山東青島膠州灣第二隧道項目建設團隊著力攻克技術難題——
組合施工，建設超長海底隧道
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山東省青島市膠州灣第二隧道項目總長度17.48公里，其中隧道長14.37公里（海域段9.95公里），這條近萬米的海底隧道建成后將成為世界上最長的海底道路隧道。面對復雜的地質(zhì)條件、艱苦的工作環(huán)境，建設團隊發(fā)揚工匠精神，鉆孔勘察、創(chuàng)新設計、精準施工、智慧管理，全力投入隧道建設之中，為保障項目建設順利開展貢獻力量。
黃島之濱，碧波蕩漾；海底深處，設備轟鳴……在這里，山東省青島市膠州灣第二隧道項目（以下簡稱“二隧”）正在緊張建設中，建成后將成為世界上長度最長的海底道路隧道。
面對復雜的地質(zhì)條件，二隧工程建設團隊發(fā)揚工匠精神，從勘察規(guī)劃到落地實施，推動項目建設順利展開。自2022年9月主線工程全面開工以來，主線隧道建設累計超8.6公里。
近日，記者走進項目現(xiàn)場，看隧道如何穿越海底近萬米。
制訂施工方案——
勘察9年，在海底采取巖芯總長度達2.8萬米
建設海底隧道，遇到的第一個問題是：路線怎么走？
膠州灣范圍內(nèi)有一個活動斷層，稱為滄口斷裂帶，正好位于二隧規(guī)劃路線上。從哪個位置穿？怎么穿？用什么工程方法穿？解決這一系列難題，才能讓海底隧道建設成為可能。
于是，搞清楚這部分海底地質(zhì)組成成為這項工程最先需要攻克的難題。2013年，青島國信膠州灣第二海底隧道有限公司總工辦高級工程師郭永建從同濟大學土木工程博士后工作站出站，成為二隧團隊第一個博士后，也開始了長達9年的勘察規(guī)劃。
“只有搞清楚海底真實情況，工程規(guī)劃、方案設計才有底氣。”郭永建說。他一方面跑遍各大科研院所，另一方面與勘察單位中鐵大橋勘測設計院共同組織海上勘察。
勘察需要通過鉆孔來探測地質(zhì)情況，在海上駕駛鉆探船進行作業(yè)。2年時間里，郭永建帶領勘察團隊鉆孔237個，在海底采取巖芯總長度達2.8萬米，為以后穿越膠州灣的海底工程打下了堅實基礎。
勘察結(jié)果發(fā)現(xiàn)：二隧海底有大面積花崗巖，其中輝綠巖巖脈大量穿插，裂隙多，部分還有很好的導水性，地質(zhì)條件極為復雜，工程難度成倍增加。
經(jīng)過專家組反復勘察，結(jié)合地質(zhì)勘察結(jié)果，工程方案在安全和經(jīng)濟之間找到了最優(yōu)解：二隧東岸青島端以凝灰?guī)r為主，采用盾構(gòu)法，西岸黃島端以花崗巖為主，采用鉆爆法，陸域輔之以明挖法，進行組合施工，從膠州灣東西兩岸同時向灣內(nèi)掘進，最終超大直徑盾構(gòu)與大斷面鉆爆法隧道將在海底對接。
盾構(gòu)段施工現(xiàn)場鳥瞰圖。于永群攝
設計新風通道——
展開數(shù)值模擬分析，提出2.5段通風技術
除了路線設計，還有隧道通風的難題。作為中鐵第四勘察設計院（以下簡稱“鐵四院”）二隧項目設計負責人，孫文昊已經(jīng)從事工程設計25年，但在面對二隧項目時，“找不到可參照的樣本，需要我們自己蹚出一條新路”。
按照傳統(tǒng)設計思路，海底隧道建設過程中的通風都是利用豎井來實現(xiàn)，通常兩端和海中央各有一個，間距五六公里，稱為三段式通風。但是，這種方法在二隧卻行不通：根據(jù)青島市膠州灣保護條例規(guī)定，為保護海域生態(tài)平衡，不允許在海域內(nèi)圍填海建設通風井。
“不斷摸索，不斷創(chuàng)新，一定能找到解決方案。”孫文昊說，一些超長隧道頂部都有隔層，但只用于火災狀態(tài)排煙，這些排煙道能否用來日常通風？如果可行，作為疏散救援的服務隧道是否也可用于通風？
工人正在檢查管片拼接情況。丁 翔攝
這個想法打開了設計團隊的思路：利用中間服務隧道作為新風通道送新風進去，在主線隧道的頂部隔出排煙道，將污濁空氣排出去，形成送排風閉環(huán)。
但是，這樣的設計方案是否具有可行性？為此，鐵四院在數(shù)值模擬分析的基礎上，在武漢搭建了幾十米長的物理模型進行驗證，數(shù)據(jù)符合要求。由于這種通風方式在海底設置兩座送排風機房，總體上介于二段式和三段式通風之間，被稱為2.5段通風技術，給世界上的超長海底隧道通風提供了一個嶄新的解決方案，這也是鐵四院的專利技術。
3年來，設計團隊完成的隧道土建設計圖紙達60余冊，共5000多張，摞到一起有兩米高。“機電系統(tǒng)以及橋梁、房建圖紙還沒出，全部圖紙出完得有150多冊。”孫文昊說。
開展施工作業(yè)——
一個孔兩分鐘，兩個多小時能完成整個掌子面打孔，偏差極小
在膠州灣西岸，從二隧項目黃島段入口進入隧道，寒氣縈繞，圍巖潮濕，地面偶有流水，這里是鉆爆法施工現(xiàn)場。鉆爆法又稱礦山法，就是通過鉆孔、放藥、爆破的方法進行施工。
在中鐵隧道局鑿巖臺車負責人何紀超帶領下，記者來到1300米掌子面處，此時，洞內(nèi)已經(jīng)完全變暗，一面拱形石面堵在前方。
轟鳴聲響徹隧道，耀眼的照明燈打在掌子面上，巨型鑿巖臺車緩緩駛?cè)耄Ｔ谡谱用嬲胺健Ｖ灰姕y量員扛著全站測距儀設備進行放樣，半小時后，將設計圖紙的參數(shù)變成施工數(shù)據(jù)，用油漆在掌子面上畫出隧道輪廓線、中心線和第一排拉槽線。
三臂鑿巖臺車在進行炮眼打設作業(yè)。韓文明攝
有了測量放樣，司鉆工杜帥登上三臂鑿巖臺車，熟練操作臺車控制桿，5.5米的鉆桿仿佛他的手臂般靈活。杜帥將鉆桿瞄準輪廓線上一個點位，不需標識，只聽一陣震耳欲聾的“哐哐哐”聲后，一個45毫米直徑的鉆孔不偏不倚，恰好打在拱頂輪廓線放樣點上。“這個過程非常考驗司鉆工技術。”何紀超說，一個熟練的司鉆工，需要3年至5年時間才能培養(yǎng)出來。
杜帥從事司鉆工已有10年，如今，他靠眼睛觀察就能找準每個點位，打一個孔兩分鐘，兩個多小時能完成整個掌子面打孔，偏差極小。在二隧鉆爆段，像杜帥這樣的司鉆工超過30人。
應對突發(fā)狀況——
利用數(shù)字孿生搭建智慧平臺，提示預警信息
二隧基巖以花崗巖為主，分布著導水性好的張性裂隙，出水量遠超其他海底工程。如何應對突涌水挑戰(zhàn)，是二隧項目風險管控的關鍵，也是項目安全管理需要面對的一項挑戰(zhàn)。
有一回，鉆爆施工現(xiàn)場，超前水平探孔顯示掌子面前方圍巖破碎，出水量達到每分鐘1000升。二隧項目數(shù)字化建造平臺及時顯示出水預警信息，管理團隊迅速做出處置方案。
不僅在突涌水、巖層失穩(wěn)、坍塌、火災等災害中能夠及時發(fā)出預警信息，二隧項目數(shù)字化建造平臺匯集了建設方、設計方、施工方、監(jiān)理方、運營方全部流程數(shù)據(jù)。早在2020年，二隧公司總經(jīng)理李翔便提出了打造全過程、全要素、全數(shù)據(jù)在線的數(shù)字建造平臺的目標，利用數(shù)字化、智能化技術手段保障海底隧道的質(zhì)量和安全，讓二隧成為國內(nèi)首條數(shù)字孿生海底隧道。
“瞧，現(xiàn)在工作人員的信息和位置都顯示在這里。”青島國信膠州灣第二海底隧道有限公司安全與風險管理部副經(jīng)理張樂打開人員定位模塊，數(shù)字模擬的隧道路線上，人名隨著人員定位實時變動。原來，項目融合了5G融合專網(wǎng)及北斗定位系統(tǒng)，小到安全帽，大到設備、車輛甚至隧道等全部進行了智能升級，可實現(xiàn)現(xiàn)場人員、車輛、裝備的實時定位與監(jiān)控。
國信集團總工程師、二隧公司董事長曲立清說：“二隧項目致力于應用新技術、新工藝、新設備、新材料，全力突破海底隧道智慧建造與施工控制的技術難題。”
■延伸閱讀
全流程監(jiān)管，保障工程質(zhì)量
山東省青島市膠州灣第二隧道需在膠州灣底穿越近10公里，最深點距海平面115米，地質(zhì)水文條件極其復雜，不僅要穿過活動斷裂帶，而且花崗巖中穿插著大量侵入巖，裂隙多且有一些導水性好，工程難度成倍增加。
在施工上，二隧采用“盾構(gòu)法+鉆爆法+明挖法”組合施工工法，從膠州灣東西兩岸向中間掘進，并在海底對接；為保護海域生態(tài)，創(chuàng)新設計2.5段式通風技術；為解決海底隧道長距離資源調(diào)配、多交叉協(xié)同交互、高頻率實時反饋的難題，應用數(shù)字孿生技術，創(chuàng)新開發(fā)全過程、全要素、全數(shù)據(jù)在線的數(shù)字建造平臺，利用數(shù)字化、智能化技術手段進行全流程監(jiān)管，保障海底隧道質(zhì)量和安全……
