22日,一个振奋人心的消息从奎先达坂传来,天山胜利隧道出口端双主洞独头掘进均突破11公里。这是建设者们献给新中国成立75周年的最好礼物,也是隧道工程全线贯通指日可待的有力佐证。
天山腹地,令人惊叹的中国力量正推动天山胜利隧道工程,向着胜利的红飘带冲刺!
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