在“地质博物馆”里智能掘进

在陕西商洛，西岭隧道项目团队突破Ⅰ级高风险隧道建造极限——在“地质博物馆”里智能掘进(工匠绝活·我在重大工程一线)

秦岭腹地，云海苍茫。在层峦叠嶂之间，一座巨型隧道洞门如钢铁巨龙般昂首挺立——这便是今年4月11日贯通的新建陕西西安至湖北十堰高铁(以下简称“西十高铁”)控制性工程西岭隧道。

作为西十高铁穿越秦岭山区最长的Ⅰ级高风险隧道，西岭隧道以±1.7毫米的横向精度、±3.1毫米的纵向精度、±5.6毫米的高程精度贯通，标志着西十高铁建设取得了关键性进展，为后续无砟轨道施工奠定了坚实基础。

打通双线36.115公里的Ⅰ级高风险隧道创新应用，把岩层当“豆腐”切

西岭隧道，位于陕西省商洛市商州区境内，地处秦岭低中山区，是西十高铁全线最长的Ⅰ级高风险隧道，创造了我国高铁Ⅰ级高风险隧道的最长施工纪录。

“西岭隧道设计为双洞单线隧道，双线总长36.115公里，犹如‘地下长城’，需要采用4座斜井、20个工作面同时施工。这里的地质条件之复杂，堪称一座‘地质博物馆’。”中铁七局西十高铁3标二分部总工程师何心德介绍，“隧道穿越6类围岩、2处大型断层、8处褶皱、5公里的软岩大变形、10处洞身浅埋段，施工过程中，我们时刻面临着微瓦斯溢出、岩溶、突涌水、顺层坍塌等风险。”

地质条件如此复杂，如何保证施工安全和质量？项目建设团队创新施工路径，采用了数字化施工体系，通过BIM建模和无人机倾斜摄影技术，构建了厘米级精度的数字隧道模型；投入智能衬砌台车、焊接机器人等智能装备，形成了全方位的机械化施工网络。

尤其在浅埋段施工中，由于覆土薄、岩层变化频繁且结构复杂，团队采用配备智能压力传感系统的悬臂掘进机。“机械臂能实时感知岩层变化，自动调节掘进参数，不仅能将喷射混凝土超耗率降低40%，还能降低隧道坍塌风险。”何心德说，“这相当于把岩层当‘豆腐’切，在‘薄如蛋壳’的浅埋层实现‘零扰动施工’。”

复杂的地质条件也为隧道通风制造了更多难题。“西岭隧道作为长大隧道，实现通风本就不易。”何心德指着3号斜井洞口的风机说，“经过走访调研和考察学习，我们决定根据不同施工阶段调整通风设计。”

考虑到斜井长1.6公里，断面小，团队选择高效率的智能风机，配置低风阻的风袋，在通风距离大于1公里时，运行功率是普通风机的1/4，且噪声较小，不会影响正常施工过程中大家的交流。

然而，斜井进入正洞施工后，转变为4个掌子面，也就是开挖坑道过程中不断向前推进的工作面。施工人员发现，若仍按原设计采用4台风机、布设4条风袋分别通风，通风管道会在这个斜井小断面辅助坑道占据过大的空间，导致施工机械设备难以通行。“那个时候，我先在隧道里仔细观察，然后回到办公室组织技术人员一起反复论证措施可行性，最后采用两台风机承担4个掌子面的施工通风，在斜井范围采用两条风袋，进入正洞再一分为二，借助流体力学理论建立模型对风量、风压进行检算，确保掌子面风量充足。”何心德至今记忆犹新。

这样布设管道，通风、通行问题都解决了。为了确保通风效果，技术人员还专门组成课题小组，研究如何保证4个掌子面的回风，减小相互干扰，根据掌子面空气质量自动调节风量风压。目前，团队关于通风方面的研究已经形成2篇技术论文，并在行业核心期刊上发表，获得2项国家专利和1项陕西省省级工法。

创造1/256800的相对闭合差精准监测，摸清岩层的“脾气”

在复杂地质环境中解决掘进难题，为项目建设奠定了重要基础，而确保这条隧道在秦岭山脉深处实现高精度贯通，则对测量和控制技术提出了严苛的要求。

团队采用了先进的断面扫描仪——3D激光扫描仪。以前的断面仪一次只能扫一个断面，用时10分钟；而3D激光扫描仪可以采集60米范围的断面数据，可按30厘米切取一个断面，取点间距20厘米，也只需要10分钟。这极大地提高了断面扫描效率，帮助施工人员掌握现场开挖情况，并能及时调整爆破参数，持续控制开挖掘进水平。

“为了摸清岩层的‘脾气’，我们还构建了‘三位一体’智能探测体系。”项目工程部部长郑向南介绍，地质雷达与超前钻探组成“地质侦察兵”，像做“微创手术”一样取芯分析；运用TSP地震波法进行岩体“CT扫描”，预测断层参数指导支护设计；动态监测平台作为“智慧大脑”，在岩体完整性指数低于0.3或地下水流量突破10立方米/小时阈值时，会立即发出警报。

2023年7月的一场暴雨，检验了这套系统的可靠性。隧道出口边坡突然发出2.3毫米/小时的位移警报，团队立即启动了由50台光栅水准仪组成的智能监测网。“过去遇到雨天，人工监测经常受限，仪器损坏也是常事。现在，即使0.1毫米的细微变形，也逃不过‘电子眼’的捕捉。”项目测量员李晓林轻点平板电脑，边坡的三维模型清晰呈现，每一处细微位移都被精准定位和记录。

不仅如此，针对不同地质特性，团队研发实现了全站仪毫米级精度追踪变形动态、创新三台阶微震爆破工艺等差异化“诊疗方案”。在攻克3号、4号斜井小半径转弯测量难题时，团队更是创新采用“全导线网”方案——在隧道两侧交叉布设4组棱镜，让每个测点参与多个闭合环平差计算，用冗余观测“驯服”误差。

2023年4月，团队首次在8号控制点进行实测。当计算结果从屏幕上跳出的那一刻，现场爆发出欢呼——相对闭合差达到惊人的1/256800！这项技术成果此后取得国家专利并获评省级工法，专家评审认为，该成果“开创了复杂线型隧道精准测量的新范式”。

实现12分钟的紧急撤离紧密衔接，构成一张无形的“安全网”

“突涌水！全员撤离！”2022年寒冬的一个深夜，3号斜井突然响起的警报声划破夜空。项目现场副经理孙建军回忆：“听见警报，我立即摁下了‘红色停止键’，应急照明瞬间把隧道点亮了，20名工人沿着墙上的荧光标识成功撤离，整个过程只花了12分钟。”人员撤离后，总排水能力达600立方米/小时的系统如同地下排水“大动脉”，将突发的涌水转化为可控水流，确保了隧道施工进度不受影响。

惊心动魄的抢险背后，是团队“预防—预警—处置—恢复”全链条应急机制的成功实施。从发现险情到控制局面，每个环节都紧密衔接：每隔50米设置的应急照明设备指示了生命通道，200千瓦的发电机保障了排水动力，针对员工的定期演练提升了应急能力，而与地方医疗、消防部门建立的联动协议“双保险”，则为救援上了最后一道锁。

“安全不是靠运气，而是靠体系。一个成熟的全链条应急机制，能构成一张无形的‘安全网’。”项目安全总监殷雨说。他身后的电子屏上，实时显示着隧道各段的监测数据，记录着这座“地质博物馆”每一寸空间的细微变化。

夕阳下，商洛市杨峪河镇的村民们望着隧道口，聊了起来：“通车后，孙子去西安上学就方便多了”“村里的山货兴许能卖个好价钱”“真是不敢想啊，很多年前，我们去西安只能坐大巴车，翻山越岭，十几个小时才能到”……

机械的轰鸣声在隧道中回荡，这条穿越秦岭的钢铁长龙，将载着山区群众的希望，通往更加美好的未来。

(胡苗苗参与采写)

■延伸阅读西岭隧道建设难点何在？

西岭隧道是西安至十堰高速铁路的全线控制性工程，具有以下特点：隧道结构采用双洞单线设计，双线总长度达36.115公里，是目前全国高铁已贯通项目中总施工长度最长的Ⅰ级高风险隧道；洞身穿越泥岩、砂岩、石英片岩等6类岩层，途经2处大型断层、8处褶皱构造带及10处浅埋段，集中了岩溶发育、突涌水、软岩大变形、微瓦斯溢出等12项高风险不良地质问题；施工组织难度大，通过4座斜井开辟20个工作面同步立体作业，需协调2000余名建设者24小时不间断施工，管理复杂度极高。

项目2022年3月开工，创新运用智能建造技术，应用地质雷达超前预报、三维激光扫描、无人机倾斜摄影实时监测地质变化，结合悬臂掘进机、自铺式智能衬砌台车等装备动态调整施工参数，克服各类难题，历时1100余天，于2025年4月实现贯通。预计到2026年6月，西十高铁通车后，西安至十堰通行时间将缩短至1小时，武汉至西安通行时间压缩至2.5小时，助力沿线经济社会发展。(人民日报 记者 龚仕建)

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