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(jiǎn)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(zhǎng)的Ⅰ級(jí)高風(fēng)險(xiǎn)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(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

　　打通雙線36.115公里的Ⅰ級(jí)高風(fēng)險(xiǎn)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(zhǎng)的Ⅰ級(jí)高風(fēng)險(xiǎn)隧道，創(chuàng)造了我國(guó)高鐵Ⅰ級(jí)高風(fēng)險(xiǎn)隧道的最長(zhǎng)施工紀(jì)錄。

　　“西嶺隧道設(shè)計(jì)為雙洞單線隧道，雙線總長(zhǎng)36.115公里，猶如‘地下長(zhǎng)城’，需要采用4座斜井、20個(gè)工作面同時(shí)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(shí)刻面臨著微瓦斯溢出、巖溶、突涌水、順層坍塌等風(fēng)險(xiǎn)。”

　　地質(zhì)條件如此復(fù)雜，如何保證施工安全和質(zhì)量？項(xiàng)目建設(shè)團(tuán)隊(duì)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(jī)傾斜攝影技術(shù)，構(gòu)建了厘米級(jí)精度的數(shù)字隧道模型；投入智能襯砌臺(tái)車、焊接機(jī)器人等智能裝備，形成了全方位的機(jī)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(duì)采用配備智能壓力傳感系統(tǒng)的懸臂掘進(jìn)機(jī)。“機(jī)械臂能實(shí)時(shí)感知巖層變化，自動(dòng)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(xiǎn)。”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(shí)現(xiàn)‘零擾動(dòng)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(zhǎng)大隧道，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)本就不易。”何心德指著3號(hào)斜井洞口的風(fēng)機(jī)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(jì)。”

　　考慮到斜井長(zhǎng)1.6公里，斷面小，團(tuán)隊(duì)選擇高效率的智能風(fēng)機(jī)，配置低風(fēng)阻的風(fēng)袋，在通風(fēng)距離大于1公里時(shí)，運(yùn)行功率是普通風(fēng)機(jī)的1/4，且噪聲較小，不會(huì)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(gè)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(jì)采用4臺(tái)風(fēng)機(jī)、布設(shè)4條風(fēng)袋分別通風(fēng)，通風(fēng)管道會(huì)在這個(gè)斜井小斷面輔助坑道占據(jù)過大的空間，導(dǎo)致施工機(jī)械設(shè)備難以通行。“那個(gè)時(shí)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(tái)風(fēng)機(jī)承擔(dān)4個(gè)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(duì)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(gè)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(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量風(fēng)壓。目前，團(tuán)隊(duì)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(xiàng)國(guó)家專利和1項(xiàng)陜西省省級(jí)工法。

　　創(chuàng)造1/256800的相對(duì)閉合差

　　精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，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(xiàng)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(shí)現(xiàn)高精度貫通，則對(duì)測(cè)量和控制技術(shù)提出了嚴(yán)苛的要求。

　　團(tuán)隊(duì)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(gè)斷面，用時(shí)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(gè)斷面，取點(diǎn)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(chǎng)開挖情況，并能及時(shí)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(cè)體系。”項(xiàng)目工程部部長(zhǎng)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(yùn)用TSP地震波法進(jìn)行巖體“CT掃描”，預(yù)測(cè)斷層參數(shù)指導(dǎo)支護(hù)設(shè)計(jì)；動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)平臺(tái)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(shí)閾值時(shí)，會(huì)立即發(fā)出警報(bào)。

　　2023年7月的一場(chǎng)暴雨，檢驗(yàn)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(shí)的位移警報(bào)，團(tuán)隊(duì)立即啟動(dòng)了由50臺(tái)光柵水準(zhǔn)儀組成的智能監(jiān)測(cè)網(wǎng)。“過去遇到雨天，人工監(jiān)測(cè)經(jīng)常受限，儀器損壞也是常事。現(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(xiàng)目測(cè)量員李曉林輕點(diǎn)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(duì)不同地質(zhì)特性，團(tuán)隊(duì)研發(fā)實(shí)現(xiàn)了全站儀毫米級(jí)精度追蹤變形動(dòng)態(tài)、創(chuàng)新三臺(tái)階微震爆破工藝等差異化“診療方案”。在攻克3號(hào)、4號(hào)斜井小半徑轉(zhuǎn)彎測(cè)量難題時(shí)，團(tuán)隊(duì)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(gè)測(cè)點(diǎn)參與多個(gè)閉合環(huán)平差計(jì)算，用冗余觀測(cè)“馴服”誤差。

　　2023年4月，團(tuán)隊(duì)首次在8號(hào)控制點(diǎn)進(jìn)行實(shí)測(cè)。當(dāng)計(jì)算結(jié)果從屏幕上跳出的那一刻，現(xiàn)場(chǎng)爆發(fā)出歡呼——相對(duì)閉合差達(dá)到驚人的1/256800！這項(xiàng)技術(shù)成果此后取得國(guó)家專利并獲評(píng)省級(jí)工法，專家評(píng)審認(rèn)為，該成果“開創(chuàng)了復(fù)雜線型隧道精準(zhǔn)測(cè)量的新范式”。

　　實(shí)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(gè)深夜，3號(hào)斜井突然響起的警報(bào)聲劃破夜空。項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)副經(jīng)理孫建軍回憶：“聽見警報(bào)，我立即摁下了‘紅色停止鍵’，應(yīng)急照明瞬間把隧道點(diǎn)亮了，20名工人沿著墻上的熒光標(biāo)識(shí)成功撤離，整個(gè)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(shí)的系統(tǒng)如同地下排水“大動(dòng)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(dòng)魄的搶險(xiǎn)背后，是團(tuán)隊(duì)“預(yù)防—預(yù)警—處置—恢復(fù)”全鏈條應(yīng)急機(jī)制的成功實(shí)施。從發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情到控制局面，每個(gè)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(jī)保障了排水動(dòng)力，針對(duì)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(dòng)協(xié)議“雙保險(xiǎn)”，則為救援上了最后一道鎖。

　　“安全不是靠運(yùn)氣，而是靠體系。一個(gè)成熟的全鏈條應(yīng)急機(jī)制，能構(gòu)成一張無形的‘安全網(wǎng)’。”項(xiàng)目安全總監(jiān)殷雨說。他身后的電子屏上，實(shí)時(shí)顯示著隧道各段的監(jiān)測(cè)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(gè)好價(jià)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(gè)小時(shí)才能到”……

　　機(jī)械的轟鳴聲在隧道中回蕩，這條穿越秦嶺的鋼鐵長(zhǎng)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(diǎn)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(diǎn)：隧道結(jié)構(gòu)采用雙洞單線設(shè)計(jì)，雙線總長(zhǎng)度達(dá)36.115公里，是目前全國(guó)高鐵已貫通項(xiàng)目中總施工長(zhǎng)度最長(zhǎng)的Ⅰ級(jí)高風(fēng)險(xiǎn)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(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)不良地質(zhì)問題；施工組織難度大，通過4座斜井開辟20個(gè)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(shí)不間斷施工，管理復(fù)雜度極高。

　　項(xiàng)目2022年3月開工，創(chuàng)新運(yùn)用智能建造技術(shù)，應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)超前預(yù)報(bào)、三維激光掃描、無人機(jī)傾斜攝影實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地質(zhì)變化，結(jié)合懸臂掘進(jìn)機(jī)、自鋪式智能襯砌臺(tái)車等裝備動(dòng)態(tài)調(diào)整施工參數(shù)，克服各類難題，歷時(shí)1100余天，于2025年4月實(shí)現(xiàn)貫通。預(yù)計(jì)到2026年6月，西十高鐵通車后，西安至十堰通行時(shí)間將縮短至1小時(shí)，武漢至西安通行時(shí)間壓縮至2.5小時(shí)，助力沿線經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。