人民日報：在“地質博物館”里智能掘進
文章來源：人民日報 發布時間：2025-06-30
二襯臺車在開展定位工作。
操作員在指揮隧道內作業。
工人在進行爆破鉆孔作業。
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最長的Ⅰ級高風險隧道，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，標志著西十高鐵建設取得了關鍵性進展，為后續無砟軌道施工奠定了堅實基礎。
打通雙線36.115公里的Ⅰ級高風險隧道
創新應用，把巖層當“豆腐”切
西嶺隧道，位于陜西省商洛市商州區境內，地處秦嶺低中山區，是西十高鐵全線最長的Ⅰ級高風險隧道，創造了我國高鐵Ⅰ級高風險隧道的最長施工紀錄。
“西嶺隧道設計為雙洞單線隧道，雙線總長36.115公里，猶如‘地下長城’，需要采用4座斜井、20個工作面同時施工。這里的地質條件之復雜，堪稱一座‘地質博物館’。”中鐵七局西十高鐵3標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，我們時刻面臨著微瓦斯溢出、巖溶、突涌水、順層坍塌等風險。”
地質條件如此復雜，如何保證施工安全和質量？項目建設團隊創新施工路徑，采用了數字化施工體系，通過BIM建模和無人機傾斜攝影技術，構建了厘米級精度的數字隧道模型；投入智能襯砌臺車、焊接機器人等智能裝備，形成了全方位的機械化施工網絡。
尤其在淺埋段施工中，由于覆土薄、巖層變化頻繁且結構復雜，團隊采用配備智能壓力傳感系統的懸臂掘進機。“機械臂能實時感知巖層變化，自動調節掘進參數，不僅能將噴射混凝土超耗率降低40%，還能降低隧道坍塌風險。”何心德說，“這相當于把巖層當‘豆腐’切，在‘薄如蛋殼’的淺埋層實現‘零擾動施工’。”
復雜的地質條件也為隧道通風制造了更多難題。“西嶺隧道作為長大隧道，實現通風本就不易。”何心德指著3號斜井洞口的風機說，“經過走訪調研和考察學習，我們決定根據不同施工階段調整通風設計。”
考慮到斜井長1.6公里，斷面小，團隊選擇高效率的智能風機，配置低風阻的風袋，在通風距離大于1公里時，運行功率是普通風機的1/4，且噪聲較小，不會影響正常施工過程中大家的交流。
然而，斜井進入正洞施工后，轉變為4個掌子面，也就是開挖坑道過程中不斷向前推進的工作面。施工人員發現，若仍按原設計采用4臺風機、布設4條風袋分別通風，通風管道會在這個斜井小斷面輔助坑道占據過大的空間，導致施工機械設備難以通行。“那個時候，我先在隧道里仔細觀察，然后回到辦公室組織技術人員一起反復論證措施可行性，最后采用兩臺風機承擔4個掌子面的施工通風，在斜井范圍采用兩條風袋，進入正洞再一分為二，借助流體力學理論建立模型對風量、風壓進行檢算，確保掌子面風量充足。”何心德至今記憶猶新。
這樣布設管道，通風、通行問題都解決了。為了確保通風效果，技術人員還專門組成課題小組，研究如何保證4個掌子面的回風，減小相互干擾，根據掌子面空氣質量自動調節風量風壓。目前，團隊關于通風方面的研究已經形成2篇技術論文，并在行業核心期刊上發表，獲得2項國家專利和1項陜西省省級工法。
創造1/256800的相對閉合差
精準監測，摸清巖層的“脾氣”
在復雜地質環境中解決掘進難題，為項目建設奠定了重要基礎，而確保這條隧道在秦嶺山脈深處實現高精度貫通，則對測量和控制技術提出了嚴苛的要求。
團隊采用了先進的斷面掃描儀——3D激光掃描儀。以前的斷面儀一次只能掃一個斷面，用時10分鐘；而3D激光掃描儀可以采集60米范圍的斷面數據，可按30厘米切取一個斷面，取點間距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場開挖情況，并能及時調整爆破參數，持續控制開挖掘進水平。
“為了摸清巖層的‘脾氣’，我們還構建了‘三位一體’智能探測體系。”項目工程部部長鄭向南介紹，地質雷達與超前鉆探組成“地質偵察兵”，像做“微創手術”一樣取芯分析；運用TSP地震波法進行巖體“CT掃描”，預測斷層參數指導支護設計；動態監測平臺作為“智慧大腦”，在巖體完整性指數低于0.3或地下水流量突破10立方米/小時閾值時，會立即發出警報。
2023年7月的一場暴雨，檢驗了這套系統的可靠性。隧道出口邊坡突然發出2.3毫米/小時的位移警報，團隊立即啟動了由50臺光柵水準儀組成的智能監測網。“過去遇到雨天，人工監測經常受限，儀器損壞也是常事。現在，即使0.1毫米的細微變形，也逃不過‘電子眼’的捕捉。”項目測量員李曉林輕點平板電腦，邊坡的三維模型清晰呈現，每一處細微位移都被精準定位和記錄。
不僅如此，針對不同地質特性，團隊研發實現了全站儀毫米級精度追蹤變形動態、創新三臺階微震爆破工藝等差異化“診療方案”。在攻克3號、4號斜井小半徑轉彎測量難題時，團隊更是創新采用“全導線網”方案——在隧道兩側交叉布設4組棱鏡，讓每個測點參與多個閉合環平差計算，用冗余觀測“馴服”誤差。
2023年4月，團隊首次在8號控制點進行實測。當計算結果從屏幕上跳出的那一刻，現場爆發出歡呼——相對閉合差達到驚人的1/256800！這項技術成果此后取得國家專利并獲評省級工法，專家評審認為，該成果“開創了復雜線型隧道精準測量的新范式”。
實現12分鐘的緊急撤離
緊密銜接，構成一張無形的“安全網”
“突涌水！全員撤離！”2022年寒冬的一個深夜，3號斜井突然響起的警報聲劃破夜空。項目現場副經理孫建軍回憶：“聽見警報，我立即摁下了‘紅色停止鍵’，應急照明瞬間把隧道點亮了，20名工人沿著墻上的熒光標識成功撤離，整個過程只花了12分鐘。”人員撤離后，總排水能力達600立方米/小時的系統如同地下排水“大動脈”，將突發的涌水轉化為可控水流，確保了隧道施工進度不受影響。
驚心動魄的搶險背后，是團隊“預防—預警—處置—恢復”全鏈條應急機制的成功實施。從發現險情到控制局面，每個環節都緊密銜接：每隔50米設置的應急照明設備指示了生命通道，200千瓦的發電機保障了排水動力，針對員工的定期演練提升了應急能力，而與地方醫療、消防部門建立的聯動協議“雙保險”，則為救援上了最后一道鎖。
“安全不是靠運氣，而是靠體系。一個成熟的全鏈條應急機制，能構成一張無形的‘安全網’。”項目安全總監殷雨說。他身后的電子屏上，實時顯示著隧道各段的監測數據，記錄著這座“地質博物館”每一寸空間的細微變化。
夕陽下，商洛市楊峪河鎮的村民們望著隧道口，聊了起來：“通車后，孫子去西安上學就方便多了”“村里的山貨興許能賣個好價錢”“真是不敢想啊，很多年前，我們去西安只能坐大巴車，翻山越嶺，十幾個小時才能到”……
機械的轟鳴聲在隧道中回蕩，這條穿越秦嶺的鋼鐵長龍，將載著山區群眾的希望，通往更加美好的未來。
■延伸閱讀
西嶺隧道建設難點何在？
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：隧道結構采用雙洞單線設計，雙線總長度達36.115公里，是目前全國高鐵已貫通項目中總施工長度最長的Ⅰ級高風險隧道；洞身穿越泥巖、砂巖、石英片巖等6類巖層，途經2處大型斷層、8處褶皺構造帶及10處淺埋段，集中了巖溶發育、突涌水、軟巖大變形、微瓦斯溢出等12項高風險不良地質問題；施工組織難度大，通過4座斜井開辟20個工作面同步立體作業，需協調2000余名建設者24小時不間斷施工，管理復雜度極高。
項目2022年3月開工，創新運用智能建造技術，應用地質雷達超前預報、三維激光掃描、無人機傾斜攝影實時監測地質變化，結合懸臂掘進機、自鋪式智能襯砌臺車等裝備動態調整施工參數，克服各類難題，歷時1100余天，于2025年4月實現貫通。預計到2026年6月，西十高鐵通車后，西安至十堰通行時間將縮短至1小時，武漢至西安通行時間壓縮至2.5小時，助力沿線經濟社會發展。
【責任編輯：韓夢圓】
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