◎本报记者 张 晔 通 讯 员 张凤华  张海鑫

    一山横亘界南北，万古奇雄塞大荒。横贯新疆东西的天山山脉雄伟绝美，却成为阻隔南北疆经济往来和人员流动的天险。

    7月9日，科技日报记者跟随交通工程人员来到目前世界最长高速公路隧道——新疆乌尉高速公路天山胜利隧道，看到工程技术人员正驾驭着世界首创的“钢铁虬龙”，克服恶劣的自然环境、复杂的地质条件，进行一场前所未有的“穿越天山”之旅。

    过去，乌鲁木齐至尉犁的行车时间长达7小时，车辆要翻越连绵不绝的天山山脉。2019年，新疆乌尉高速公路获批开建，将一举打通南北疆交通运输屏障。作为乌尉高速的“咽喉”工程，天山胜利隧道建成后车辆穿越天山仅需20分钟左右。

    但是，想要打通天山，施工难度极大，胜利隧道具有“一长、一多、二深、五高”的显著特点。“一长”是指隧道长；“一多”是指断裂带多；“二深”是指竖井深、隧道埋深；“五高”是指高地应力、高地震烈度、高寒、高海拔和高环保要求。面对恶劣的自然环境和复杂的地质状况，传统矿山法和单一敞开式硬岩掘进机（TBM）均难满足掘进要求。

    为了应对挑战，制造、改进装备成了不二之选。

    与岩石过招不惧“硬碰硬”

    当天，记者走进位于巴音郭楞蒙古自治州和静县的天山胜利隧道出口端的中导洞内，一台庞大的掘进机的刀盘隆隆转动，操作手正紧盯控制屏上的一个个数据，根据山体岩石情况适时调整掘进机刀盘的转速。

    随着山体中的岩石被一寸一寸地搅碎落下，施工人员随即展开支护、喷浆等一系列工序，巩固机器掘进的成果。

    “这就是我们自主研制的全球首创的新型压注式工法TBM——‘胜利号’。”中交天和机械设备制造有限公司（以下简称中交天和）天山胜利隧道项目部经理康健介绍说，与“胜利号”相向而行的还有一台同型号掘进机——“天山号”，这哥俩既能“啃”下坚硬的岩石，也能在破碎带、软弱围岩中自如穿行。

    “打通天山胜利隧道要面对大断层破碎带、软岩大变形、岩爆、突泥涌水、高地应力等世界性难题。在软弱围岩等较差地质条件下，传统设备将无法掘进，采用人工喷注混凝土支护的方法，安全性差、效率低，不能满足快速掘进的要求。”中交天和总工程师周骏说。

    针对诸多难题，科研人员首次提出压注混凝土工法理念，并将敞开式TBM与压注混凝土工法进行创新性融合，研制出具备两种掘进、三种支护模式的TBM，以应对复杂多变的地质环境。

    据中交天和设计研发总院院长靳党鹏介绍，“天山号”和“胜利号”开挖直径8.43米、全长282米、重约2000吨，国产化率在98%以上，已获发明专利、实用新型专利合计20余项。

    开工以来，“胜利号”日掘进长度最高达35米、月掘进长度最高达528米，创造了大直径TBM在高寒、高海拔、高地应力环境的掘进新纪录；“天山号”战胜坍塌、突泥涌水等世界性难题，在山体涌水多、断裂带核心区日涌水量达1万立方米的情况下，安全穿越最大断层——F6断层（博阿断裂带），解决了隧道开挖的最大拦路虎。目前两台掘进机已完成18145米的隧道挖掘任务，超过中导洞总长的83%，现正以日均30米的速度快速掘进。

    “横机竖打”向下突破天山之险

    离开出口端中导洞，记者驱车继续向天山之巅行进。在海拔3660米处，还有一台TBM以垂直施工的方式，从地面向下突破天山之险。

    天山胜利隧道采用“三洞+四竖井”施工法，可显著缩短隧道施工时间。其中，2号竖井工程是其重要组成部分，竖井深达707米，是目前世界上最深的高速公路竖井，也是世界首个一次开挖成型的超大直径硬岩大深度竖井。

    “这里海拔高、气温低、气候极其恶劣，尤其是冬季，平均风速为7—8级，最低气温为零下40余摄氏度，甚至‘呵气成冰’。”康健告诉记者，此地岩石强度超200兆帕，设备作业效率仅为平原地区的60%。

    因地质状况复杂且建设标准高，中交天和在世界范围内首次将TBM破岩石工艺与传统钻进工艺完美结合，成功研制世界首创的高寒、高海拔、大深度、超大直径硬岩竖向掘进机——“首创号”，相当于让TBM竖着挖。

    该掘进机刀盘直径为11.4米，装机功率为4500千瓦，整机高度为44米，重达1350吨。零部件完全国产化，并应用了全智能化掘进技术。

    过去，大直径竖井多采用分级扩挖技术，“首创号”则采用掘进、排渣、支护相结合的全新钻井工艺，避免了传统钻爆法扰动岩石，实现了井内掘进无人化作业；配置自主研发的垂直导向系统，垂直精度控制在2毫米内；碎石经泥水循环系统排出，避免了排渣扬尘等对天山生态造成污染。目前，“首创号”已获发明专利、实用新型专利25项。