突破禁區

7月6日，甘肅第一長公路隧道——全長15.226公里的渭源至武都高速木寨嶺特長隧道宣告全線貫通。至此，G75蘭州至海口高速公路最後一隻“攔路虎”被清除，預示著這條中國南北向的高速大通道即將實現全線貫通運營。

然而，渭武高速木寨嶺特長隧道貫通的意義還不僅如此——

它也代表著中國隧道建設的一次巨大跨越！

禁區

木寨嶺因“嶺上舊有寨堡”而得名。它是漳河與洮河的分水嶺，橫跨漳縣、岷縣，是通往甘肅南部、進入四川的主要屏障。

長期以來，車輛翻越木寨嶺，必須沿國道212線盤山向坡而行，然後在海拔3216米處穿過全長1.71公里的國道木寨嶺隧道，再持續下坡數公里才能抵達山下。

雨雪頻發、彎急坡陡，這一路段交通事故不斷，威脅著過往車輛的安全。加快高速公路建設，新建穿越木寨嶺的特長高速公路隧道，成為廣大駕駛員和乘客的共同期盼。

2016年，隨著甘肅省公航旅集團投資建設的渭武高速公路開工，木寨嶺特長隧道進入建設階段，人們充滿期待，盼望這一隧道早日建成。

然而，這一等，就是8年。

以當下中國的工程建造能力，修建一條15.2公里的隧道，一般三四年時間就可以打通，渭武高速木寨嶺特長隧道緣何用了8年？

“它的難點不在於長度，而在於其地質條件複雜多變，炭質板岩地層及大斷層破碎帶集中，地質構造作用十分強烈。”對於渭武高速木寨嶺特長隧道建設面臨的困難和挑戰，中國科學院院士、中國岩石力學與工程學會理事長何滿潮這樣表述。

中國科學院院士孫鈞則認為，渭武高速木寨嶺特長隧道在建設中遇到的變形量級，突破了地下工程界所遵從的理論和認知水準，勘察設計及工程施工沒有可借鑒的成熟經驗，可以説是隧道工程的禁區。

兩位院士的結論究竟意味著什麼？

“可以從兩個不同角度來看。一個是隧道掘進過程中遇到的岩體很糟，另一個是地質地應力太強烈。”負責渭武高速木寨嶺特長隧道建設的省公航旅集團長達公司黨委書記、董事長王治才説。

從岩體來看，渭武高速木寨嶺特長隧道全線穿越炭質板岩，圍岩等級達到最高的5級。且這種炭質板岩極易破碎，遇水便化成泥，穩定性差，易掉塊坍塌。

“在炭質板岩打隧道就像在豆腐上打洞。”王治才説。

從地應力來講，渭武高速木寨嶺特長隧道地處華北板塊、揚子板塊、塔裏木板塊及青藏板塊四大板塊交匯擠壓地帶，最大埋深629米，穿越6處褶皺和12條大斷層破碎帶及軟弱炭質板岩地層。隧道開挖後，原來的地質結構平衡被打破，強大地應力驅動著岩體從四週持續擠佔新開挖的隧道空間，以建立新的平衡，因而出現了強烈的隧道大變形。

渭武高速木寨嶺特長隧道分左線右線兩個隧道，每個隧道按雙車道設計，直徑為13.3米。“最大變形量超過了3米，隧道內斂收縮嚴重，給支護系統帶來了嚴重衝擊。”王治才介紹，“軟弱炭質板岩+超強的地應力”，這便成為隧道建設史上罕見的世界性難題——軟岩大變形。

苦戰

渭武高速木寨嶺特長隧道按進口、中段和出口分為3個標段建設，分別由福建路橋、中鐵隧道局、中鐵二十一局施工。為縮短建設工期，增加掘進作業面，除了從隧道進口和出口兩端推進，參建單位還開挖了3條斜井，使掘進作業面達到了8個。

2016年5月，渭武高速木寨嶺特長隧道建設全面拉開序幕，參建單位滿懷信心分別從預定位置展開掘進。

3號斜井洞門口是砂土、碎石構成的堆積體。承擔建設任務的中鐵二十一局採用機械開挖、人工配合的方式，開出了一個寬14米、高11米的洞門。

“洞口好進，進去後才發現裏邊非同一般。”中鐵二十一局木寨嶺特長隧道項目總工楊寶東回憶。

為抵禦隧道變形，建設者每掘進一段，就要用鋼拱架對岩體進行支撐，然後噴射混凝土形成初襯，待岩體穩定後，再進行二襯。

然而，隨著工程的推進，3號斜井逐步進入軟岩大變形地段。在強烈的地應力作用下，岩體對鋼拱架形成巨大的壓力，隧道日收斂速率達到19釐米，總變形量達到0.7米至2.05米。

“1個兆帕的壓力相當於1平方米的面積在水深100米處受到的壓力，而鋼拱架承受的壓力達到了24.95兆帕。”楊寶東説，鋼拱架撐不了幾天就扭成麻花狀。

普通鋼拱架不能承受如此之重，建設單位便將其更換成強度更高的拱架。然而，結果仍然是嚴重變形。無奈之下，建設者只能一邊一點一點向前掘進，一邊又不斷更換身後被壓變形的鋼拱架。一些鋼拱架甚至要更換3次。

其他兩家施工單位也面臨同樣的困境。

2018年，承擔渭武高速木寨嶺特長隧道中段建設的中鐵隧道局平均每天只能掘進幾十釐米，全年一共掘進了300米。可更換鋼拱架的長度卻達到了136米。“圍岩太差，地應力極高，可以説是前進一步後退半步。”中鐵隧道局木寨嶺特長隧道項目黨支部書記周希濤回憶。

作為曾參建過蘭渝鐵路木寨嶺特長隧道的建設者，來到渭武高速參建木寨嶺特長隧道之初，周希濤對困難早有心理準備。

然而，相對於鐵路隧道，公路隧道直徑更大，在同樣的地質條件下，變形也更大。在渭武高速木寨嶺特長隧道中段建設中，最大變形量達到驚人的3.145米。

“現在看來，當時還是太樂觀了。”周希濤説，在隧道局參建過的項目中，這樣嚴重的變形，以前從沒遇到過。

不僅如此，考驗建設者的還有隧道掘進過程中的滲水和涌水。

楊寶東至今清晰地記得，2018年3月26日中午，3號斜井掘進至1050米時，洞頂左上方圍岩出現股狀涌水。

水越來越大，圍岩受水浸泡變成糊狀，隧道變形加劇，岩體不停坍塌，像泥石流一樣。楊寶東説，建設者連夜採取加大排水、加設鋼筋網片等“七步法”，進行緊急處置。

“機械根本使不上力，只能派人爬進洞裏進行施工，情況一度非常危急。”楊寶東説。

超乎想像的軟岩大變形讓建設者們一籌莫展，隧道掘進一度陷入絕境。

“一般的5級圍岩一個月可以打60米，但在木寨嶺，一個月下來還不到20米，而且還要返工拆換前面已經變形的鋼拱架，變成負進度，不少人幾乎喪失了信心。”承建渭武高速木寨嶺特長隧道進口段的福建路橋項目經理陳黨輝説。

……

打隧道成為“摳隧道”，建設者們陷入艱苦鏖戰，只能硬頂、硬熬。

轉折

將“工”字形鋼拱架換成強度更高的H形鋼拱、採取不對稱設計雙層拱架技術……為應對軟岩大變形，建設者在渭武高速木寨嶺特長隧道的建設中，採取了一切能夠想得到的措施。

“我們還從一家高校引進過一項‘穩定桿初支結構’試驗方案，用89毫米鋼花管代替傳統的系統錨桿，但對變形抑制效果仍不明顯，施工進展緩慢。”中鐵二十一局木寨嶺特長隧道項目經理陳文淵説。

方案一直在摸索，一直在調整改進，但成效不大。工程推進之慢、成本投入之高，讓參建各方壓力急劇增加。到2017年年中，甚至有建設者萌生退意，準備調離木寨嶺特長隧道項目。

怎麼辦？組織開展科研攻關，再難也要啃下這塊硬骨頭！

2017年9月，長達路業組織邀請包括中國科學院院士孫鈞、何滿潮以及中國工程院院士鄭穎人等在內的岩土力學和隧道界頂尖專家，召開支護技術專家諮詢會，對渭武高速木寨嶺特長隧道進行會診，聚力攻關。

為切實解決隧道建設過程中遇到的技術難題，長達公司向省科協提出了申請建立院士專家工作站。2018年9月，以孫鈞、何滿潮院士領銜的院士工作站正式成立，渭武高速木寨嶺特長隧道技術攻關進入加速階段。

通過一系列現場調研和理論研究，孫鈞和何滿潮院士打破了傳統被動支護方案，分別提出了讓壓支護體系和NPR錨索支護體系兩項主動支護技術方案，將被動支護變為主動支護。

轉折最終在2018年10月出現。

在新方案的支撐下，建設者使用高預緊力錨索將極高的水準和垂直壓力分散到岩體中，有效降低了對隧道支護體系的壓力，隧道最大變形被控制在了30釐米左右。

“就像‘納鞋底一樣’把炭質板岩串起來壓緊，起到了加固的效果。”王治才説，試驗結果顯示，滿足設計要求，屬於正常變形。

經過不斷試驗、總結、優化工藝工法，2019年開始，渭武高速木寨嶺特長隧道建設步入快車道。

“速度從每月20米一下子提高到了45米，終於進入快速建設階段。”中鐵隧道局木寨嶺特長隧道項目經理于家武説。

2022年12月，出口段雙線貫通；

2023年2月，中段雙線貫通；

2023年7月6日，全線貫通。

鏖戰8年，渭武高速木寨嶺特長隧道的最終貫通，標誌著軟岩大變形這一困擾世界隧道工程建設的難題被攻克，其諸多科研創新成果開了中國公路隧道軟岩大變形治理先河，多項研究成果在全國10多個隧道項目中推廣應用。

渭武高速木寨嶺特長隧道，必將成為中國隧道建設史上的重要里程碑。