天山胜利隧道都用了哪些技术？

2025-09-17 14:36

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截至2023年底，中国已建成公路隧道27297座，总长度超3万公里，其中特长隧道2050座，长度超10公里的特长公路隧道已建成25座、在建31座、规划18座。天山胜利隧道作为即将建成的世界最长高速公路隧道，穿越新疆天山山脉，地处高寒高海拔区域，面临地质复杂、自然条件恶劣、生态脆弱等多重挑战。

当前，国内外在特长及高寒高海拔公路隧道领域已积累丰硕成果。特长隧道研究覆盖规划、设计、施工、运营全流程，涵盖通风防灾、照明、救援、施工组织等核心内容；高寒高海拔隧道研究则聚焦防冻保温技术，从被动保温到主动加热逐步升级。本文以天山胜利隧道为研究对象，分析工程重难点，梳理地质勘察、总体设计、抗震环保等关键技术，提出适配高寒高海拔环境的特长隧道设计方案，为后续同类隧道工程提供技术借鉴。

一、工程概况与建设重难点

1.1 工程基本信息

天山胜利隧道位于乌鲁木齐至尉犁高速公路，设计时速100km/h，建筑限界11.0m×5.0m。隧道左线长22130.572m，右线长22032.270m，服务隧道长22080.038m，洞口最高海拔约2900m，最大埋深达1120m。为满足通风需求，隧道共设置4处8座竖井，最大直径10.5m，最深707m，井口最高海拔3650m。

隧址区围岩类型多样，主要包括凝灰质粉砂岩、大理岩等，其中Ⅲ级围岩占比46.05%，Ⅳ级占比44.67%，Ⅴ级占比9.28%。区域地质构造复杂，涉及F6、F7等16处断裂及多处背斜，其中F6为全新世活动断裂。地应力测试显示，最大水平主应力约28.6MPa，侧压力系数0.7~3.2，地质条件极具挑战性。

1.2 核心建设难点

天山胜利隧道凭借其独特工况，形成“一长、两深、三低、四高”的鲜明特点，建设难度位居世界前列。核心难点集中在四方面：一是勘察困难，沿线海拔高、地形起伏大，穿越冰川地貌无人区，近10km洞段无法开展传统地质勘察工作；二是运营安全风险高，22km级超长隧道运营经验匮乏，需依托信息化技术构建系统安全方案；三是建设环境复杂，最冷月平均气温低于-16℃，面临防寒保温、岩爆、高压涌水等多重技术难题；四是自然环境敏感，隧址区为乌鲁木齐水源保护地，临近天山一号冰川，生态脆弱，环保要求严苛。

二、高寒高海拔地区专项勘察技术

针对隧址区特殊环境，项目整合三种前沿勘察技术，构建全数字化勘察体系，大幅提升勘察效率与精度。

2.1 无人机Lidar扫描测量技术

采用机载三维激光扫描技术，实现从数据采集到应用的全数字化流程，有效适配高寒高海拔、地形复杂的勘察场景。实测数据显示，激光点云高程误差约12cm，平均垂向差距9.2cm，精度满足工程要求。与传统航空摄影测量相比，勘察设计总周期缩短1/3，显著降低资源投入。

2.2 高精度遥感技术

借鉴南疆铁路中天山隧道勘察经验，通过室内高精度遥感影像判释，宏观查明区域工程地质条件，结合高分辨率航空物探勘察地质构造，最终用无人机验证判释结果。实地抽检显示成果可靠率达90%，成功解译多条断裂带及不良地质体。同时利用2012-2017年卫星图像开展积雪调查，优化隧道洞口选址。

2.3 超长距离水平定向钻勘察技术

针对TBM工法对勘察精度的高要求，在隧道进出口采用该技术勘察F6、F7大型断裂段。定向钻钻孔直径35cm，单向钻进最长2271m，最大取芯深度1900m，完成分段取芯、孔内摄像等工作。基于KNN和随机森林算法构建机器学习模型，实现围岩判别与地质超前预测，降低施工风险。施工阶段研发小型化千米级水平钻机，可在横洞内操作，精准判断前方不良地质体。

三、关键设计方案与技术创新

3.1 总体设计方案比选与优化

综合地形地质、防灾救援、工程经济等因素，项目对比分析双主洞钻爆法、双主洞TBM、双主洞高度机械化钻爆法+TBM服务隧道三种方案。最终推荐第三种方案，虽投资稍高，但可通过服务隧道平行布置、增设19处横通道实现“长洞短打”，将施工工期缩短至6年，同时大幅降低运营安全风险。

服务隧道施工期布置双线无轨运输及通风空间，运营期配备完善的照明、监控、通风系统，兼作主线隧道排水通道，实现“施工辅助+运营保障”双重功能。

3.2 针对性技术创新应用

在TBM施工方面，研发压注混凝土工法单护盾-敞开式双模式TBM，具备三种支护模式，可灵活应对不同围岩条件，配套开发钢模板拼装、脱模成套流程，提升不良地质段施工效率与安全性。

抗震设计上，针对博—阿活动断裂，采用隔离消能和柔性接头设计，在初期支护与二次衬砌间设置70cm厚减震层，衬砌节段采用柔性连接并设置减震缝，满足100年超越概率10%的断层错动设防要求。

消防供水领域，创新采用洞内“高位水池”分区供水方案，在3处竖井风机房附近设置高位水池，将22.1km隧道划分为4个分区，通过重力流稳高压供水，彻底解决高寒地区管道冻结问题。

3.3 绿色环保设计体系

水资源保护采用清污水分离方案，运营期清水汇入服务隧道排入地表水系，污水引入洞口污水处理厂；施工期污水经沉淀池+MBR一体式过滤处理后，达到Ⅱ类水标准，可循环用于生产。针对天山一号冰川保护，施工期采用雾炮、喷淋等降尘措施，1#竖井排风口预留静电除尘装置安装位置。

防寒保温创新采用地源热泵主动保温技术，利用隧道丰富地温资源，在横通道布设换热管路，通过热泵驱动实现热量循环，结合自动化温度调节系统，解决寒区隧道冻害问题。

四、安全运维与运营品质提升

4.1 立体化防灾救援体系

服务隧道内设置5处综合救援站，配备消防救援车、应急疏散车等装备及完善配套设施，构建“秒级报警、即时响应、5分钟到达事故现场”的应急机制。在最不利工况下，两端大型救援车辆10分钟内可抵达隧道中部事故点。

引入多传感器数据融合技术构建自动火灾预警系统，结合遗传BP神经网络算法提升预警准确性；部署突发灾害动态疏散救援预案系统，实现灾害态势实时分析与动态响应。在3处紧急停车带设置一体化细水雾系统，实现早期控火、阻烟隔热功能。

4.2 智慧运维与景观优化

构建隧道结构健康监测大数据平台，整合监测、设备运行、安全诊断等多功能，提升养护决策科学性与运维效率。景观设计以“新疆-天山”为主题，划分核心景观段、辅助景观段和基本段，通过彩绘、灯光营造自然舒适的行车环境，缓解司乘人员视觉疲劳，提升运营安全与品质。

天山胜利隧道通过综合勘察技术创新、针对性设计优化及智慧运维体系构建，有效破解高寒高海拔超长隧道建设运营的核心难题。研究表明，多技术融合的勘察体系可精准把控地质条件，双主洞+TBM服务隧道方案能显著降低工期与安全风险，绿色环保技术可实现工程建设与生态保护协同，立体化防灾救援与景观优化可保障运营安全与品质。

未来需进一步推广超长距离水平钻勘察技术，发展核心勘探装备；推动多行业协同创新，打造智慧化工地，实现超长隧道设计智造技术突破。天山胜利隧道的技术成果与实践经验，将为全球超20km山岭高速公路隧道建设提供重要示范。

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