天山胜利隧道——穿越地质迷宫的超级工程

在地球上既古老又年轻的山脉——天山山脉的腹地，工程师们完成了一项看似不可能的任务：驾驶着巨大的掘进机，穿越16条地质断裂带修建隧道。隧道沿线穿越的地层堪称“地质博物馆”，复杂的地质条件则给工程带来了前所未有的考验，这不仅是力量的较量，更是智慧的博弈。天山胜利隧道及其所在的新疆乌鲁木齐至尉犁高速公路于2026年1月1日0时起试运营，自此乌鲁木齐市至库尔勒市车程由此前的7小时缩短至3.5小时。

在天山山脉腹地，一条全长22.13公里的“地下巨龙”横空出世——天山胜利隧道，作为世界最长的高速公路隧道，它不仅是乌尉高速公路的核心控制性工程，更是人类工程技术与复杂地质环境博弈的一次伟大实践。

天山胜利隧道（图源中国交通新闻网）

这条隧道串联起新疆南北疆，打破了天山对区域交通的阻隔，自诞生之初就面临着“长、多、深、低、高”的五大世界级难题：“长”指隧道轴线总长超22公里，为世界高速公路隧道之最；“多”指整个隧道穿越16个地质断裂带，沿线地质灾害点多；“深”指隧道埋深和用以通风的竖井深度前所未见，施工难度大、施工风险高；“低”指温度低、气压低、含氧量低；“高”指高地应力、高地震烈度、高环保要求、高寒、高海拔。

乌尉高速公路穿越天山山脉（图源中国交通新闻网）

在这些难题中，地质构造的复杂性与地震风险的不确定性，成为施工过程中非常严峻的挑战，而一系列创新技术的应用，让这条“地质禁区”中的隧道成功贯通。

洞察“看不见”的地质结构

为了在掘进过程中尽早发现前方潜在的不良地质体，工程中引入了地震波法T3（即AGI-T3三维成像隧道地质超前预报系统）作为重要的地质结构探测手段。地震波法的基本思想并不复杂，可以理解为给地下“做CT”：在隧道内人工激发微小震动，让地震波在岩体中传播，当它们遇到不同岩性、破碎带、断层或含水结构时，传播速度、反射强度和波形都会发生变化，布设在洞内的检波器记录这些变化信息，再通过反演计算重建前方岩体结构。

T3方法的特点在于适合隧道环境，能够在有限空间内对掌子面（坑道施工中不断向前推进的工作面）前方一百米到两百米范围进行成像，对不良地质体空间定位更准确。在天山胜利隧道这样“地质条件变化大”的工程中，T3探测就像提前打探前路的“斥候”，为施工方案调整提供依据。

AGI-T3工作原理示意图（图源中国交通建设监理协会微信公众号）

地质迷宫中的掘进挑战

如果说T3技术让施工团队“看清”了地下地质，那么真正进入掘进阶段，天山复杂的地质条件则给工程带来了前所未有的考验。隧道沿线穿越的地层堪称“地质博物馆”，共涉及10余种不同类型的岩石，包括坚硬的花岗岩、脆弱的片岩以及富含水分的砂岩等，岩性的变化给掘进设备带来了极大挑战。更为严峻的是，隧道穿越了16条地质断裂带，其中博罗科努-阿奇克库都克断裂带F6断层尤为突出。

F6断层号称三亿年的地球裂痕，斜切天山1000公里，断裂最深处超30公里，影响隧道宽度达440米，经过时有可能遭遇地震，伴随泥石流、塌方。当隧道掘进接近F6断层时，围岩条件急剧恶化，塌方、掉块和涌水风险显著增加，传统的掘进方式在这里如同“在流沙中挖洞”，硬岩掘进机TBM只能以“龟速”前进，施工速度被迫放缓。面对这一挑战，工程团队针对每种险情都准备了详细预案：如何快速支撑岩顶（支护），如何排出地下水（抽排），如何清理废弃的土石（清运），又如何填满岩体后的空洞（回填），采用多种方式加强初期支护，历经80天艰辛奋战，掘进机成功穿越难度最大的F6断裂带。

对较好围岩条件采用敞开式工法掘进模式（截取自《打穿天山，有多难？》）

对破碎带、软弱围岩、岩爆地层采用单护盾钢模板压注式混凝土支护掘进模式（截取自《打穿天山，有多难？》）

对极破碎带、软岩大变形、强岩爆地层采用单护盾钢管片支护掘进模式（截取自《打穿天山，有多难？》）

比F6断裂带更具挑战性的，是施工过程中遭遇的一条事前未能完全探测出来的扭滑走斜隐藏式蚀变带，这是一种极其隐蔽的地质缺陷，这类蚀变带中的岩石干燥时与石头无异，但是一旦遇到水，就会瞬间“黑化”变成膏泥状，这种泥状物质会糊死TBM刀盘，堵塞刀具与排渣系统，导致TBM卡机，堪称隧道掘进中的“隐形陷阱”。针对这一难题，施工团队创新采用“横通道引流+人工清理支护”的方案：从主洞向中导洞刀盘前方开设横通道，通过人工钻爆方式清理堵塞的膏泥与碎石，并对岩体进行加固支护。这一过程耗时一年多，成为整个隧道施工中最艰难的攻坚阶段。

横通道引流示意图（图源纪录片《天山通途》）

以柔克刚：抗震设计的智慧

天山地区地震活动频繁，隧道沿线地震烈度高达Ⅷ度（8度），一旦发生地震，断层错动会像“掰饼干”一样，对刚性的隧道结构造成毁灭性破坏。如何让这条穿越多条断裂带的隧道在地震中保持安全？工程师们借鉴了“以柔克刚”的东方智慧，在结构设计上引入了减震吸能和柔性链接的理念。

在隧道初期支护与二次衬砌之间，嵌入近4万根填充泡沫混凝土的PE管，形成70厘米厚的柔性减震层。泡沫混凝土质地疏松，具有优异的变形吸能特性，就像给隧道穿上了一件“缓冲铠甲”。

注：二次衬砌是隧道工程中在初期支护内侧施作的模筑混凝土或钢筋混凝土衬砌，与初期支护共同组成复合式衬砌。其核心作用有三：1. 强化支撑：与初期支护协同受力，显著提升隧道整体结构强度和稳定性，抑制变形。2. 防水排水：以结构自防水为核心，是隧道防水体系的的关键组成部分，优化隧道防排水系统。3. 平整内壁：提供光滑、规则的隧道内表面，便于后续安装照明、通风、监控等附属设施，并改善行车体验。

柔性减震层示意图（图源视频《打穿天山，有多难？》）

同时，隧道每隔30多米就设置一道伸缩缝，允许管段之间有小位移，以减小轴向约束，避免应力集中掰裂隧道主体。这样一来，整个隧道结构就像“多节棍”一样，具备灵活变形的能力，如果你还不能想象它的形态，不如摸一下自己的脊椎骨。当断层发生错动时，这些柔性结构会通过自身变形吸收地震能量，化解地层位移带来的冲击力，避免隧道主体结构被拉裂或压碎。这种设计思路不是去“硬抗”地质运动，而是学会与之“共存”，给自然变化留下释放空间。

抗错动工艺示意图（图源视频《打穿天山，有多难？》）

天山胜利隧道的建成不仅是一项交通工程的胜利，更是一场工程技术与地质科学深度协同的实践。作为“一带一路”倡议在新疆的重要交通枢纽工程，它打破了天山南北的交通壁垒，让新疆对内与内陆地区的联系更加紧密，对外则成为连接中亚、西亚的重要通道。这条隧道积累的复杂地质条件下施工和抗震设计经验，也将为未来类似重大工程提供参考，让人类在理解地球、顺应地球的过程中，走得更稳、更远。

新疆未来的高速公路网格局（图源视频《打穿天山，有多难？》）

参考资料：

1. 地震波法隧道地质超前预报关键技术与应用（张攀攀）

2. 为地下工程点亮“透视眼”—AGI-T3 三维成像隧道地质超前预报仪（中国交通建设监理协会）

3. 高寒高海拔超长公路隧道建设关键技术——以天山胜利隧道为例（彭文波, 高翔, 刘继国等）

4. 天山通途（中央广播电视总台财经节目中心）

5. 攻坚在天山深处（吴迪, 姚龙, 鲁泽建）

6. 刷新世界纪录！打通天山有多难？解密隧道“通关秘籍”（央视一套）

7 打穿天山，有多难？（中国交建, 星球研究所）

来源：震知卓见