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天山胜利隧道施工关键技术创新与应用现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.61,No.2(Total No.415),Apr.2024第61卷第2期(总第415期),2024年4月出版收稿日期：2024-01-15修回日期：2024-02-23作者简介：李宗平（1971-），男，硕士研究生，教授级高级工程师，主要从事隧道及地下工程研究工作，LiZO.通讯作者：王帅帅（1988-），男，博士，高级工程师，主要从事隧道与地下工程领域的施工及管理工作，E-mail：.文章编号：1009-6582（2024）02-0241-13DOI:10.13807/ki.mtt.2024.02.022引文格式：李宗平，王帅帅，毛锦波，等.天山胜利隧道施工关键技术创新与应用J.现代隧道技术,2024,61(2):241-253+271.LI Zongping,WANG Shuaishuai,MAO Jinbo,et al.Key Technological Innovation and Application in the Construction ofTianshan Shengli TunnelJ.Modern Tunnelling Technology,2024,61(2):241-253+271.1引 言我国西部地区地质环境复杂且敏感，交通工程建设过程中以超长、超大埋深隧道居多。隧道埋深大，地应力极高，施工过程面临岩爆、破碎带大变形、岩溶等不良地质问题1，2。国内外类似工程建设经验表明，深埋高地应力特长山岭隧道采用TBM施工是高效建设的主要途径3。众多学者也针对特长山岭隧道施工技术重难点问题开展研究。在特长山岭隧道施工过程控制方面，王帅帅等4基于天山胜利隧道“3洞+4竖井”的建设方案，优化解决施工过程中TBM穿越破碎带、长距离通风、深大竖井施工及物流运输等技术难题。陈卫忠等5总结归纳了深埋高地应力TBM隧道挤压大变形的机制及控制方法。温 森等6建立了深埋隧道TBM连续掘进和停机两种工况下卡机状态判断模型，提出了卡机控制措施及临界预留变形计算公式。宋法亮等7依托高黎贡山隧道存在的“三高四活跃”地质问题，提出了涵盖超前预报、支护结构等在内的一套TBM连续施工方案。朵生君8依托中天山特长隧道工程，明确了铁路隧道TBM长距离施工通风控制标准，给出了通风方案阶段划分方法，提出了改善TBM通风系统的措施，优化了通风效果。可以看出，当前对于不良地质条件下特长山岭隧道TBM施工过程中的施工控制、施工通风、洞内卡机等关键技术均有较多研究。而在特长山岭隧道开挖方案设计方面，考虑特长山岭隧道地质条件复杂，施工要求高，施工工期紧张等因素，多采用“长隧短打”的建设思路，通过设置数个辅助通道从而增加工作面分段施工，以保障施工工效。近年来国内已有不少特长隧道采用这种服务通道辅助开挖的建设方案，在特长山岭隧道工程领域取得显著成效916，见表1。综上所述，在满足合理施工工期要求时，特长隧道修建大多通过斜井、平洞开辟新的主洞辅助工作面以实现长隧短打。本文通过天山胜利隧道施工组织、物料运输、施工通风等关键施工技术研究，总结研究适合天山胜利特长隧道的“长隧超短打”施工工天山胜利隧道施工关键技术创新与应用李宗平1王帅帅2,4毛锦波3李亚隆3牛晓宇2,4（1.中国交通建设集团有限公司，北京100088；2.中交集团山区长大桥隧建设技术研发中心，西安710100；3.中交二公局东萌工程有限责任公司，西安710119；4.中交第二公路工程局有限公司，西安710065）摘要：新疆乌尉高速天山胜利隧道全长22.13 km，是目前世界在建最长的高速公路隧道，工程建设面临高寒、高海拔等复杂恶劣环境影响下建设20 km级超长大埋深高速公路山岭隧道的多项挑战。作为国内公路行业首次采用TBM辅助施工的三洞隧道模式，文章系统介绍天山胜利隧道在施工组织、物料运输、施工通风、TBM施工、竖井作业等方面的关键创新技术，创新性地提出适用于超特长隧道的“长隧超短打”三洞法施工组织、TBM无轨物料运输、TBM压注式混凝土工艺、洞顶正上方悬挂式连续皮带机、多工作面施工通风、深大竖井地面深部预注浆技术、短掘短衬作业法等新技术、新工艺、新设备，为今后超特长隧道施工提供系统参考，对提升超特长隧道建造水平具有重要意义。关键词：天山胜利隧道；施工组织；物料运输；TBM仰拱块；悬挂式皮带机；多功能胶轮车中图分类号：U455.3文献标志码：A241天山胜利隧道施工关键技术创新与应用现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第61卷第2期(总第415期),2024年4月出版Vol.61,No.2(Total No.415),Apr.2024艺，为今后特长隧道施工提供工程经验。2工程概况2.1工程概况天山胜利隧道为乌尉高速全线控制性工程，设计为分离式隧道，按照双向4车道高速公路标准修建，设计车速100 km/h。隧道进口高程约2 770.2 m，出口高程2 900.2 m，分4段人字形折线坡:+1.75%（621 m）/+1.364%（10 399 m）/+0.5%（3 170 m）/-0.5%（7 310 m）/-1.0%（550 m），隧道运营通风设置通风竖井4处，采用“四竖井分五段纵向通风”设计。隧道采用“三洞”方案，其中双主洞采用钻爆法，中导洞（直径8.4 m）采用TBM法施工，隧道建设工期6年。天山胜利隧道穿越天山山脉，地处高寒高海拔地区，地质条件复杂，隧道洞身围岩主要为凝灰质粉砂岩、炭质板岩、花岗闪长岩、石英片岩、花岗岩、变质砂岩、大理岩、板岩、花岗斑岩等，围岩级别为V级，洞身穿越F6、F7等17条断层破碎带，其中F6断层位于博阿活动断裂位置。隧道洞身最大埋深1 112.6 m，最大地应力21.8 MPa，隧道最大涌水量112 500 m/d，存在岩爆、涌水、软岩大变形等不良地质。地质情况及隧道三洞断面布置如图1、图2所示。2.2工程特点天山胜利隧道穿越天山山脉，地处高寒高海拔地带，地质条件极为复杂，具有“一长”、“二深”、“五高”的特征，施工技术难度大，施工组织设计复杂。表1 特长山岭隧道主洞辅助工作面设计Table 1 Design of auxiliary working surfaces for the main tunnel construction in extra-long mountain tunnel projects序号12345678隧道工程乌鞘岭铁路隧道秦岭终南山公路隧道西山公路隧道虹梯关公路隧道二郎山公路隧道米仓山公路隧道香山铁路隧道大凉山1号公路隧道长度/km20.0518.0213.6313.1213.413.817.76315.366主洞辅助工作面情况辅助坑道共15座：斜井13座、竖井4座、横洞1座，配合4个正洞共计19个工作面利用铁路平导设置8个横通道开挖东线隧道，并用东线隧道横通道开辟工作面辅助西线施工竖井2座，斜井2座，其中2座斜井分担正洞任务4.5 km线路右侧1号斜井、2号斜井及横洞辅助主洞开辟工作面隧道由主洞和平行导洞组成，由14个车行横通道连接设置1号、2号通风斜井及1号通风竖井，其中1号、2号通风斜井辅助主洞施工设置5个斜井辅助主洞施工TBM平导+主洞钻爆法，平导贯通新增4个辅助主洞施工工作面备注国内铁路史上首次突破20 km的隧道国内已建最长公路隧道山西第一长公路隧道山西第二长公路隧道，创人工钻爆法施工单月独头掘进 556 m 的世界纪录已建高海拔地区最长隧道，创中国公路隧道独头掘进长度6 757 m的最长记录四川已建最长公路隧道西北地区在建客专第一长大隧道西南地区在建最长公路隧道图1 天山胜利隧道地质纵断面Fig.1 Geological longitudinal section of Tianshan Shengli Tunnel242天山胜利隧道施工关键技术创新与应用现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.61,No.2(Total No.415),Apr.2024第61卷第2期(总第415期),2024年4月出版（1）“一长”：单洞设计长度22.11 km，为全世界最长的高速公路隧道；（2）“二深”：隧道埋深深。洞身最大埋深为1 112.6 m；竖井深。其中 2 号竖井设计深度达702 m，为国内最深高速公路隧道竖井；（3）“五高”：高地应力：最大地应力值达21.8 MPa；高地震烈度：基本烈度为度，设计基本地震动峰值加速度为0.2g，特征周期采用0.45 s，地质构造运动强烈；高环保要求：隧道穿越天山一号冰川冰达坂、庙儿沟国家森林公园、乌鲁木齐二级饮水水源保护区；生态环境脆弱，环境敏感点多；高寒：天山冰川站夏季营地（海拔 3 539 m）年平均气温为-5.4，地表2 m以下为多年冻土层，最大冻结厚度为1530 m；隧址极端气温达-42；高海拔：竖井最高海拔3 590 m。3施工关键技术3.1施工组织技术3.1.1长隧超短打施工技术天山胜利隧道采用“在不同横通道处开辟主洞辅助工作面”的方案组合，基于工期指标比选，综合高峰期工作面数量及现场调度因素，利用TBM快速掘进的优势，通过服务隧道在车行横洞处开辟主洞辅助工作面，以相邻或间隔车行横洞为施工段，将整条隧道进行“切割”，从而实现“长隧超短打”。方案比选情况见表2，方案4中隧道施工共投入6套设备，高峰期保持6个工作面，后一个工作面完成后转移至前一个新的主洞工作面，从而依次增加工作面，最终得到隧道的最优间隔施工距离和最佳主洞工作面数量，将工期从传统斜井辅助施工的72个月缩短到52个月。图2 天山胜利隧道三洞布置Fig.2 Layout of the three tubes of Tianshan Shengli Tunnel表2 比选方案计划工期Table 2 Comparison and selection of option schedule名称方案1方案2方案3方案4主洞辅助工作面设置位置每个车行横洞处间隔车行横洞处在2.3 km、4.6 km、7.2 km、9.8 km、10.8 km位置横洞处中导洞贯通后适当间距横洞处高峰期工作面数量66128高峰期通过中导设置工作面数量44106贯通时间2025年7月15日2025年9月10日2025年6月6日2025年7月29日计算工期52.5个月54.3个月51.2个月53个月3.1.2横通道高效安全开挖施工技术（1）开挖方案设计针对横通道的开挖，在平行导洞车行横洞洞口设置专用防护台架，如图3所示，对洞内既有的连续皮带机、高压电缆和通风管道进行防护，同时利用防护台架对平行导洞与车行横洞的交叉洞室影响范围进行注浆小导管超前加固。车行横洞开挖采用浅孔松动控制爆破技术和下上台阶分部开挖法，减少冲击波和爆破飞石抛掷，实现车行横洞安全、高效施工，分部开挖法示意如图4所示。另一方面，通过浅孔松动控制爆破以最小减扰效应及最佳爆破效果对横通道进行爆破开挖，炮孔布设如图5、图6所示。（2）实施效果基于上述横通道高效安全开挖方案，天山胜利隧道出口端通过29号、28号、26号、25号、22号、20号243天山胜利隧道施工关键技术创新与应用现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第61卷第2期(总第415期),2024年4月出版Vol.61,No.2(Total No.415),Apr.2024图3 防护台架Fig.3 Protective pedestal图4 分部开挖法示意Fig.4 Schematic diagram of partial excavation method图5 下台阶炮孔及段别布置示意Fig.5 Schematic layout of blast holes and segments of lowerbench图6 上台阶炮孔及段别布置示意Fig.6 Schematic layout of blast holes and segments of upperbench和18号等7处横通道开辟主洞辅助工作面，横通道开挖（含转主洞50 m加宽带）形成主洞辅助工作面的平均施工工期为2.5个月，已累计辅助双主洞施工近15 000 m（折合单洞）。左洞于2020年3月29日正式进洞，右洞于2020年4月8日正式进洞，截至2023年12月25日，左洞独头掘进8 645.1 m，右洞独头掘进8 773 m；左洞累计进尺8 880.1 m，右洞累计进尺8 948.15 m。3.2隧道洞外超长距离水平定向钻地质勘察技术超前地质预报是隧道施工中不可缺少的环节，对隧道信息化施工、灾害防治和安全保障均有关键作用1719。为了探测隧道穿越破碎带区段的地质条件、涌水情况等，首次采用超长距离水平定向钻地质勘察技术。钻机按14入钻，钻孔轨迹前段与隧道夹角保持约127，中段曲线段按900 m平面曲率半径沿设计轨迹钻进，洞外钻进约1 125.5 m后，进入右洞，然后穿过中导洞，沿中导洞和左洞之间继续钻进，洞内平行钻进约553 m后穿过F7断层影响带20 m（PK93+220）后终孔，钻孔长度约1 729 m，入钻点高程与隧道轴线高程相差约264 m。采用间断取芯及孔内电视等测试技术对钻孔围岩的岩性分布、节理裂隙发育状况进行分析，并通过水平定向钻勘察孔的孔内涌水对隧道施工中的涌水量进行预测。水平钻孔轨迹及钻探过程如图7、图8所示。图7 水平钻孔轨迹平面图Fig.7 Plan view of horizontal drilling trajectory图8 水平钻孔孔内电视Fig.8TV in horizontal drilling hole244天山胜利隧道施工关键技术创新与应用现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.61,No.2(Total No.415),Apr.2024第61卷第2期(总第415期),2024年4月出版最终，天山胜利隧道中导洞TBM于2021年12月6日顺利通过F7断层核心带，历时43 d，比原定的施工计划提前了6.3个月。3.3物料运输技术3.3.1主洞物料运输方案为充分发挥TBM快速掘进的优势，中导洞TBM采用连续皮带机+洞外转渣皮带机出渣，主洞全部物料和中导洞除出渣外物料均采用无轨运输。高峰期保持6个掌子面同时施工，其中洞口端2个工作面可通过主洞进行物料运输，其他4个工作面物料通过1.6 km长的中导洞，而后转入已完成主洞进行运输。这种方案可以充分利用洞口段已完成主洞作为物料运输的通道，提高物料运输效率，总体物流运输过程见图9。图9 总体物流运输示意Fig.9 Schematic diagram of overall logistics transport3.3.2TBM物料运输方案（1）多功能胶轮车总体配置原则考虑天山胜利隧道的TBM其他物料采用无轨运输，同时结合中导洞内车辆无法掉头等施工特点，选用多功能胶轮车MSV（图10）作为材料运输工具，可实现双头驾驶。为提高物料运输效率，多功能胶轮车配置时考虑喷射混凝土和其他材料（主要型材）运输车的通用，同时喷射混凝土和其他材料（主要型材）的车型能够满足1块仰拱预制块的运输要求。图10 多功能胶轮车MSVFig.10 Multi-functional serve vehicle(MSV)（2）多功能胶轮车尺寸和载重选择结合工程运输需求，基于多功能胶轮车MSV的车辆特性，设计MSV的车辆总配置计划，见表3。各级围岩施工中，仰拱预制块配1辆DY45C运输车，混凝土配2辆DY30C运输车，其他物料配1辆DY30C运输车能够满足TBM日常掘进中材料运输需求。为消除车辆故障导致的施工不正常，备用 1 辆DY45C运输车、1辆DY30C运输车，需配置6辆MSV运输车。3.3.3连续皮带机出渣皮带运输系统的运输能力应满足TBM最大出渣量的需要。TBM开挖直径按8 400 mm计算，开挖断面积为54.3 m2，按照最大掘进速度6 m/h计算，每小时出渣325.80 m，岩石密度取2.7 t/m时，每小时最大出渣量约为879.66 t，基于最大出渣量，皮带机选择宽度为914 mm、输送能力为1 000 t/h的皮带机。连续皮带机可以实现TBM快速出渣，进而保证有效掘进时间20。为了保证隧道空间利用率，悬挂式连续皮带机逐渐为众多隧道采用。天山胜利隧道连续皮带机采用悬挂式方案，皮带机断面及现场布置如图11所示，其空间利用率高，不易与其他设施布置发生冲突，且很大程度保证了隧洞内其他交通设备的安全运行。同时，由于皮带机整体处于悬挂状态，有一定的自由度，在转弯段或皮带机系统启动和急停时，可起到一定的缓冲和自调的作用，极大程度降低了皮带移位的概率。根据出渣量计算，选择带宽914 mm的连续皮245天山胜利隧道施工关键技术创新与应用现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第61卷第2期(总第415期),2024年4月出版Vol.61,No.2(Total No.415),Apr.2024图11 悬挂式连续皮带机Fig.11 Suspended continuous belt conveyor带，满载截面积为0.096 m2，皮带满载率为42.86%。一般情况下，皮带的满载率只要不超过75%，就不会发生掉渣的现象，同时导链每个吊点荷载仅为10 kN，单点受力较小，安全性较为可靠。最终确定连续皮带机起重圆环吊链每隔4.50 m布置一组（2根），吊点锚杆采用25药卷锚杆，单个吊点计算荷载为10 kN，级围岩段（含级非钢拱架段）锚杆设计长度为2.0 m，级围岩段（不含级非钢拱架段）导链直接连接在钢拱架上，可满足皮带机悬挂固定的受力计算要求。3.3.4物料运输技术要点（1）中导洞直径仅为8.4 m，皮带机、风管等布置空间紧凑，无法满足同步衬砌的要求。而在二次衬砌滞后的条件下，直径8.4 m TBM隧道内可采用双向行车。如图12所示，双向行车条件下，净空高度与风管底部保持21.4 cm的高度，满足最不利情况下水泥混凝土罐车3.8 m的限高要求。两侧净宽能够满足最不利条件下水泥混凝土罐车3 m的限宽要求。综上所述，在二次衬砌滞后施工的条件下，皮带机在中导洞正上方设置，直径8.4 m的TBM中导断面，160 cm的仰拱高度能够满足施工期双向行车条件下的净宽和净高要求。为满足双向通车的要求，导洞采用初期支护加强的设计方案和二次衬砌滞后施工的施工方案；（2）连续皮带机优先设计“首尾”驱动，避免设置中间驱动对物料运输和TBM掘进的影响；（3）尽快打通洞口施工段，减少物料运输车辆在中导洞内的行驶距离，充分利用洞口段已完成主洞作为物料运输的通道，提高物料运输效率；（4）为提高隧道物料运输效率，对所有车辆采用智能交通调度系统进行信息化管理，通过电子显示屏或红绿灯设置对车辆流量进行管控或优化，对表3 MSV车辆总配置计划Table 3 MSV vehicle allocation plan序号1234围岩级别级级级级材料名称喷射混凝土/m3钢筋网片/t锚杆/t拱架/t仰拱块/块喷射混凝土/m3钢筋网片/t锚杆/t拱架/t仰拱块/块喷射混凝土/m3钢筋网片/t锚杆/t仰拱块/块喷射混凝土/m3钢筋网片/t锚杆/t仰拱块/块日需求量27.046.4499.1523.481498.542.61545.761.6714对应围岩最大运距/km5.37210.98810.4679.767时间t1/h0.510.50.510.50.510.50.510.5时间t2/h0.430.430.430.880.880.880.840.840.840.780.780.78时间t3/h0.51.50.50.51.50.50.51.50.50.51.50.5单趟时间t/h1.863.361.862.764.262.762.674.172.672.564.062.56单日单车允许趟数12712858858959单趟运量86.4286.4286.4286.42运输车计划配置数量111211211111实际单日单车趟数4127476.518617日运输时间/h7.443.363.7219.3117.0319.3117.394.1721.416.054.1718.72日利用率/%311415807180721789671778246天山胜利隧道施工关键技术创新与应用现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.61,No.2(Total No.415),Apr.2024第61卷第2期(总第415期),2024年4月出版图12 中导洞断面布置Fig.12 Section layout of the central heading所有车辆设置优先等级，确保优先通行模式的车辆第一时间到达目的地，提高物料运输效率。3.4施工通风设计天山胜利隧道采用巷道+压入式通风+射流风机+掌子面综合除尘的通风方式，如图13、图14所示。洞口端、号掌子面分别在左洞、右洞与中导洞车通连通处各设置1组大功率压入式轴流风机，以中导洞为巷道通过风管向洞口端左右洞钻爆法施工掌子面压入新鲜风；以中导洞为巷道，在中导洞与车行通道交叉处安装2组大功率轴流风机通过风管向TBM、左洞、右洞新开辟4个掌子面压入新鲜风；中导洞皮带机两侧分别敷设直径1.8 m、2 m的风管，、号掌子面利用中导洞两侧敷设的风管通过车行横洞分风的方式供风，风管交叉处设置“三通”，“三通”两侧设置风门，根据掌子面的需风量大小调节风门控制风量。在交叉洞室处(车行横洞)、中导洞、主洞设置射流风机，对洞内污浊空气进行抽排，掌子面爆破、出渣、喷浆施工采取水幕、集中除尘车等辅助措施综合除尘。图13 施工通风设计示意Fig.13 Construction ventilation design scheme现场针对通风效果进行风速监测（图15、图16），监测结果表明：（1）中导洞内2组风机（距离洞口2.5 km）送风后洞内形成负压，洞口和风机处压差约为200 Pa，洞口新鲜风自然进入风机处。经现场监测，中导洞洞口风速为2 m/s，洞内风速为1 m/s，中导洞内空气质量良好。（2）合理安排竖井工期，竖井贯通后第一时间打通联络风道，利用烟囱效应排除洞内污浊空气。经现场监测，井底风速约为3 m/s，井口中心风速约为15 m/s，排污风效果佳。图14 分风设计示意Fig.14 Schematic diagram of air distribution design图15 风速监测Fig.15 Wind speed monitoring图16 中导洞通风巷道空气质量情况Fig.16 The air quality of the ventilation duct in the middlepilot tunnel3.5公路隧道敞开式TBM施工技术3.5.1TBM施工流程如图17所示，结合天山胜利隧道现场条件及工247天山胜利隧道施工关键技术创新与应用现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第61卷第2期(总第415期),2024年4月出版Vol.61,No.2(Total No.415),Apr.2024程需求，TBM 构件进场后按照顺序摆放。机头架（128.8 t）、刀盘（156.6 t）采用400 t履带吊同时辅助220 t汽车吊进行吊装。每步进一个后配台车长度，然后采用220 t汽车吊依次组装1#13#台车，采用滑板式步进方式，最后整机步进至掌子面。当刀盘推力超过岩石强度时，相邻同心圆沟槽间的岩石成片剥落，形成石碴，剥落在掌子面底部的渣体被随刀盘旋转的均布在刀盘上的铲斗、刮板收集到主机内的皮带机上，再通过连续皮带机、洞外转载皮带机将渣石转运至弃渣场。图17 TBM组装Fig.17 TBM assembly当TBM到达终点处停机后，整机回退20 m设置TBM接收洞室，将主梁后端与1#桥架断开，通过双头车将1#桥架13#台车运输至洞外拆解。在主机后方开挖50 m拆机洞室,依次拆解主梁、TBM主机，具体的拆机过程如图18所示。图18 TBM拆机示意Fig.18 Schematic diagram of TBM dismantling3.5.2TBM组装场地布置及步进施工技术大多隧道TBM掘进段与钻爆段交错布置，TBM需以适当方式通过，即为“步进”，而在保证设备安全的情况下快速步进是广大研究人员的研究重点之一21。天山胜利隧道洞口 TBM 场地填筑工作中，TBM主机与后配套之间存在较大的高差（1.47 m），为此在主机刀盘组装区设计下沉式基础（图19）。在TBM步进过程中，采用一种永临结合的新型步进装置门型薄壁式步进仰拱块（图20），后配套系统支撑装置安装效率提高1倍，缩短TBM步进与掘进的转换时间达2个月以上，显著提升转换工效。图19 TBM下沉式基础设计平面图Fig.19 Plan view of TBM sunken foundation design图20 门型薄壁式步进仰拱块设计Fig.20 Design of door-type thin-walled inverted arch blockfor TBM stepping3.5.3三腔空腹式TBM仰拱块预制技术为了确保TBM快速掘进，一般采用预制仰拱块作为 TBM 行走轨道的基准面。当前国内敞开式TBM预制仰拱块一般采用反向预制工艺，结构尺寸为 3.88 m1.9 m0.9 m，单块最大重量约为 11 t22。而天山胜利隧道预制仰拱块单块重量约35 t，结构尺寸也较一般设计值更大（图21），因此天山胜利隧道采用国内首创的三腔空腹薄壁式预制仰拱块，并在国内首次采用正向预制工艺。通过优化模板设计，应用Ca40引气混凝土、气动振捣器和智能蒸汽养生等工艺，加快施工效率，缩短预制块养生周期，将每套模板1个循环/3 d缩短至1个循环/d，大幅提高模板周转率，有效解决仰拱预制块外观问题，提升了产品美观度和质量。3.5.4TBM压注式混凝土施工技术为解决复杂地质环境下敞开式TBM L1区围岩长时间裸露的问题，在TBM尾部开挖成形的隧道内安装钢模板，钢模板与岩壁之间形成空腔，端头设置堵头板，在TBM掘进的同时向空腔内以一定的压力248天山胜利隧道施工关键技术创新与应用现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.61,No.2(Total No.415),Apr.2024第61卷第2期(总第415期),2024年4月出版图21 国内首创三腔空腹薄壁式预制仰拱块Fig.21 The three-cavity hollow thin-walled prefabricatedinverted arch block持续压注混凝土形成一次衬砌支护结构，实现TBM盾尾的安全快速支护新技术。TBM压注式混凝土施工工法具有强度高、自动化程度高、环境污染小、外观平整度高等特点，TBM穿越破碎带区段采用压注式钢纤维混凝土支护模式，掘进安全性更高23。压注模式掘进下利用辅推油缸推进钢模进行掘进，同时注入钢纤维混凝土。当一个行程（1.2 m）完成后，将尾部一环钢模拆除，拆除尾部钢模时利用两根油缸将底部K型钢模顶出，利用主梁下方的吊机将钢模运输至前部拼装区域，开始下一环的拼装工作。当先期注入的压注混凝土凝固时间达到24 h后（30 MPa），利用辅推油缸推进钢模开始压注模式掘进，利用21套钢模板循环往复向前掘进，压注式混凝土工艺如图22所示。图22 TBM压注式混凝土施工工艺示意Fig.22 Schematic of TBM pressurized pumping concreteconstruction process天山胜利隧道在服务隧道 PK97+510PK97+320.4段采用压注式混凝土工法施工，试验段隧道埋深为80150 m，纵坡为1.0%的上坡，平曲线半径为5 535 m。围岩主要为中风化花岗斑岩，Rc=43.257.6 MPa，围岩等级为级。试验段长度为189.6 m，折合158环（每环1.2 m），最大日进尺为10环。压注式混凝土拆模后，共计布设监控量测断面11个，沉降最大值为8.9 mm，收敛最大值为7.6 mm。混凝土表面应力监测断面数据均呈稳定状态，曲线趋于水平；衬砌与围岩接触压力监测数值已稳定，发展曲线趋于水平，最大值为2.8 MPa，衬砌结构安全可靠。3.5.5TBM安全快速施工技术要点（1）TBM配备超前钻功能，根据超前地质预报情况对掌子面前方破碎、富水围岩提前进行超前加固、排水等，确保TBM施工安全；（2）主驱动采用电液混合驱动技术，设计大推力、大扭矩，提高脱困能力；（3）TBM设计有扩挖功能，扩挖时结合驱动抬升功能,通过边刀加垫块将刀具外移，扩挖顶部空间，预防因围岩收敛严重而发生卡机事故；（4）设计钢筋排功能和高效的清渣系统；（5）敞开式TBM对软弱围岩等不良地质适应性差，加强隧道超前地质预报，引入微震监测、直流电法、超长定向水平钻等地质预报新技术，提前制定应对措施，减少岩爆、突涌水等施工风险；（6）每日掘进数据由TBM主司机填写，技术员汇总整理，形成每日掘进分析报表，与工序目标时间表进行对比，对超出目标时间的工序查找原因，并及时纠偏，提高掘进工效；（7）在TBM施工方面坚持“动态设计、动态施工”原则，根据盾尾揭示围岩地质变化，动态调整设计支护参数和施工方案，确保隧道施工安全。3.6深大竖井施工技术3.6.1深大竖井地面预注浆施工技术竖井施工作业工序具有单一性，且安全措施要求高，建井期间常采用地面超前预注浆加固井圈范围24，25。为解决穿越富水带的难题，创新采用地面预注浆技术，在竖井井身掘进之前，在其周围布置8个钻孔（图23、图24）。一开孔段（直孔固管段）深度为020 m，钻孔形式为直孔，孔径311 mm，钻进至完整基岩以下2 m，下放244.5 mm的一开套管，防止塌孔。二开孔段（斜孔固管段）深度为20105 m，钻孔形式为定向斜孔，孔径215.9 mm，钻进至岩帽段顶部，下放177.8 mm套管并用水泥浆液固管，确249天山胜利隧道施工关键技术创新与应用现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第61卷第2期(总第415期),2024年4月出版Vol.61,No.2(Total No.415),Apr.2024图23 注浆孔位布置Fig.23 Grouting hole arrangement图24 注浆效果示意Fig.24 Schematic diagram of grouting effect保注浆时不漏浆液能升压为原则。三开孔段（注浆段）深度为105350 m，钻孔形式为直孔，孔径为152 mm。其中105140 m为岩帽段，防止下部含水层注浆时浆液冒出；140350 m为注浆段，对主要含水层进行注浆封堵。探注段为下延一个注浆孔至530 m，探查350530 m段大理岩富水性情况。8个钻孔分两序孔在地面对井身基岩裂隙含水层进行注浆，在井身周围形成一定厚度的注浆封水帷幕，达到堵水目的。采用雪姆车载钻机进行钻孔，钻孔采用正循环回转钻进的方式。为节约建井工期，采用S形注浆孔钻孔设计，一开、二开为固管段，三开为注浆段（含岩帽段）。采用下行式分段注浆，岩帽段采用单液水泥浆，注浆段采用黏土水泥浆液。每一个注浆段高经过钻孔清孔压水试验注浆压水试验等工序完成后再进行下一个段高的注浆，往复循环注浆至设计孔深。待最后一个段高注浆完成后扫孔至孔底，整孔进行压水试验、跨孔声波检测、跨孔电阻率变化检测、钻孔视频检测，检验注浆效果，地面注浆设计如图25、图26所示。图25 地面注浆柱状图Fig.25 Ground grouting histogram图26 注浆帷幕设计Fig.26 Grouting curtain design基于既定深大竖井注浆技术方案，2021年10月5日，天山胜利隧道4-1井筒地面预注浆施工完成，工期3个月；2022年2月10日4-2井筒地面预注浆施工完成，工期4个月。竖井掘进后对每模进行涌250天山胜利隧道施工关键技术创新与应用现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.61,No.2(Total No.415),Apr.2024第61卷第2期(总第415期),2024年4月出版水量观测，4-1井筒最大涌水量为9.9 m/h，最小涌水量为3.1 m3/h；4-2井筒最大涌水量为7 m/h，最小涌水量为2.67 m3/h，满足施工需要，确保了竖井顺利掘进。3.6.2深大竖井短掘短衬施工技术已有学者对乌鞘岭隧道芨芨沟竖井采用短段掘砌混合作业法的进度、安全情况进行研究，认为短段掘砌作业法是适合竖井快速施工的作业方法26。天山胜利隧道深大竖井采用短掘短衬技术，选用型井架凿井，井身开挖采用8臂伞钻打眼和5.2 m中深孔光面爆破，中心回转抓岩机（图27）配合CX60型小型挖掘机出渣清底，2台提升机提升吊桶出渣，配备2个座钩式翻渣机进行自动翻渣，通过渣石溜槽装置渣石落地后装载机配合自卸汽车出渣并运输至弃渣场。竖井一次衬砌为Ca45模筑混凝土，采用4.0 m高液压可伸缩式整体钢模板，一次衬砌混凝土通过2.4 m的底卸式吊桶下放至井内吊盘顶部中央料仓内，经过10个溜灰孔溜入下层盘，经过下层盘溜槽入模，并由人工振捣，直至浇筑完成，一掘一衬，往复循环，竖井施工工艺流程见图28。图27 中心回转抓岩机Fig.27 The center swivel grab loader具体实施过程中，竖井均采用专业化、机械化凿井设备，正井法“短掘短衬”施工工艺，每段高循环掘进完成，快速进行工序转换，成井效率高，级围岩月平均进尺为72 m，级围岩月平均进尺为76.8 m，级围岩月平均进尺为81.6 m。井身一次衬模筑混凝土紧跟掌子面，对不良地层及开挖裸露岩壁实施快速封闭，形成一个圈形的拱型加固圈，提高了开挖岩壁的承压能力和稳定，安全风险低。图28 竖井施工工艺流程图Fig.28 Flow chart of shaft construction technology4结 论本文通过对世界最长高速公路隧道天山胜利隧道的施工组织、物料运输、施工通风等施工关键技术进行研究，提出了适合天山胜利隧道的施工组织、无轨物料运输、三腔空腹式结构TBM仰拱块、洞顶正上方悬挂式连续皮带机、多工作面施工通风等新技术、新工艺、新设备，为工程顺利建设提供了坚实基础，也为同类工程提供了可复制经验：（1）乌尉高速天山胜利隧道采用中导洞TBM法+双主洞钻爆法联合施工技术，并针对交叉洞室的爆破开挖提出浅孔松动控制爆破技术和下上台阶分部开挖法技术，有效保证横通道的安全高效施工，进而实现“长隧超短打”，将工期从传统斜井辅助施工的72个月缩短到52个月，工期缩减率达27.8%。（2）隧道主洞及中导洞除出渣外实现超长三洞隧道的无轨物料运输，同时TBM物料运输选用多功能胶轮车（MSV），可实现双头驾驶且优化配置载重参数，进而提升物料运输效率；针对皮带机出渣提出洞顶正上方导链悬挂式连续皮带机方案，兼具缓冲、自调的同时有效提升洞内空间利用率。（3）天山胜利隧道采用压入式+巷道式混合通风方案，提出竖井辅助平行中导洞超前双主洞的巷道式通风方法，辅以综合除尘技术，监测得到中导洞洞口风速为 2 m/s，洞内风速为 1 m/s，空气质量良好；竖井井底风速为3 m/s，井口中心风速为15 m/s，排污风效果佳。（4）针对深埋长大隧道TBM施工工艺，天山胜利隧道采用门型步进仰拱块的新型步进装置，缩短251天山胜利隧道施工关键技术创新与应用现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第61卷第2期(总第415期),2024年4月出版Vol.61,No.2(Total No.415),Apr.2024TBM步进与掘进转换时长超2个月，显著提升转换工效；采用国内首创的三腔空腹薄壁式预制仰拱块针对性