天山勝利隧道——穿越地質迷宮的超級工程

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看似不可能的任務：駕駛著巨大的掘進機，穿越16條地質斷裂帶修建隧道。隧道沿線穿越的地層堪稱“地質博物館”，復雜的地質條件則給工程帶來了前所未有的考驗，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時起試運營，自此烏魯木齊市至庫爾勒市車程由此前的7小時縮短至3.5小時。

在天山山脈腹地，一條全長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，更是人類工程技術與復雜地質環境博弈的一次偉大實踐。

天山勝利隧道（圖源中國交通新聞網）

這條隧道串聯起新疆南北疆，打破了天山對區域交通的阻隔，自誕生之初就面臨著“長、多、深、低、高”的五大世界級難題：“長”指隧道軸線總長超22公里，為世界高速公路隧道之最；“多”指整個隧道穿越16個地質斷裂帶，沿線地質災害點多；“深”指隧道埋深和用以通風的豎井深度前所未見，施工難度大、施工風險高；“低”指溫度低、氣壓低、含氧量低；“高”指高地應力、高地震烈度、高環保要求、高寒、高海拔。

烏尉高速公路穿越天山山脈（圖源中國交通新聞網）

在這些難題中，地質構造的復雜性與地震風險的不確定性，成為施工過程中非常嚴峻的挑戰，而一系列創新技術的應用，讓這條“地質禁區”中的隧道成功貫通。

洞察“看不見”的地質結構

為了在掘進過程中盡早發現前方潛在的不良地質體，工程中引入了地震波法T3（即AGI-T3三維成像隧道地質超前預報系統）作為重要的地質結構探測手段。地震波法的基本思想并不復雜，可以理解為給地下“做CT”：在隧道內人工激發微小震動，讓地震波在巖體中傳播，當它們遇到不同巖性、破碎帶、斷層或含水結構時，傳播速度、反射強度和波形都會發生變化，布設在洞內的檢波器記錄這些變化信息，再通過反演計算重建前方巖體結構。

T3方法的特點在于適合隧道環境，能夠在有限空間內對掌子面（坑道施工中不斷向前推進的工作面）前方一百米到兩百米范圍進行成像，對不良地質體空間定位更準確。在天山勝利隧道這樣“地質條件變化大”的工程中，T3探測就像提前打探前路的“斥候”，為施工方案調整提供依據。

AGI-T3工作原理示意圖（圖源中國交通建設監理協會微信公眾號）

地質迷宮中的掘進挑戰

如果說T3技術讓施工團隊“看清”了地下地質，那么真正進入掘進階段，天山復雜的地質條件則給工程帶來了前所未有的考驗。隧道沿線穿越的地層堪稱“地質博物館”，共涉及10余種不同類型的巖石，包括堅硬的花崗巖、脆弱的片巖以及富含水分的砂巖等，巖性的變化給掘進設備帶來了極大挑戰。更為嚴峻的是，隧道穿越了16條地質斷裂帶，其中博羅科努-阿奇克庫都克斷裂帶F6斷層尤為突出。

F6斷層號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440米，經過時有可能遭遇地震，伴隨泥石流、塌方。當隧道掘進接近F6斷層時，圍巖條件急劇惡化，塌方、掉塊和涌水風險顯著增加，傳統的掘進方式在這里如同“在流沙中挖洞”，硬巖掘進機TBM只能以“龜速”前進，施工速度被迫放緩。面對這一挑戰，工程團隊針對每種險情都準備了詳細預案：如何快速支撐巖頂（支護），如何排出地下水（抽排），如何清理廢棄的土石（清運），又如何填滿巖體后的空洞（回填），采用多種方式加強初期支護，歷經80天艱辛奮戰，掘進機成功穿越難度最大的F6斷裂帶。

對較好圍巖條件采用敞開式工法掘進模式（截取自《打穿天山，有多難？》）

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

對極破碎帶、軟巖大變形、強巖爆地層采用單護盾鋼管片支護掘進模式（截取自《打穿天山，有多難？》）

比F6斷裂帶更具挑戰性的，是施工過程中遭遇的一條事前未能完全探測出來的扭滑走斜隱藏式蝕變帶，這是一種極其隱蔽的地質缺陷，這類蝕變帶中的巖石干燥時與石頭無異，但是一旦遇到水，就會瞬間“黑化”變成膏泥狀，這種泥狀物質會糊死TBM刀盤，堵塞刀具與排渣系統，導致TBM卡機，堪稱隧道掘進中的“隱形陷阱”。針對這一難題，施工團隊創新采用“橫通道引流+人工清理支護”的方案：從主洞向中導洞刀盤前方開設橫通道，通過人工鉆爆方式清理堵塞的膏泥與碎石，并對巖體進行加固支護。這一過程耗時一年多，成為整個隧道施工中最艱難的攻堅階段。

橫通道引流示意圖（圖源紀錄片《天山通途》）

以柔克剛：抗震設計的智慧

天山地區地震活動頻繁，隧道沿線地震烈度高達Ⅷ度（8度），一旦發生地震，斷層錯動會像“掰餅干”一樣，對剛性的隧道結構造成毀滅性破壞。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，在結構設計上引入了減震吸能和柔性鏈接的理念。

在隧道初期支護與二次襯砌之間，嵌入近4萬根填充泡沫混凝土的PE管，形成70厘米厚的柔性減震層。泡沫混凝土質地疏松，具有優異的變形吸能特性，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內側施作的模筑混凝土或鋼筋混凝土襯砌，與初期支護共同組成復合式襯砌。其核心作用有三：1. 強化支撐：與初期支護協同受力，顯著提升隧道整體結構強度和穩定性，抑制變形。2. 防水排水：以結構自防水為核心，是隧道防水體系的的關鍵組成部分，優化隧道防排水系統。3. 平整內壁：提供光滑、規則的隧道內表面，便于后續安裝照明、通風、監控等附屬設施，并改善行車體驗。

柔性減震層示意圖（圖源視頻《打穿天山，有多難？》）

同時，隧道每隔30多米就設置一道伸縮縫，允許管段之間有小位移，以減小軸向約束，避免應力集中掰裂隧道主體。這樣一來，整個隧道結構就像“多節棍”一樣，具備靈活變形的能力，如果你還不能想象它的形態，不如摸一下自己的脊椎骨。當斷層發生錯動時，這些柔性結構會通過自身變形吸收地震能量，化解地層位移帶來的沖擊力，避免隧道主體結構被拉裂或壓碎。這種設計思路不是去“硬抗”地質運動，而是學會與之“共存”，給自然變化留下釋放空間。

抗錯動工藝示意圖（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交通工程的勝利，更是一場工程技術與地質科學深度協同的實踐。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，讓新疆對內與內陸地區的聯系更加緊密，對外則成為連接中亞、西亞的重要通道。這條隧道積累的復雜地質條件下施工和抗震設計經驗，也將為未來類似重大工程提供參考，讓人類在理解地球、順應地球的過程中，走得更穩、更遠。

新疆未來的高速公路網格局（圖源視頻《打穿天山，有多難？》）

參考資料：

1. 地震波法隧道地質超前預報關鍵技術與應用（張攀攀）

2. 為地下工程點亮“透視眼”—AGI-T3 三維成像隧道地質超前預報儀（中國交通建設監理協會）

3. 高寒高海拔超長公路隧道建設關鍵技術——以天山勝利隧道為例（彭文波, 高翔, 劉繼國等）

4. 天山通途（中央廣播電視總臺財經節目中心）

5. 攻堅在天山深處（吳迪, 姚龍, 魯澤建）

6. 刷新世界紀錄！打通天山有多難？解密隧道“通關秘籍”（央視一套）

7 打穿天山，有多難？（中國交建, 星球研究所）

來源：震知卓見