高寒极地、垂直向下707米！中交集团创造竖井施工深度新纪录

来源：【湖南日报】

雷晓芸 段绕宇 柳新鹏

海拔3660米的天山奎先达坂，空气含氧量仅为平原地区的60%。在这片被称为“生命禁区”的冰雪荒原上，一场震撼世界的工程奇迹正在上演。

6月13日，随着“首创号”竖向硬岩掘进机精准破岩而出，安全到达接收台，世界最深高速公路竖井——天山胜利隧道2号竖井成功落底贯通。

这座707米深、开挖直径超过11.4米的竖井通道纵向深入山体，比上海中心大厦还要“高”出75米。天山胜利隧道2号竖井顺利贯通，标志着天山胜利隧道4组8座竖井全部贯通，它与另外7座深井，共同构建起22.13公里特长隧道的“呼吸通道”。

“天山胜利隧道通车运营后，竖井将同步具备通风和应急救援功能，可作为事故状态下的紧急救援通道，并为洞内应急通风、灾情监测等提供关键作业空间，形成立体式应急响应支撑体系。”乌尉五标项目总工程师黄登侠介绍道。

这是世界首台高寒高海拔大直径竖向硬岩掘进机“首创号”在生命禁区完成的人类工程史上空前壮举，为新疆乌尉高速公路的全线通车夯实了基石，更在世界隧道工程史上刻下中国基建征服高寒极地与复杂地质的崭新坐标。

（天山胜利隧道竖井分布图）

打通“地下呼吸生命线”

天山胜利隧道地处天山南麓巴音郭楞蒙古自治州和静县3000米海拔的无人区，此地高寒缺氧、狂风肆虐，无水、无路、无电。施工区域位于国家级自然保护区缓冲带，生态保护红线犹如悬在头顶的达摩克利斯之剑。

更严峻的挑战来自地质构造：花岗岩地层夹杂着破碎带、裂隙水和冻融层，如同布满暗礁的激流。“在这里，生存尚且艰难，穿凿超长隧道更是难上加难。”项目经理王贺起介绍。“钻机刚开动就遭遇涌水，冰碴混合着泥浆喷涌而出，瞬间冻结成冰柱。”在这种环境下，传统钻爆法施工效率极低，人工开挖进度慢，施工风险高。

（2#竖井外景）

更棘手的是通风问题。“隧道掘进越深，传统洞口压入式通风的新鲜气流被岩壁摩擦消耗后越无法深入。”王贺起解释道，“隧道深度超过5公里后，抵达深处掌子面的新鲜气流已成强弩之末，根本无法驱散积聚的粉尘、有害气体和闷热湿气。”对于22公里级的超长隧道而言，若没有强大的新风循环系统，施工人员的生命安全将受到严重威胁，隧道运营期的行车安全也无法保障。

项目团队经过上千次模拟计算，创造性提出“三洞四竖井”立体布局方案：3条横向主洞构成交通动脉，8座深井组成垂直换气系统，即从隧道上方的山顶向下打竖井，相当于给隧道开“天窗”，通过热压差形成天然“烟囱效应”，持续不断地为隧道施工注入生命所需的强劲风流。

“通过这套为天山胜利隧道量身定制的施工方案，单座竖井的通风量可达每小时200万立方米，相当于每分钟置换15个标准游泳池的空气，彻底破解了超长隧道供氧难题。”黄登侠自豪地说。

（天山胜利隧道竖井通风示意图）

位于天山胜利隧道进口端的2号竖井分为1号井和2号井，其中1号井使用竖向硬岩掘进机开挖，2号井采用钻爆法挖掘。常规隧道水平挖掘时，施工车辆可以在洞内进出，将产生的废渣快速运出，即便洞内出现突水现象，水流也能顺势排出去。然而，竖井施工产生的废渣和需要的物料如何运输，考验着建设者的智慧。

“无法使用车辆运输，我们只能靠提升设备一点一点从井下拉上来。就像从水井中打水一样，得一桶一桶提上来。”乌尉五标竖井工区负责人于瑞斌比喻道。为此，施工团队搭建了高36.6米、重达330吨的井架，通过滑轮系统实现物料垂直运输。

在1号井的竖向硬岩掘进机到位前，建设者面临前所未有的困境：没有伞钻和运渣设备，所有工序全靠人工实施。“我们用了近4个月时间才挖出40多米深的工作面，如果是常规的水平开挖施工，这个距离不到一周就能完成。”于瑞斌说。竖井区域常年温度较低，年平均气温为零下5.4摄氏度，极端低温达零下40摄氏度，工人们在严寒中戴着厚手套、棉帽子，穿着厚棉衣施工，手部冻伤频发。

“大国重器”硬核突围

“天山胜利隧道2号竖井之所以备受瞩目，不仅因其核心通风功能，更在于它肩负着验证大直径TBM掘进机工法开挖超深竖井可行性的重任。”王贺起感慨道。

在2号竖井施工现场，直径11.4米的巨型竖井如深渊巨口。这里汇聚了全球顶尖的工程智慧，世界首台高寒高海拔超大直径全断面硬岩竖向掘进机“首创号”，承载着改写隧道施工历史的使命。

（“首创号”竖向掘进机模型）

这台长度44米、总重1350吨的“钢铁巨兽”，核心元器件均采用国产化设备，最大钻进速度达每分钟20毫米，由中交集团自主研发，其诞生标志着我国在隧道挖掘装备领域取得重大突破，为解决高寒高海拔地区竖井施工难题提供了全新的解决方案。自主研发的锥形刀具系统能自动适应岩石强度变化，‘掘-排-支’一体化工艺实现岩屑清理与井壁支护同步完成。

最精妙的是智能撑靴机构，24米长主机如同机械足爪，在掘进过程中交替向上撑紧井壁，提供强大的反作用力，保证机体稳定并向刀盘持续输出推力，盾构以毫米级的精度稳定地向竖井深处挺进。

（“首创号”竖向掘进机施工动画）

“整个井下作业空间实现了完全无人化操作，所有的控制指令均在控制中心通过智能化系统发出。传统竖井施工需400人轮班作业，现在只需8人在控制室操控。”乌尉高速5标段竖井工区主任董嘉梁展示着中央控制系统，屏幕上跳动着扭矩、压力、姿态等实时数据。“首创号”的应用避免了累计超4000人次的高危环境下井作业，是在工程建设领域探索无人化施工的重大突破。

（“首创号”竖向掘进机完成掘进任务）

这是我国首次在大直径硬岩深竖井中实现全过程全断面机械化、智能化建造。“依托‘首创号’的工程实践，我们不仅研制了相关装备，更首次系统攻克并形成了完整的大直径全断面竖井掘进施工成套关键技术体系，弥补国内相关空白。”乌尉五标工程部部长吴特力根介绍道。

项目首次主导编制并发布了适用于公路隧道的《公路隧道竖井施工技术规程》和《深大竖井施工定额》两项基础性行业规范标准。同时，围绕“首创号”形成的核心技术，已拥有5项国家发明专利、2项省部级工法。“这些标准、专利和工法的形成，标志着中国已在该领域掌握核心话语权。”高迎可表示，“这不仅服务于当前项目，更是为全国乃至全球未来在复杂艰险环境下进行深大竖井建设，提供了权威、先进、安全、高效的中国技术解决方案和标准依据。”

雪域高原的绿色答卷

“我们时刻关注着施工对周边环境的影响，不断优化环保措施，确保将工程建设对生态环境的干扰降到最低限度。”乌尉高速5标段安全总监李刚表示。2号竖井施工过程中，项目团队从源头到终端实施了严格的管控措施，优化施工流程和材料使用，确保危废品在运输和处置环节的安全与环保，彻底阻断了危险废物对土壤和水体的污染风险。

（2号竖井施工地理环境）

2号竖井井口上方30米处即是天山雪线，周边分布着国家二级保护植物雪莲，同时是国家二级保护动物北山羊栖息地，如此近的距离，施工稍有不慎就可能对生态保护造成难以挽回的破坏。李刚深知责任重大，他带领团队建立起全天候监测体系，每天带着检测仪穿梭于井架之间，实时监测PM2.5、噪音分贝、粉尘浓度等23项指标。他说：“施工扬尘超标1微克就会触发红色预警，整个标段马上停工整改。”

在施工材料选择上，项目团队坚持绿色优先原则，采用植物胶基环保泥浆，通过泥浆携渣的方式，筛分泥浆和系统，实现废渣重复利用。此外，竖井的泥浆处理系统将泥浆处理成泥饼和稀浆，稀浆可重复利用，泥饼和渣一起处理。“施工结束后，剩余泥浆可用于井壁加固及地表生态恢复，不会对当地生态环境造成污染，实现了工程与自然的和谐共生。”王贺起说。

（泥浆水压滤系统）

2号竖井位于天山南麓阿拉沟河水源地，四周环绕着丰美的草原，项目征地涉及23户牧民的牧场。确保牧场不受破坏，是项目对牧民的庄严承诺。为此，项目制定了《草皮保护性迁移与原生环境修复技术方案》。草甸移植工程中，为了确保草甸回铺成活率，项目团队对施工区5.3万平方米草甸一一编号，将清表草皮按0.3米厚度分块存放，移植养护，确保牧场可恢复。

面对施工中产生的危废品，项目团队从源头到终端实施了严格的管控措施，采用专用容器进行分类收集和安全暂存，确保危废品在运输和处置环节的安全与环保，彻底阻断了危险废物对土壤和水体的污染风险。

（2号竖井周边环境）

在节能减排方面，竖井建设的供暖系统也暗藏玄机。“竖井里的供暖设备都配备了蓄能水箱，室内的负荷过低时，压缩机依旧满负荷工作，把多余冷量悄悄储藏在蓄能水箱里。等冷量不够用时，这些提前储存的冷量就被释放出来，完美补充主机制冷能力的不足。”乌尉高速5标段竖井工区主任董嘉梁介绍道。尤其在寒冷时，室外主机化霜可是个麻烦事儿，化霜时主机不仅不能向室内输送热量，还得从室内“借”热量。“好在有蓄能水箱，它能让主机在不降低室内温度的情况下顺利化霜，既保证了室内的温暖舒适，又提高了能源利用效率，减少了能源浪费，为绿色施工助力不少。”

严苛的标准带来了显著成效，井口周边PM2.5浓度常年维持在每立方米18微克以下，远低于国家一级空气质量标准，草甸移植回铺成活率高达95.7%。新疆生态环境厅报告显示，施工期未发生生态破坏事件，周边雪莲种群数量反增12%。

（原稿首发于《交通建设报》，图片源自中交中南局）

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