本網記者巨少霖程健

蘭州至海口高速公路（簡稱蘭海高速），全長2570公里，是我國高速公路網北南方向主干線之一，是甘肅通達四川、重慶、貴州等出海通道的重要南出口公路，也是西北地區與西南地區最為便捷的交通要道。

蘭海高速的建成，尤其是渭源至武都段（簡稱渭武高速）的貫通，將大大縮短蘭州至武都的通車里程及時間，有效促進沿線及周邊地區經濟社會高速發展。

然而，受工程地質難度影響，設計應于1年多前竣工的漳縣遮陽山至岷縣梅川鎮的木寨嶺隧道還未貫通，導致蘭州至武都“4小時”車程的夢想至今難以實現。

木寨嶺隧道的施工到底有多難？目前進展如何？近日，記者走進施工現場，探訪了這個被業界稱之為“工程禁區”的木寨嶺隧道。

多功能鑿巖鉆孔臺車正在打錨索

軟巖阻路掘進一度“停滯不前”

2016年5月，木寨嶺隧道項目開工建設，隧道雙幅15.2公里，單幅30.395公里，由公航旅集團長達公司承建，設置用3個斜井將隧道分為4段同時掘進，用時55個月竣工。

開工伊始，隧道進出口掘進正常，3個斜井的掘進也有序進行。然而，半年后，隨著斜井掘進工作一步步推進，用于支護隧道圍巖出現較大量級的變形，頻繁出現噴射混凝土開裂、掉塊，鋼拱架扭曲、錯斷及初期支護侵限破壞等始料未及的問題。

按照傳統設計支護方案和施工方法及900米外的蘭渝鐵路隧道施工經驗，參建單位組織對支護體系不斷進行了優化加強，并嘗試提高鋼拱型號、雙層初支、多層支護、增設緩沖層、加厚水泥層二次襯砌等措施，均未取得預期效果。

究其原因，隧道所在山體處于多個地質構造板塊的交界地帶，且山體隧址區為軟巖、碎巖，山體圍巖開挖后，巖體自身穩定性極差，構造應力和巖體自重應力傳遞至隧道支護體系，導致鋼拱、混凝土變形、破壞。

也正因此，該隧道技術難度極大、安全風險極高，被國內地下工程界知名院士、專家及學者稱之為隧道建設史上罕見的世界性難題。

“尤其是2、3號斜井，共已發生14處較大變形，最大的一處變形超過了3米。”渭武高速定西段項目辦副主任王智佼介紹，圍巖變形大、變形快、變形持續時間長，變形量級已突破了國內外隧道和地下工程界以往所遵循的巖石力學理論和隧道建造實踐的認知水平，超出了現行規范和標準范圍，在設計和施工方面沒有可借鑒的成功經驗。

面對這個“無解”的難題，施工進度從起初的每月60多米驟降至20多米。

“唯一的辦法就是支了拆，拆了支，反復支護，直至支護體系穩定。”六標項目經理于家武說，“要是這樣的話，僅1公里多的斜井就要幾年時間，主洞何時才能貫通？何況，巨額的施工成本更難以估算。”

到2017年年中時，工程推進之慢、成本投入之高，讓參建各方壓力急劇增加，近乎信心全無。甚至，有人開始打“退堂鼓”，準備調離該項目。

王智佼（右）與于家武（左）

攻堅克難預應力錨索技術出爐

渭武高速是蘭海高速的最后一塊拼圖，而木寨嶺隧道是渭武高速的“扼頸之環”。對此，公航旅集團長達公司可選擇的路只有一條：突破技術難關。

為了穩定“軍心”，長達公司每月召開調度會，并于2017年9月邀請孫鈞、鄭穎人、何滿潮三名院士和10名國內設計大師，對木寨嶺隧道支護技術難題進行咨詢，尋求有效解決方案。隨后，“院士專家工作站”成立，由孫鈞、何滿潮領銜，王智佼等長達公司技術人員和院士團隊共40余人組成的科研團隊進駐施工現場。

他們的目標只有一個：以不拆或少拆支護為目標，將控制圍巖變形與初支早期破壞作為主要技術攻關方向，為動態設計和信息化施工提供技術支撐。

通過前期了解、充分的現場勘察和技術論證，兩名院士提出了讓壓支護體系和NPR錨索支護體系兩個主動支護技術方案。

“讓壓支護體系的核心是邊支邊讓、先柔后剛，NPR錨索支護體系的核心是錨索懸吊改變巖層受壓狀態。”王智佼說，“兩位院士提出的兩個主動支護體系技術方案，打破了傳統的被動支護方案，通過積極加固巖層為主導的方式，變被動支護為主動支護，一下子讓大伙在理論上有了信心。”

2018年9月14日，經過多次研討后，依據懸吊、組合梁及承載拱理論，利用預應力錨索將松動破碎的巖體懸吊在穩定的巖體上的“NPR錨索支護體系”確定為首選試驗方案。

10月，科研團隊正式在斜井開始試驗。

“根據巖層情況，每掘進一榀，就鉆孔打一圈5米或10米的錨索，通過網狀的高預緊力錨索懸吊，壓密、約束形成承載拱，提高了圍巖的穩定性和承載能力，而不是把巖體深層壓力全部傳導至隧道襯砌。”王智佼說介紹，經過兩個多月的試驗，第一個試驗段宣告成功，變形最大在30公分左右，滿足設計要求，屬于正常變形。王智佼說，“這一試驗表明，主動支護體系有效抑制住了支護圍巖變形，解決這一‘世界性’難題的方案找到了。”

為了降低成本，讓錨索發揮更大的作用，科研團隊反復優化方案，增加了黃油、橡膠套、W鋼帶等，并最終形成了成熟的預應力錨索支護體系。

從著手組建團隊攻關技術難題到試驗成功，科研團隊用了整整1年時間。

于家武說：“有了這個有效的支護方案，我們掘進的速度從每月20米一下子提高到了45米。”不僅如此，這一可行的支護體系，成為了全國公路軟巖隧道治理的技術前沿，立即被推廣應用到川藏鐵路等全國各地的軟巖隧道支護施工中。

多功能鑿巖鉆孔臺車正在打孔

獨具匠心改進設備提速增效

有了科學的支護體系，施工單位的信心倍增，不多久，2號、3號斜井落底，正式進入主洞掘進環節。

然而，在具體施工中，隧道每掘進一榀就需要人工環向鉆孔，而后安裝樹脂藥劑，將錨索送入鉆孔，再張拉布設鋼帶及張拉、支鋼拱……比起以往支了拆、拆了支，雖然降低了成本、提高了效率，但工期已嚴重滯后，要想進一步提質增速，還需對工序及施工方式優化提升。

特別是主洞掘進進入地質圍巖最為復雜、技術難度最大的嶺脊核心段后，傳統的爆破方式極易對圍巖造成較大的擾動和破壞，從而加劇圍巖變形。為此，技術團隊于2020年6月引進了大型懸臂掘進機，該設備有效解決人員投入大、安全生產風險高及掘進速度慢等施工難題，極大地改善了洞內作業環境，且有效避免了爆破開挖震動對圍巖的擾動，減少了圍巖松動圈厚度，降低了支護難度，加快了施工進度。

此外，記者在現場還看到了一臺多功能鑿巖鉆孔臺車。該設備長著三個“手臂”，記者見到它時，它揮舞著三個“手臂”，一邊鉆孔、一邊安裝錨索，正在加緊作業。

“這個設備原來安裝鋼拱架，通過研發、改造，采用了無級變速沖擊鉆孔裝置，能根據圍巖強度等特性自動調節鉆桿轉速和推力，有效降低了設備故障，加快了鉆孔速度。同時，我們還成功研發了錨索機械化安裝、錨固劑攪拌等功能。”王智佼說，這些特殊的“手臂”都是設備廠商根據現場應用、研發特制而成。

研發、提升的這一設備，原先人工花20多個小時才能鉆完的一榀錨索孔，現在僅用時7個小時。而且，原先每道工序需要流水作業，如今有了這一“神器”，各項工序可平行進行，有效節省了時間。

“這個新設備的改進，屬國內隧道建設首次成功應用。”王智佼說，“下一步，我們將繼續對錨索張拉及注漿功能進行試驗提升，最終實現錨索的鉆、裝、攪、拉、注等多功能集成全機械化施工和平行作業。”

如今，3個斜井兩端的主隧道已經貫通，嶺脊核心段，有了預應力錨索支護體系及多功能鑿巖鉆孔臺車等技術和設備的應用，用于家武的話說——有信心于明年6月貫通，年底通車。

“整整5年，很苦，但回想起來，收獲很大、很有成就感，挺開心的。”王智佼的幸福與開心溢于言表。望著隧道，他默默地說，“可以說，我對這個隧道有著深厚的感情。希望它盡早貫通，助力定西和隴南鄉村振興，加快沿線社會經濟發展。”

木寨嶺隧道正在加緊挖掘中