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本报赴新疆特派记者 梁希理 李正儒
作为我国加快建设交通强国的重大标志性工程之一，位于新疆的天山胜利隧道工程继去年底全线贯通后，再次迎来重要节点，2号通风竖井日前正式贯通落底。至此，天山胜利隧道项目8座竖井实现全部贯通，对后续通车运营奠定了基础。这一世界最深高速公路竖井的贯通落底，由中交集团自主研发的世界首台高寒高海拔超大直径硬岩竖向掘进机“首创号”实施。《环球时报》记者日前现场直击了2号竖井贯通的瞬间：“首创号”刀头“咬”碎竖井底部岩层，刀盘缓缓露出。贯通现场一片沸腾。到底这一贯通工程难度有多大？“首创号”在其中发挥了怎样不可或缺的作用？针对相关问题，《环球时报》记者在贯通现场采访了多位工程技术专家。
为天山胜利隧道打通“呼吸中枢”
天山胜利隧道全长22.1公里，最大埋深超过1100米，是世界最长的高速公路隧道。2号竖井顺利落底贯通，确保了乌尉高速公路年底具备通车条件。隧道建成后，穿越天山仅需20多分钟。乌尉高速公路全线建成通车后，乌鲁木齐市到南疆库尔勒市的驾车时长，将从7小时左右缩短到3个多小时。为缩短工期，和以前挖隧道大多采用“双洞对挖”的方式不同，天山胜利隧道采用“三洞+四竖井”整体布局形式。“三洞”中的左、右两个主洞是车辆南北通行的主干道，中导洞则是具有服务功能的隧道。“四竖井”是隧道的通风通道。
随着掘进距离增加，工作面逐步远离洞口，施工中产生的烟尘等有害气体无法自然排放；隧道后期运营也同样存在通风、排烟等需求。而天山胜利隧道4处8座竖井，就好比隧道的“呼吸中枢”，帮助隧道实现纵向通风。
中国交建新疆乌尉公路包PPP项目总经理部总工程师刘开之对《环球时报》记者介绍，此次贯通的2号竖井深707米，比广州塔“小蛮腰”还高出100多米，是当今世界最深的高速公路竖井，“2号竖井选址是经过精密计算、实际勘察得来，并非为冲击‘世界之最’才修建，这也恰恰说明了这座竖井建设的不易”。
高寒高海拔，天山无人区的极限挑战
在2号竖井贯通落底当天，本报另一位记者随车前往近3700米海拔的竖井施工区。正值6月，2号竖井项目指挥部办公室仍在用暖气片取暖。刚下过一阵雨，气温猛地降到零度以下，记者身着羽绒服才刚能御寒。由于高反，记者感觉走路发飘，心跳加快，脑袋发晕。难以想象，施工人员长年累月驻扎在工区，要顶住高寒高海拔之苦保证施工进展。在施工区，记者还看到了一间专门的制氧室，可供随时吸氧。一辆急救车停放一旁，车内配有急救设备和医护人员，施工人员一旦出现身体不适，可马上到车内检查。
据《环球时报》记者了解，2号竖井施工区位于天山南麓深处，原本属于“无人、无水、无路、无电”的无人区。海拔近3700米，缺氧、高寒、多风。竖井区域常年温度较低，年平均气温为零下5.4摄氏度，极端低温达零下40摄氏度。
新疆乌尉公路包PPP项目WYTJ-05标段竖井工区主任董嘉梁回忆，他刚到竖井时，生活区板房才刚搭出个雏形，内部水暖设施还没完善。温度低的时候，夜晚常常要裹着几床大棉被才能入睡。后来才有了现在规划整齐、通上水电暖的生活区、办公区。
天山恶劣的自然环境、复杂的地质条件，以及天山胜利隧道项目高标准的建设要求，都对施工技术装备带来了巨大挑战。据中交天和南京分公司副总工程师高迎可介绍，一是11.4米的竖井开挖直径意味着较大的出渣量，竖向运输压力大。天山胜利隧道主洞、中导洞施工的水平挖掘，施工车辆可以在洞内进出，产生的废渣可快速运出。而2号竖井埋深近千米，竖井施工产生的废渣和需要的物料，只能靠提升设备一点一点从井下拉上来。二是地形条件复杂，岩石地应力高，开挖水量大。竖井经过多个复杂岩层，岩石强度最高达200MPa，掘进时容易发生堪比四五级地震的岩爆。再加上天山地下岩层含水量大，施工越往深处掘进，裂隙涌水风险就越大。高迎可回忆，“最严重的一次涌水，每小时水量达到30多立方米。如果3小时内不及时排水，设备部件都要被淹。”
无先例可循，创三项世界第一
据《环球时报》记者了解，竖向掘进机的原理，是利用旋转的破岩刀具对岩石进行挤压、切割和破碎，然后通过排渣系统将碎石和泥土等排出井外，从而不断向前掘进。
在“首创号”掘进机内部，本报记者仿佛置身在一座垂直的钢铁堡垒之中，这里四周布设了各类电器设备、操作系统，留给人通行的空间十分逼仄。在上下层之间穿行需要借助扶梯、爬梯，人高马大的施工人员经常要低着头、侧着身，很难以正常姿势行走，衣服上还沾上厚厚一层灰。机器轰鸣声嘈杂，岩层渗漏的水流不时打在安全帽上。
这些看起来并不“高大上”的工作场景，与“首创号”刷新竖向掘进机施工竖井深度、直径、海拔三项世界纪录形成了鲜明反差。据介绍，“首创号”整机高度44米，整机重约1350吨，刀盘直径11.4米，具有强大的破岩能力，能够适应2号竖井的坚硬地层，从而实现高效掘进。“首创号”也首次将全断面硬岩隧道掘进机（TBM）破岩工艺与竖向掘进完美结合，相当于把TBM竖着挖，并实现超大直径竖井“一钻到底”，避免了传统钻爆法对岩石的扰动，还将作业人员从恶劣的施工环境解脱出来，实现了井下无人化操作。
“全球无先例可参考，连设计规范都是空白。”中交天和设计院副院长张新道出艰辛。尽管团队已开展过超大直径竖向掘进机的排渣等前期研究工作，但在技术的成功落地、工程化验证等方面还存在一定考验。在“首创号”实施过程中，团队还与国产供应链厂家进行联合科研，攻克设备性能的种种难题。据张新介绍，“首创号”开启掘进后，技术研发团队入驻现场，逐步解决泥浆出渣系统、刀具、控制系统等相关问题，不断优化改进。
中交天和南京分公司副总经理康健对《环球时报》记者表示，过去公路竖井开挖主要以人工钻爆法实施，而“首创号”研发并工程化应用，真正把高速公路竖向掘进机施工从图纸变为现实。
在现场亲历“首创号”刀盘破岩而出的中国矿业大学（北京）力学与土木工程学院教授杨立云直言见证了建井史上的“历史性一刻”，“对建井行业而言，‘首创号’一钻成井具有开创性，期待竖井掘进机在行业内尽快普及应用。”
大国重器国产化进程加快，基建装备实现自立自强
国产装备关键技术突破，对于引领基建自主化进程发挥着重要作用。张新向《环球时报》记者例举了一次技术攻关。初期在花岗岩地层作业时，泥浆泵轴套磨损严重，使用寿命仅约一周。团队放弃成本高昂、交货周期长的采购方案，转而联合国内厂商攻克材料工艺，最终将泥浆泵成本从百万元级降至约20万元，寿命同步提升。
同步应用于天山胜利隧道工程的“天山号”“胜利号”TBM掘进机，同样由中国自主研制完成，是打通天山胜利隧道的关键装备。这显著降低了设备成本，也提高了设备供应的稳定性和自主性。
在康健看来，实现大国重器的高度国产化不再是空话，一方面将带动设备水平的提高，另一方面国产自主研制的高精尖设备一旦全面推广，也会带动整个供应链发展。“以前我们供应链大部分都是学别人，很快就会出现别人跟在我们后面学。”
