在地球上既古老又年輕的山脈——天山山脈的腹地，工程師們完成了一項(xiàng)看似不可能的任務(wù)：駕駛著巨大的掘進(jìn)機(jī)，穿越16條地質(zhì)斷裂帶修建隧道。隧道沿線穿越的地層堪稱“地質(zhì)博物館”，復(fù)雜的地質(zhì)條件則給工程帶來(lái)了前所未有的考驗(yàn)，這不僅是力量的較量，更是智慧的博弈。天山勝利隧道及其所在的新疆烏魯木齊至尉犁高速公路于2026年1月1日0時(shí)起試運(yùn)營(yíng)，自此烏魯木齊市至庫(kù)爾勒市車程由此前的7小時(shí)縮短至3.5小時(shí)。

在天山山脈腹地，一條全長(zhǎng)22.13公里的“地下巨龍”橫空出世——天山勝利隧道，作為世界最長(zhǎng)的高速公路隧道，它不僅是烏尉高速公路的核心控制性工程，更是人類工程技術(shù)與復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境博弈的一次偉大實(shí)踐。

天山勝利隧道（圖源中國(guó)交通新聞網(wǎng)）

這條隧道串聯(lián)起新疆南北疆，打破了天山對(duì)區(qū)域交通的阻隔，自誕生之初就面臨著“長(zhǎng)、多、深、低、高”的五大世界級(jí)難題：“長(zhǎng)”指隧道軸線總長(zhǎng)超22公里，為世界高速公路隧道之最；“多”指整個(gè)隧道穿越16個(gè)地質(zhì)斷裂帶，沿線地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)多；“深”指隧道埋深和用以通風(fēng)的豎井深度前所未見(jiàn)，施工難度大、施工風(fēng)險(xiǎn)高；“低”指溫度低、氣壓低、含氧量低；“高”指高地應(yīng)力、高地震烈度、高環(huán)保要求、高寒、高海拔。

烏尉高速公路穿越天山山脈（圖源中國(guó)交通新聞網(wǎng)）

在這些難題中，地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性與地震風(fēng)險(xiǎn)的不確定性，成為施工過(guò)程中非常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，而一系列創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用，讓這條“地質(zhì)禁區(qū)”中的隧道成功貫通。

洞察“看不見(jiàn)”的地質(zhì)結(jié)構(gòu)

為了在掘進(jìn)過(guò)程中盡早發(fā)現(xiàn)前方潛在的不良地質(zhì)體，工程中引入了地震波法T3（即AGI-T3三維成像隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)）作為重要的地質(zhì)結(jié)構(gòu)探測(cè)手段。地震波法的基本思想并不復(fù)雜，可以理解為給地下“做CT”：在隧道內(nèi)人工激發(fā)微小震動(dòng)，讓地震波在巖體中傳播，當(dāng)它們遇到不同巖性、破碎帶、斷層或含水結(jié)構(gòu)時(shí)，傳播速度、反射強(qiáng)度和波形都會(huì)發(fā)生變化，布設(shè)在洞內(nèi)的檢波器記錄這些變化信息，再通過(guò)反演計(jì)算重建前方巖體結(jié)構(gòu)。

T3方法的特點(diǎn)在于適合隧道環(huán)境，能夠在有限空間內(nèi)對(duì)掌子面（坑道施工中不斷向前推進(jìn)的工作面）前方一百米到兩百米范圍進(jìn)行成像，對(duì)不良地質(zhì)體空間定位更準(zhǔn)確。在天山勝利隧道這樣“地質(zhì)條件變化大”的工程中，T3探測(cè)就像提前打探前路的“斥候”，為施工方案調(diào)整提供依據(jù)。

AGI-T3工作原理示意圖（圖源中國(guó)交通建設(shè)監(jiān)理協(xié)會(huì)微信公眾號(hào)）

地質(zhì)迷宮中的掘進(jìn)挑戰(zhàn)

如果說(shuō)T3技術(shù)讓施工團(tuán)隊(duì)“看清”了地下地質(zhì)，那么真正進(jìn)入掘進(jìn)階段，天山復(fù)雜的地質(zhì)條件則給工程帶來(lái)了前所未有的考驗(yàn)。隧道沿線穿越的地層堪稱“地質(zhì)博物館”，共涉及10余種不同類型的巖石，包括堅(jiān)硬的花崗巖、脆弱的片巖以及富含水分的砂巖等，巖性的變化給掘進(jìn)設(shè)備帶來(lái)了極大挑戰(zhàn)。更為嚴(yán)峻的是，隧道穿越了16條地質(zhì)斷裂帶，其中博羅科努-阿奇克庫(kù)都克斷裂帶F6斷層尤為突出。

F6斷層號(hào)稱三億年的地球裂痕，斜切天山1000公里，斷裂最深處超30公里，影響隧道寬度達(dá)440米，經(jīng)過(guò)時(shí)有可能遭遇地震，伴隨泥石流、塌方。當(dāng)隧道掘進(jìn)接近F6斷層時(shí)，圍巖條件急劇惡化，塌方、掉塊和涌水風(fēng)險(xiǎn)顯著增加，傳統(tǒng)的掘進(jìn)方式在這里如同“在流沙中挖洞”，硬巖掘進(jìn)機(jī)TBM只能以“龜速”前進(jìn)，施工速度被迫放緩。面對(duì)這一挑戰(zhàn)，工程團(tuán)隊(duì)針對(duì)每種險(xiǎn)情都準(zhǔn)備了詳細(xì)預(yù)案：如何快速支撐巖頂（支護(hù)），如何排出地下水（抽排），如何清理廢棄的土石（清運(yùn)），又如何填滿巖體后的空洞（回填），采用多種方式加強(qiáng)初期支護(hù)，歷經(jīng)80天艱辛奮戰(zhàn)，掘進(jìn)機(jī)成功穿越難度最大的F6斷裂帶。

對(duì)較好圍巖條件采用敞開(kāi)式工法掘進(jìn)模式（截取自《打穿天山，有多難？》）

對(duì)破碎帶、軟弱圍巖、巖爆地層采用單護(hù)盾鋼模板壓注式混凝土支護(hù)掘進(jìn)模式（截取自《打穿天山，有多難？》）

對(duì)極破碎帶、軟巖大變形、強(qiáng)巖爆地層采用單護(hù)盾鋼管片支護(hù)掘進(jìn)模式（截取自《打穿天山，有多難？》）

比F6斷裂帶更具挑戰(zhàn)性的，是施工過(guò)程中遭遇的一條事前未能完全探測(cè)出來(lái)的扭滑走斜隱藏式蝕變帶，這是一種極其隱蔽的地質(zhì)缺陷，這類蝕變帶中的巖石干燥時(shí)與石頭無(wú)異，但是一旦遇到水，就會(huì)瞬間“黑化”變成膏泥狀，這種泥狀物質(zhì)會(huì)糊死TBM刀盤，堵塞刀具與排渣系統(tǒng)，導(dǎo)致TBM卡機(jī)，堪稱隧道掘進(jìn)中的“隱形陷阱”。針對(duì)這一難題，施工團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新采用“橫通道引流+人工清理支護(hù)”的方案：從主洞向中導(dǎo)洞刀盤前方開(kāi)設(shè)橫通道，通過(guò)人工鉆爆方式清理堵塞的膏泥與碎石，并對(duì)巖體進(jìn)行加固支護(hù)。這一過(guò)程耗時(shí)一年多，成為整個(gè)隧道施工中最艱難的攻堅(jiān)階段。

橫通道引流示意圖（圖源紀(jì)錄片《天山通途》）

以柔克剛：抗震設(shè)計(jì)的智慧

天山地區(qū)地震活動(dòng)頻繁，隧道沿線地震烈度高達(dá)Ⅷ度（8度），一旦發(fā)生地震，斷層錯(cuò)動(dòng)會(huì)像“掰餅干”一樣，對(duì)剛性的隧道結(jié)構(gòu)造成毀滅性破壞。如何讓這條穿越多條斷裂帶的隧道在地震中保持安全？工程師們借鑒了“以柔克剛”的東方智慧，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上引入了減震吸能和柔性鏈接的理念。

在隧道初期支護(hù)與二次襯砌之間，嵌入近4萬(wàn)根填充泡沫混凝土的PE管，形成70厘米厚的柔性減震層。泡沫混凝土質(zhì)地疏松，具有優(yōu)異的變形吸能特性，就像給隧道穿上了一件“緩沖鎧甲”。

注：二次襯砌是隧道工程中在初期支護(hù)內(nèi)側(cè)施作的模筑混凝土或鋼筋混凝土襯砌，與初期支護(hù)共同組成復(fù)合式襯砌。其核心作用有三：1. 強(qiáng)化支撐：與初期支護(hù)協(xié)同受力，顯著提升隧道整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性，抑制變形。2. 防水排水：以結(jié)構(gòu)自防水為核心，是隧道防水體系的的關(guān)鍵組成部分，優(yōu)化隧道防排水系統(tǒng)。3. 平整內(nèi)壁：提供光滑、規(guī)則的隧道內(nèi)表面，便于后續(xù)安裝照明、通風(fēng)、監(jiān)控等附屬設(shè)施，并改善行車體驗(yàn)。

柔性減震層示意圖（圖源視頻《打穿天山，有多難？》）

同時(shí)，隧道每隔30多米就設(shè)置一道伸縮縫，允許管段之間有小位移，以減小軸向約束，避免應(yīng)力集中掰裂隧道主體。這樣一來(lái)，整個(gè)隧道結(jié)構(gòu)就像“多節(jié)棍”一樣，具備靈活變形的能力，如果你還不能想象它的形態(tài)，不如摸一下自己的脊椎骨。當(dāng)斷層發(fā)生錯(cuò)動(dòng)時(shí)，這些柔性結(jié)構(gòu)會(huì)通過(guò)自身變形吸收地震能量，化解地層位移帶來(lái)的沖擊力，避免隧道主體結(jié)構(gòu)被拉裂或壓碎。這種設(shè)計(jì)思路不是去“硬抗”地質(zhì)運(yùn)動(dòng)，而是學(xué)會(huì)與之“共存”，給自然變化留下釋放空間。

抗錯(cuò)動(dòng)工藝示意圖（圖源視頻《打穿天山，有多難？》）

天山勝利隧道的建成不僅是一項(xiàng)交通工程的勝利，更是一場(chǎng)工程技術(shù)與地質(zhì)科學(xué)深度協(xié)同的實(shí)踐。作為“一帶一路”倡議在新疆的重要交通樞紐工程，它打破了天山南北的交通壁壘，讓新疆對(duì)內(nèi)與內(nèi)陸地區(qū)的聯(lián)系更加緊密，對(duì)外則成為連接中亞、西亞的重要通道。這條隧道積累的復(fù)雜地質(zhì)條件下施工和抗震設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，也將為未來(lái)類似重大工程提供參考，讓人類在理解地球、順應(yīng)地球的過(guò)程中，走得更穩(wěn)、更遠(yuǎn)。

新疆未來(lái)的高速公路網(wǎng)格局（圖源視頻《打穿天山，有多難？》）

參考資料：

1. 地震波法隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用（張攀攀）

2. 為地下工程點(diǎn)亮“透視眼”—AGI-T3 三維成像隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)儀（中國(guó)交通建設(shè)監(jiān)理協(xié)會(huì)）

3. 高寒高海拔超長(zhǎng)公路隧道建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)——以天山勝利隧道為例（彭文波, 高翔, 劉繼國(guó)等）

4. 天山通途（中央廣播電視總臺(tái)財(cái)經(jīng)節(jié)目中心）

5. 攻堅(jiān)在天山深處（吳迪, 姚龍, 魯澤建）

6. 刷新世界紀(jì)錄！打通天山有多難？解密隧道“通關(guān)秘籍”（央視一套）

7 打穿天山，有多難？（中國(guó)交建, 星球研究所）

來(lái)源：震知卓見(jiàn)