在陜西商洛，西嶺隧道項目團(tuán)隊突破Ⅰ級高風(fēng)險隧道建造極限——在“地質(zhì)博物館”里智能掘進(jìn)(工匠絕活·我在重大工程一線)

秦嶺腹地，云海蒼茫。在層巒疊嶂之間，一座巨型隧道洞門如鋼鐵巨龍般昂首挺立——這便是今年4月11日貫通的新建陜西西安至湖北十堰高鐵(以下簡稱“西十高鐵”)控制性工程西嶺隧道。

作為西十高鐵穿越秦嶺山區(qū)最長的Ⅰ級高風(fēng)險隧道，西嶺隧道以±1.7毫米的橫向精度、±3.1毫米的縱向精度、±5.6毫米的高程精度貫通，標(biāo)志著西十高鐵建設(shè)取得了關(guān)鍵性進(jìn)展，為后續(xù)無砟軌道施工奠定了堅實基礎(chǔ)。

打通雙線36.115公里的Ⅰ級高風(fēng)險隧道創(chuàng)新應(yīng)用，把巖層當(dāng)“豆腐”切

西嶺隧道，位于陜西省商洛市商州區(qū)境內(nèi)，地處秦嶺低中山區(qū)，是西十高鐵全線最長的Ⅰ級高風(fēng)險隧道，創(chuàng)造了我國高鐵Ⅰ級高風(fēng)險隧道的最長施工紀(jì)錄。

“西嶺隧道設(shè)計為雙洞單線隧道，雙線總長36.115公里，猶如‘地下長城’，需要采用4座斜井、20個工作面同時施工。這里的地質(zhì)條件之復(fù)雜，堪稱一座‘地質(zhì)博物館’。”中鐵七局西十高鐵3標(biāo)二分部總工程師何心德介紹，“隧道穿越6類圍巖、2處大型斷層、8處褶皺、5公里的軟巖大變形、10處洞身淺埋段，施工過程中，我們時刻面臨著微瓦斯溢出、巖溶、突涌水、順層坍塌等風(fēng)險。”

地質(zhì)條件如此復(fù)雜，如何保證施工安全和質(zhì)量？項目建設(shè)團(tuán)隊創(chuàng)新施工路徑，采用了數(shù)字化施工體系，通過BIM建模和無人機傾斜攝影技術(shù)，構(gòu)建了厘米級精度的數(shù)字隧道模型；投入智能襯砌臺車、焊接機器人等智能裝備，形成了全方位的機械化施工網(wǎng)絡(luò)。

尤其在淺埋段施工中，由于覆土薄、巖層變化頻繁且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，團(tuán)隊采用配備智能壓力傳感系統(tǒng)的懸臂掘進(jìn)機。“機械臂能實時感知巖層變化，自動調(diào)節(jié)掘進(jìn)參數(shù)，不僅能將噴射混凝土超耗率降低40%，還能降低隧道坍塌風(fēng)險。”何心德說，“這相當(dāng)于把巖層當(dāng)‘豆腐’切，在‘薄如蛋殼’的淺埋層實現(xiàn)‘零擾動施工’。”

復(fù)雜的地質(zhì)條件也為隧道通風(fēng)制造了更多難題。“西嶺隧道作為長大隧道，實現(xiàn)通風(fēng)本就不易。”何心德指著3號斜井洞口的風(fēng)機說，“經(jīng)過走訪調(diào)研和考察學(xué)習(xí)，我們決定根據(jù)不同施工階段調(diào)整通風(fēng)設(shè)計。”

考慮到斜井長1.6公里，斷面小，團(tuán)隊選擇高效率的智能風(fēng)機，配置低風(fēng)阻的風(fēng)袋，在通風(fēng)距離大于1公里時，運行功率是普通風(fēng)機的1/4，且噪聲較小，不會影響正常施工過程中大家的交流。

然而，斜井進(jìn)入正洞施工后，轉(zhuǎn)變?yōu)?個掌子面，也就是開挖坑道過程中不斷向前推進(jìn)的工作面。施工人員發(fā)現(xiàn)，若仍按原設(shè)計采用4臺風(fēng)機、布設(shè)4條風(fēng)袋分別通風(fēng)，通風(fēng)管道會在這個斜井小斷面輔助坑道占據(jù)過大的空間，導(dǎo)致施工機械設(shè)備難以通行。“那個時候，我先在隧道里仔細(xì)觀察，然后回到辦公室組織技術(shù)人員一起反復(fù)論證措施可行性，最后采用兩臺風(fēng)機承擔(dān)4個掌子面的施工通風(fēng)，在斜井范圍采用兩條風(fēng)袋，進(jìn)入正洞再一分為二，借助流體力學(xué)理論建立模型對風(fēng)量、風(fēng)壓進(jìn)行檢算，確保掌子面風(fēng)量充足。”何心德至今記憶猶新。

這樣布設(shè)管道，通風(fēng)、通行問題都解決了。為了確保通風(fēng)效果，技術(shù)人員還專門組成課題小組，研究如何保證4個掌子面的回風(fēng)，減小相互干擾，根據(jù)掌子面空氣質(zhì)量自動調(diào)節(jié)風(fēng)量風(fēng)壓。目前，團(tuán)隊關(guān)于通風(fēng)方面的研究已經(jīng)形成2篇技術(shù)論文，并在行業(yè)核心期刊上發(fā)表，獲得2項國家專利和1項陜西省省級工法。

創(chuàng)造1/256800的相對閉合差精準(zhǔn)監(jiān)測，摸清巖層的“脾氣”

在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中解決掘進(jìn)難題，為項目建設(shè)奠定了重要基礎(chǔ)，而確保這條隧道在秦嶺山脈深處實現(xiàn)高精度貫通，則對測量和控制技術(shù)提出了嚴(yán)苛的要求。

團(tuán)隊采用了先進(jìn)的斷面掃描儀——3D激光掃描儀。以前的斷面儀一次只能掃一個斷面，用時10分鐘；而3D激光掃描儀可以采集60米范圍的斷面數(shù)據(jù)，可按30厘米切取一個斷面，取點間距20厘米，也只需要10分鐘。這極大地提高了斷面掃描效率，幫助施工人員掌握現(xiàn)場開挖情況，并能及時調(diào)整爆破參數(shù)，持續(xù)控制開挖掘進(jìn)水平。

“為了摸清巖層的‘脾氣’，我們還構(gòu)建了‘三位一體’智能探測體系。”項目工程部部長鄭向南介紹，地質(zhì)雷達(dá)與超前鉆探組成“地質(zhì)偵察兵”，像做“微創(chuàng)手術(shù)”一樣取芯分析；運用TSP地震波法進(jìn)行巖體“CT掃描”，預(yù)測斷層參數(shù)指導(dǎo)支護(hù)設(shè)計；動態(tài)監(jiān)測平臺作為“智慧大腦”，在巖體完整性指數(shù)低于0.3或地下水流量突破10立方米/小時閾值時，會立即發(fā)出警報。

2023年7月的一場暴雨，檢驗了這套系統(tǒng)的可靠性。隧道出口邊坡突然發(fā)出2.3毫米/小時的位移警報，團(tuán)隊立即啟動了由50臺光柵水準(zhǔn)儀組成的智能監(jiān)測網(wǎng)。“過去遇到雨天，人工監(jiān)測經(jīng)常受限，儀器損壞也是常事?，F(xiàn)在，即使0.1毫米的細(xì)微變形，也逃不過‘電子眼’的捕捉。”項目測量員李曉林輕點平板電腦，邊坡的三維模型清晰呈現(xiàn)，每一處細(xì)微位移都被精準(zhǔn)定位和記錄。

不僅如此，針對不同地質(zhì)特性，團(tuán)隊研發(fā)實現(xiàn)了全站儀毫米級精度追蹤變形動態(tài)、創(chuàng)新三臺階微震爆破工藝等差異化“診療方案”。在攻克3號、4號斜井小半徑轉(zhuǎn)彎測量難題時，團(tuán)隊更是創(chuàng)新采用“全導(dǎo)線網(wǎng)”方案——在隧道兩側(cè)交叉布設(shè)4組棱鏡，讓每個測點參與多個閉合環(huán)平差計算，用冗余觀測“馴服”誤差。

2023年4月，團(tuán)隊首次在8號控制點進(jìn)行實測。當(dāng)計算結(jié)果從屏幕上跳出的那一刻，現(xiàn)場爆發(fā)出歡呼——相對閉合差達(dá)到驚人的1/256800！這項技術(shù)成果此后取得國家專利并獲評省級工法，專家評審認(rèn)為，該成果“開創(chuàng)了復(fù)雜線型隧道精準(zhǔn)測量的新范式”。

實現(xiàn)12分鐘的緊急撤離緊密銜接，構(gòu)成一張無形的“安全網(wǎng)”

“突涌水！全員撤離！”2022年寒冬的一個深夜，3號斜井突然響起的警報聲劃破夜空。項目現(xiàn)場副經(jīng)理孫建軍回憶：“聽見警報，我立即摁下了‘紅色停止鍵’，應(yīng)急照明瞬間把隧道點亮了，20名工人沿著墻上的熒光標(biāo)識成功撤離，整個過程只花了12分鐘。”人員撤離后，總排水能力達(dá)600立方米/小時的系統(tǒng)如同地下排水“大動脈”，將突發(fā)的涌水轉(zhuǎn)化為可控水流，確保了隧道施工進(jìn)度不受影響。

驚心動魄的搶險背后，是團(tuán)隊“預(yù)防—預(yù)警—處置—恢復(fù)”全鏈條應(yīng)急機制的成功實施。從發(fā)現(xiàn)險情到控制局面，每個環(huán)節(jié)都緊密銜接：每隔50米設(shè)置的應(yīng)急照明設(shè)備指示了生命通道，200千瓦的發(fā)電機保障了排水動力，針對員工的定期演練提升了應(yīng)急能力，而與地方醫(yī)療、消防部門建立的聯(lián)動協(xié)議“雙保險”，則為救援上了最后一道鎖。

“安全不是靠運氣，而是靠體系。一個成熟的全鏈條應(yīng)急機制，能構(gòu)成一張無形的‘安全網(wǎng)’。”項目安全總監(jiān)殷雨說。他身后的電子屏上，實時顯示著隧道各段的監(jiān)測數(shù)據(jù)，記錄著這座“地質(zhì)博物館”每一寸空間的細(xì)微變化。

夕陽下，商洛市楊峪河鎮(zhèn)的村民們望著隧道口，聊了起來：“通車后，孫子去西安上學(xué)就方便多了”“村里的山貨興許能賣個好價錢”“真是不敢想啊，很多年前，我們?nèi)ノ靼仓荒茏蟀蛙嚕皆綆X，十幾個小時才能到”……

機械的轟鳴聲在隧道中回蕩，這條穿越秦嶺的鋼鐵長龍，將載著山區(qū)群眾的希望，通往更加美好的未來。

(胡苗苗參與采寫)

■延伸閱讀西嶺隧道建設(shè)難點何在？

西嶺隧道是西安至十堰高速鐵路的全線控制性工程，具有以下特點：隧道結(jié)構(gòu)采用雙洞單線設(shè)計，雙線總長度達(dá)36.115公里，是目前全國高鐵已貫通項目中總施工長度最長的Ⅰ級高風(fēng)險隧道；洞身穿越泥巖、砂巖、石英片巖等6類巖層，途經(jīng)2處大型斷層、8處褶皺構(gòu)造帶及10處淺埋段，集中了巖溶發(fā)育、突涌水、軟巖大變形、微瓦斯溢出等12項高風(fēng)險不良地質(zhì)問題；施工組織難度大，通過4座斜井開辟20個工作面同步立體作業(yè)，需協(xié)調(diào)2000余名建設(shè)者24小時不間斷施工，管理復(fù)雜度極高。

項目2022年3月開工，創(chuàng)新運用智能建造技術(shù)，應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)超前預(yù)報、三維激光掃描、無人機傾斜攝影實時監(jiān)測地質(zhì)變化，結(jié)合懸臂掘進(jìn)機、自鋪式智能襯砌臺車等裝備動態(tài)調(diào)整施工參數(shù)，克服各類難題，歷時1100余天，于2025年4月實現(xiàn)貫通。預(yù)計到2026年6月，西十高鐵通車后，西安至十堰通行時間將縮短至1小時，武漢至西安通行時間壓縮至2.5小時，助力沿線經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展。(人民日報 記者 龔仕建)

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