G0711烏魯木齊至尉犁高速公路預(yù)計(jì)年底具備通車條件。作為該項(xiàng)目的“咽喉”工程,天山勝利隧道應(yīng)用的“天山地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件隧道勘察及圍巖質(zhì)量評價(jià)技術(shù)”,有效破解了高寒高海拔、活動斷裂帶等隧道建設(shè)難題,將地質(zhì)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率提升至82.5%。

12月10日,記者從新疆建筑科學(xué)研究院了解到,該技術(shù)由該院牽頭,聯(lián)合中建新疆建工(集團(tuán))有限公司、新疆大學(xué)、新疆交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院、新疆交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司等高校和企業(yè)共同研發(fā)完成,實(shí)現(xiàn)了從“經(jīng)驗(yàn)勘探”到“智能預(yù)報(bào)”的突破性升級。

目前“天山地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件隧道勘察及圍巖質(zhì)量評價(jià)技術(shù)”課題成果已在東天山隧道、天山勝利隧道、河馬泉新區(qū)雪蓮山隧道、烏魯木齊樓莊子供水工程等工程應(yīng)用,累計(jì)創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益2.39億元,還帶動了地質(zhì)勘察、軟件開發(fā)、智能裝備等上下游企業(yè)的協(xié)同發(fā)展。

在G575線巴里坤至哈密公路東天山隧道,“天山地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件隧道勘察及圍巖質(zhì)量評價(jià)技術(shù)”課題組成員正進(jìn)入隧道開展技術(shù)指導(dǎo)工作。受訪者供圖

天山勝利隧道所處地域地質(zhì)條件極其復(fù)雜,專家們用“一長”“二深”“三低”“四高”來概括其施工難度:“一長”,隧道長22.13公里,約等于五座南京長江大橋的總長;“二深”,隧道最大埋深近1200米,豎井最大深度達(dá)到了706米;“三低”指的是溫度低、氣壓低、含氧量低;“四高”即高壓涌水、高地應(yīng)力、高地震烈度、高環(huán)境等級。

“團(tuán)隊(duì)從2017年便以G575線巴里坤至哈密公路東天山隧道為研究對象,形成的部分技術(shù)成果隨后應(yīng)用于天山勝利隧道,這使得地質(zhì)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率從行業(yè)常規(guī)水平的50%至75%,一舉提升至82.5%�！毙陆ㄖ茖W(xué)研究院勘測巖土工程師李嚴(yán)君介紹,該項(xiàng)目采用“理論研究與試驗(yàn)測試相結(jié)合”的模式,經(jīng)多學(xué)科產(chǎn)學(xué)研團(tuán)隊(duì)持續(xù)攻關(guān),成功構(gòu)建起完善的天山地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件隧道勘察及圍巖質(zhì)量評價(jià)技術(shù)體系。

據(jù)悉,團(tuán)隊(duì)行程累計(jì)超5萬公里,收集海量地質(zhì)數(shù)據(jù),首次構(gòu)建起橫跨天山的隧道工程地質(zhì)模型,使勘察階段的圍巖預(yù)測準(zhǔn)確率提升了10%至15%,為工程設(shè)計(jì)提供了可靠依據(jù)。同時(shí),團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將深度學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)與傳統(tǒng)地質(zhì)預(yù)報(bào)相結(jié)合,建立包含四大類專項(xiàng)數(shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí)模型,能智能判定隧道施工作業(yè)面前方的圍巖情況。

此外,該技術(shù)成果還精準(zhǔn)揭示了活動斷層的地震動力響應(yīng)規(guī)律,為東天山隧道、天山勝利隧道等工程在極端復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中安全高效推進(jìn)提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。其中,“一種模擬互層巖體數(shù)值模型的仿真方法、系統(tǒng)及處理終端”獲得國家發(fā)明專利1項(xiàng),并榮獲第六屆自治區(qū)優(yōu)秀專利三等獎。

天高地迥破險(xiǎn)隧,守正出新克難題。在東天山隧道的高溫濕熱中,每次挖掘斷面都要拍上萬張圍巖照片;在塔克拉瑪干滾燙沙海中,徒步十幾公里采集數(shù)據(jù)——勘察設(shè)計(jì)人員在極端環(huán)境下的執(zhí)著付出,既攻克了復(fù)雜地質(zhì)勘察難題,讓隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)現(xiàn)質(zhì)的躍升,更以綠色創(chuàng)新技術(shù)破解沙漠工程生態(tài)困局,為新疆重大工程建設(shè)提供技術(shù)支撐。

隧道里的“預(yù)言家”:82.5%準(zhǔn)確率背后的智能突破

天山一直是南北疆之間的一道天然屏障。過去,南北疆人們往來,只能沿盤山公路艱難繞行,至少需要3小時(shí)。作為烏魯木齊至尉犁高速公路的“咽喉”工程,全長22.13公里的天山勝利隧道是目前世界最長高速公路隧道,如今隧道“精裝修”已進(jìn)入收官階段,屆時(shí)通車后,穿越天山的時(shí)間將從3小時(shí)銳減至約20分鐘,真正實(shí)現(xiàn)“天塹變通途”。

這份便捷的背后,是常人難以想象的施工難度。天山素有“地質(zhì)博物館”之稱,天山勝利隧道要穿越16處區(qū)域性深大斷裂及次生斷裂帶,施工平均海拔超過3000米,所在地年平均氣溫-5.4℃。為攻克難題,建設(shè)團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)“三洞+四豎井”施工方案,大幅提升施工效率與安全系數(shù)。

“其實(shí)我們一直在研究天山地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下的隧道勘察及圍巖質(zhì)量評價(jià)技術(shù),相關(guān)成果已應(yīng)用到天山勝利隧道等重大工程。2017年開始研究這個(gè)課題時(shí),我們以東天山隧道為研究對象,當(dāng)時(shí)我還是新疆大學(xué)研二的學(xué)生。”如今已是新疆建筑科學(xué)研究院巖土工程師的李嚴(yán)君說,課題融合地質(zhì)學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、巖土力學(xué)、地球物理學(xué)等多學(xué)科基礎(chǔ)理論,創(chuàng)新運(yùn)用“前期勘察與施工勘察相互印證、地質(zhì)分析與地球物理探測全程貫穿、常規(guī)地質(zhì)預(yù)報(bào)與多層次精細(xì)預(yù)報(bào)深度融合”的研究方法。

在G575線巴里坤至哈密公路東天山隧道附近,“天山地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件隧道勘察及圍巖質(zhì)量評價(jià)技術(shù)”課題組成員正在開展地質(zhì)調(diào)查工作。受訪者供圖

為摸清天山的“脾氣”,團(tuán)隊(duì)3名核心成員曾長期駐守東天山隧道現(xiàn)場,采用“勘察預(yù)測—施工驗(yàn)證—總結(jié)優(yōu)化”的創(chuàng)新模式,挖一段、測一段、驗(yàn)一段。隧道斷面一挖開就第一時(shí)間沖上去監(jiān)測,24小時(shí)緊盯支撐強(qiáng)度、沉降變化等數(shù)據(jù);隧道內(nèi)酷熱潮濕、噪聲震耳,每次作業(yè)都“白口罩進(jìn),黑口罩出”“干衣服進(jìn),濕衣服出”,一個(gè)斷面就要拍下上萬張圍巖照片,再篩選出5000多張有效影像構(gòu)建模型。

團(tuán)隊(duì)將深度學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)與傳統(tǒng)地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)合,讓機(jī)器學(xué)會“讀”地層——通過解析四大類專項(xiàng)數(shù)據(jù),對圍巖情況進(jìn)行智能判別。這一突破讓地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率從行業(yè)常規(guī)水平的50%至75%,一舉提升至82.5%以上。團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“一種模擬互層巖體數(shù)值模型的仿真方法、系統(tǒng)及處理終端”技術(shù)成果首創(chuàng)了分層耦合算法,就像給山體做“CT”,既解決了新疆泥巖、砂巖軟硬互層易引發(fā)塌方的難題,又將計(jì)算效率提升60%,徹底改變了傳統(tǒng)仿真“要么漏問題、要么算得慢”的困境。

如今,這項(xiàng)技術(shù)已在疆內(nèi)外十余項(xiàng)交通、市政工程中推廣應(yīng)用,累計(jì)創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益2.39億元。團(tuán)隊(duì)還聯(lián)合職業(yè)院校開設(shè)“巖體仿真技術(shù)”專項(xiàng)培訓(xùn)課程,培養(yǎng)了200余名復(fù)合型技術(shù)工人,助力西部地區(qū)高技術(shù)崗位實(shí)現(xiàn)本地化。

沙漠里的“變形記”:讓流沙“變身”堅(jiān)實(shí)地基的環(huán)保智慧

如果說天山隧道的難題是“復(fù)雜”,塔克拉瑪干沙漠的挑戰(zhàn)則是“松軟”。新疆塔克拉瑪干沙漠腹地,矗立著一座紅白相間、20多層樓高的鉆機(jī)。地下,千余根鉆桿相連,鉆入12套地層,通往地球深處,這就是中國首口超萬米科探井——深地塔科1井。2025年2月20日,中國石油集團(tuán)對外宣布,中國石油深地塔科1井勝利完鉆,掘進(jìn)地下10910米。

在G575線巴里坤至哈密公路東天山隧道附近,“天山地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件隧道勘察及圍巖質(zhì)量評價(jià)技術(shù)”課題組成員正在開展地質(zhì)調(diào)查工作。受訪者供圖

其中新疆建筑科學(xué)研究院參與了深地塔科1井鉆機(jī)基礎(chǔ)施工項(xiàng)目。該井施工具有“重、深、大、新”等特點(diǎn),即體重大、任務(wù)重;井深、套管深;高度大、提升能力大;自主研發(fā)設(shè)備新、地基處理技術(shù)新;沙漠砂天然地基承載力不能滿足鉆井安全要求,無成熟施工工藝可以借鑒。新疆建筑科學(xué)研究院首席專家劉學(xué)軍帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì),深入項(xiàng)目現(xiàn)場利用該院“西部復(fù)雜氣候及地震條件下土工合成材料加筋土結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)與工程應(yīng)用”科研課題成果,提出采用新的“沙漠砂土工格室墊層+碎石土墊層+鋼筋混凝土基礎(chǔ)”地基基礎(chǔ)方案。在項(xiàng)目實(shí)施過程中,技術(shù)人員打破傳統(tǒng)“專業(yè)分路、管理分塊”鉆井組織形式,搭建跨學(xué)科工作平臺,推動工程地質(zhì)一體化、科研生產(chǎn)一體化,讓多專業(yè)、多學(xué)科緊密配合、協(xié)同作戰(zhàn),為萬米深井鉆探“保駕護(hù)航”。

“針對深地塔科1井的研究成果,我們現(xiàn)在正在研究新的基礎(chǔ)施工方法。”李嚴(yán)君說,在沙漠腹地,龐大的井架對地基承載力要求極高,可沙漠砂就像“散沙”,傳統(tǒng)澆筑混凝土墊層的方法,不僅要從幾百公里外運(yùn)建材,成本高還破壞生態(tài)。

科研團(tuán)隊(duì)給出的解決方案:用沙漠里的黃沙,加一層土工格室,就能造出堅(jiān)固地基�！熬拖窠o黃沙穿了件‘鋼筋外套’�！崩顕�(yán)君解釋,土工格室這種特殊材料能把松散的黃沙“鎖”在一起,大幅提升承載力,而且可以就地取材。相比傳統(tǒng)方法,最大限度保護(hù)了沙漠生態(tài)。

技術(shù)突破的背后,是科研人員用腳步丈量沙漠的堅(jiān)守。為了獲取第一手?jǐn)?shù)據(jù),他們背著檢測設(shè)備在沙漠里徒步,單日行程常達(dá)十幾公里。“看到我們的技術(shù)能讓沙漠里建工程更環(huán)保,再苦都值�！崩顕�(yán)君說,如今團(tuán)隊(duì)還在優(yōu)化方案,讓這項(xiàng)技術(shù)能支撐更深井的建設(shè)需求。

“儀器到不了的地方,就用腳走;數(shù)據(jù)拿不準(zhǔn)的地方,就多測幾次。”劉學(xué)軍說,現(xiàn)在看到巖石紋路基本能判斷地質(zhì)情況,但團(tuán)隊(duì)始終堅(jiān)持十余種設(shè)備加人工勘察的雙重保障。

這些從天山、沙漠煉出的“硬核技術(shù)”,正成為照亮新疆高質(zhì)量發(fā)展的科技之光,助力更多重大工程從藍(lán)圖變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。