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拿什么治療世界最長高速公路隧道的“玻璃心”？

 昵稱jYn8f 2021-10-19


當(dāng)脆弱易碎的玻璃心
遇上鐵石心腸的金剛鉆
會是什么結(jié)果？
由中交一公局集團參建的
烏尉高速公路天山勝利隧道
全長22.1公里
是世界最長的高速公路隧道

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然而，這條超級隧道卻有一顆“玻璃心”
那就是“F6斷層”
這是全隧施工中最危險的一條斷裂帶
包含的10余種巖石
造成其復(fù)雜多變的地質(zhì)特性
再加上豐富的地下水
使得施工過程中巖層極易變形
發(fā)生突泥、涌水及大規(guī)模坍塌
如同一顆易哭易破碎的“玻璃心”
是隧道施工的最大攔路虎

圖片

天山勝利隧道復(fù)雜到令人眼花繚亂的巖層分布圖


 怎么辦？
是選擇投入大、耗時長達(dá)300天
但相對穩(wěn)妥的“保守治療”
還是另尋他法？
為了早日打通烏尉高速的“咽喉”通道
藝高人膽大的交通人
 迎難而上
操作“天山號”TBM這臺“金剛鉆”
一路探索著、奮戰(zhàn)著

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僅用80天的時間
于2021年8月23日
成功穿越F6斷層
為后續(xù)隧道施工
積累了經(jīng)驗，振奮了士氣！

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他們是怎么做到的？
走，帶你探秘
“基建狂魔”的高超手藝

隧道建設(shè)最大“攔路虎”

天山勝利隧道施工
共要穿越16處斷裂帶
其中，橫亙在隧道進(jìn)口端1900米處
的博羅科努-阿其克庫都克斷裂帶
是一條時刻以
不同深度、變形行為和運動方向
不斷運動的
復(fù)合區(qū)域深大斷裂

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F6斷裂帶示意圖


博-阿斷裂帶
影響天山勝利隧道范圍的部分
被命名為“F6斷層”
它的影響寬度長達(dá)440米
也是全隧影響范圍最大的斷裂帶

“超級變變變”

斷裂帶是地殼不斷運動的結(jié)果
往往地質(zhì)復(fù)雜多變
F6斷層包含片麻狀花崗閃長巖、
碳質(zhì)板巖、石英片巖等10余種巖石
被地質(zhì)學(xué)家稱為“地質(zhì)博物館”

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不僅如此
F6斷層及周邊區(qū)域的
最大地應(yīng)力值達(dá)21.8兆帕
相當(dāng)于1平方厘米巖石
要承受218公斤的重量
超過一般巖石承載力50倍以上
這也意味著
掘進(jìn)過程中
更加容易發(fā)生圍巖變形、坍塌 

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斷層塌腔


不同巖層相互交錯運動
活躍的地質(zhì)活動
造就了F6斷層“超級變變變”的特質(zhì)
隨之而來的是
項目團隊必須頻繁調(diào)整
施工方式、技術(shù)手段
大大提升了施工組織難度

超前探測“把脈”

在通過F6斷層
最為破碎100米核心區(qū)域時
項目團隊采用水平定向鉆
超長距離穿越斷層帶
進(jìn)行取芯及孔內(nèi)綜合測試
探明前方地質(zhì)情況及水文條件
為施工建設(shè)提供更精準(zhǔn)的地質(zhì)信息
這項勘察工藝
在國內(nèi)公路施工領(lǐng)域還是首次使用

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水平定向鉆鉆取樣芯


同時，對斷層及周圍地質(zhì)情況
進(jìn)行24小時監(jiān)控
暫緩較近作業(yè)面施工
減少對F6斷層的擾動
為安全穿越提供保障

挑戰(zhàn)最難施工方案

你有“玻璃心”
我有“金剛鉆”
雖然采用傳統(tǒng)方式掘進(jìn)
更加穩(wěn)妥
但投入大、耗時長
項目團隊毫不猶豫選擇了
施工難度極具挑戰(zhàn)性
但最為節(jié)省時間、投入的方案
操作“金剛鉆”——
TBM（硬巖盾構(gòu)機）直接掘進(jìn)

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TBM掘進(jìn)示意圖


敢于挑戰(zhàn)的底氣
源自于豐富的經(jīng)驗、優(yōu)質(zhì)的資源
以及絕對的實力
采用TBM可實現(xiàn)
復(fù)雜地質(zhì)條件下安全快速掘進(jìn)
速度是傳統(tǒng)方式3～10倍
可有效應(yīng)對天山勝利隧道
尤其是F6斷層
復(fù)雜多變、易發(fā)生涌水
塌方險情的的地質(zhì)環(huán)境
還可實現(xiàn)自動初期支護(hù)安裝
減少作業(yè)人員投入
進(jìn)一步降低安全風(fēng)險

加快掘進(jìn)與時間賽跑

7月中旬
穿越F6斷層來到最為破碎的核心段
洞內(nèi)日均涌水量2000立方米
最高達(dá)3200立方米
能注滿近30個標(biāo)準(zhǔn)游泳池的隧道
不少多年施工經(jīng)驗的管理人員
也是第一次遇到

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雖然身著雨衣
冰涼的裂隙水也會順著領(lǐng)口淌濕衣服
大家一天換3套衣服是常態(tài) 
大量的涌水下
向前掘進(jìn)越慢
涌水會沖刷下更多的山體
TBM更將寸步難行
安全風(fēng)險也將進(jìn)一步擴大

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不僅如此
塌方問題也在時時困擾項目建設(shè)者
F6斷層靠近南、北天山地震帶
具備7級地震的構(gòu)造條件
自有記載以來的1863年至今
發(fā)生4.7級以上地震61次
最大的一次震級達(dá)到7.7級
地質(zhì)構(gòu)造極為破碎

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鋼模板加固


涌水更加增添塌方風(fēng)險
穿越過程中
發(fā)生了大小塌方3次
最大一次塌方量近1000立方米
塌方石塊可鋪滿兩個多籃球場

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清運塌方石塊


怎么辦？
建設(shè)者們從施工組織、技術(shù)方案、
安全方案、機械保障上給出了
一套全方位的施工模板
加強隧道支護(hù)
加快涌水抽排速度
迅速清運塌方石塊
使用高性能壓注式混凝土回填塌腔
一系列預(yù)案齊上陣
安全加快TBM推進(jìn)

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型鋼加固縱向連接

在項目團隊
邊調(diào)整邊掘進(jìn)的靈活戰(zhàn)術(shù)下
8月23日
“天山號”TBM
穿破F6斷層最后一米影響范圍
歷經(jīng)80天
成功穿越F6斷層
啃下隧道施工建設(shè)最大“攔路虎”
隧道施工建設(shè)駛?cè)肟燔嚨?/section>
不久后
承載著希望的“天山號”TBM
將會與姊妹號“勝利號”TBM相遇
由此開啟天山勝利隧道
“長隧短打”的新征程
為新疆南北創(chuàng)造新的連接

 編輯：程子研

 審核：余大鵬 范圓圓

 來源：高速公路管理學(xué)院

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