山東青島膠州灣第二隧道項(xiàng)目建設(shè)團(tuán)隊(duì)著力攻克技術(shù)難題——

組合施工，建設(shè)超長海底隧道

本報(bào)記者 王 沛

核心閱讀

山東省青島市膠州灣第二隧道項(xiàng)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(fù)雜的地質(zhì)條件、艱苦的工作環(huán)境，建設(shè)團(tuán)隊(duì)發(fā)揚(yáng)工匠精神，鉆孔勘察、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、精準(zhǔn)施工、智慧管理，全力投入隧道建設(shè)之中，為保障項(xiàng)目建設(shè)順利開展貢獻(xiàn)力量。

黃島之濱，碧波蕩漾；海底深處，設(shè)備轟鳴……在這里，山東省青島市膠州灣第二隧道項(xiàng)目（以下簡稱“二隧”）正在緊張建設(shè)中，建成后將成為世界上長度最長的海底道路隧道。

面對復(fù)雜的地質(zhì)條件，二隧工程建設(shè)團(tuán)隊(duì)發(fā)揚(yáng)工匠精神，從勘察規(guī)劃到落地實(shí)施，推動(dòng)項(xiàng)目建設(shè)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(shè)累計(jì)超8.6公里。

近日，記者走進(jìn)項(xiàng)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(dá)2.8萬米

建設(shè)海底隧道，遇到的第一個(gè)問題是：路線怎么走？

膠州灣范圍內(nèi)有一個(gè)活動(dòng)斷層，稱為滄口斷裂帶，正好位于二隧規(guī)劃路線上。從哪個(gè)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(shè)成為可能。

于是，搞清楚這部分海底地質(zhì)組成成為這項(xiàng)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(jí)工程師郭永建從同濟(jì)大學(xué)土木工程博士后工作站出站，成為二隧團(tuán)隊(duì)第一個(gè)博士后，也開始了長達(dá)9年的勘察規(guī)劃。

“只有搞清楚海底真實(shí)情況，工程規(guī)劃、方案設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(jìn)行作業(yè)。2年時(shí)間里，郭永建帶領(lǐng)勘察團(tuán)隊(duì)鉆孔237個(gè)，在海底采取巖芯總長度達(dá)2.8萬米，為以后穿越膠州灣的海底工程打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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(dǎo)水性，地質(zhì)條件極為復(fù)雜，工程難度成倍增加。

經(jīng)過專家組反復(fù)勘察，結(jié)合地質(zhì)勘察結(jié)果，工程方案在安全和經(jīng)濟(jì)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(jìn)行組合施工，從膠州灣東西兩岸同時(shí)向?yàn)硟?nèi)掘進(jìn)，最終超大直徑盾構(gòu)與大斷面鉆爆法隧道將在海底對接。

設(shè)計(jì)新風(fēng)通道——

展開數(shù)值模擬分析，提出2.5段通風(fēng)技術(shù)

除了路線設(shè)計(jì)，還有隧道通風(fēng)的難題。作為中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院（以下簡稱“鐵四院”）二隧項(xiàng)目設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人，孫文昊已經(jīng)從事工程設(shè)計(jì)25年，但在面對二隧項(xiàng)目時(shí)，“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(shè)計(jì)思路，海底隧道建設(shè)過程中的通風(fēng)都是利用豎井來實(shí)現(xiàn)，通常兩端和海中央各有一個(gè)，間距五六公里，稱為三段式通風(fēng)。但是，這種方法在二隧卻行不通：根據(jù)青島市膠州灣保護(hù)條例規(guī)定，為保護(hù)海域生態(tài)平衡，不允許在海域內(nèi)圍填海建設(shè)通風(fēng)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(zāi)狀態(tài)排煙，這些排煙道能否用來日常通風(fēng)？如果可行，作為疏散救援的服務(wù)隧道是否也可用于通風(fēng)？

這個(gè)想法打開了設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的思路：利用中間服務(wù)隧道作為新風(fēng)通道送新風(fēng)進(jìn)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(fēng)閉環(huán)。

但是，這樣的設(shè)計(jì)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(chǔ)上，在武漢搭建了幾十米長的物理模型進(jìn)行驗(yàn)證，數(shù)據(jù)符合要求。由于這種通風(fēng)方式在海底設(shè)置兩座送排風(fēng)機(jī)房，總體上介于二段式和三段式通風(fēng)之間，被稱為2.5段通風(fēng)技術(shù)，給世界上的超長海底隧道通風(fēng)提供了一個(gè)嶄新的解決方案，這也是鐵四院的專利技術(shù)。

3年來，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)完成的隧道土建設(shè)計(jì)圖紙達(dá)60余冊，共5000多張，摞到一起有兩米高?！皺C(jī)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?！睂O文昊說。

開展施工作業(yè)——

一個(gè)孔兩分鐘，兩個(gè)多小時(shí)能完成整個(gè)掌子面打孔，偏差極小

在膠州灣西岸，從二隧項(xiàng)目黃島段入口進(jìn)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(jìn)行施工。

在中鐵隧道局鑿巖臺(tái)車負(fù)責(zé)人何紀(jì)超帶領(lǐng)下，記者來到1300米掌子面處，此時(shí)，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(tái)車緩緩駛?cè)?，停在掌子面正前方。只見測量員扛著全站測距儀設(shè)備進(jìn)行放樣，半小時(shí)后，將設(shè)計(jì)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。

有了測量放樣，司鉆工杜帥登上三臂鑿巖臺(tái)車，熟練操作臺(tái)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(zhǔn)輪廓線上一個(gè)點(diǎn)位，不需標(biāo)識(shí)，只聽一陣震耳欲聾的“哐哐哐”聲后，一個(gè)45毫米直徑的鉆孔不偏不倚，恰好打在拱頂輪廓線放樣點(diǎn)上?！斑@個(gè)過程非常考驗(yàn)司鉆工技術(shù)?！焙渭o(jì)超說，一個(gè)熟練的司鉆工，需要3年至5年時(shí)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(zhǔn)每個(gè)點(diǎn)位，打一個(gè)孔兩分鐘，兩個(gè)多小時(shí)能完成整個(gè)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(yīng)對突發(fā)狀況——

利用數(shù)字孿生搭建智慧平臺(tái)，提示預(yù)警信息

二隧基巖以花崗巖為主，分布著導(dǎo)水性好的張性裂隙，出水量遠(yuǎn)超其他海底工程。如何應(yīng)對突涌水挑戰(zhàn)，是二隧項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管控的關(guān)鍵，也是項(xiàng)目安全管理需要面對的一項(xiàng)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(dá)到每分鐘1000升。二隧項(xiàng)目數(shù)字化建造平臺(tái)及時(shí)顯示出水預(yù)警信息，管理團(tuán)隊(duì)迅速做出處置方案。

不僅在突涌水、巖層失穩(wěn)、坍塌、火災(zāi)等災(zāi)害中能夠及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息，二隧項(xiàng)目數(shù)字化建造平臺(tái)匯集了建設(shè)方、設(shè)計(jì)方、施工方、監(jiān)理方、運(yùn)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(tái)的目標(biāo)，利用數(shù)字化、智能化技術(shù)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?！鼻鄭u國信膠州灣第二海底隧道有限公司安全與風(fēng)險(xiǎn)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(shí)時(shí)變動(dòng)。原來，項(xiàng)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(shè)備、車輛甚至隧道等全部進(jìn)行了智能升級(jí)，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場人員、車輛、裝備的實(shí)時(shí)定位與監(jiān)控。

國信集團(tuán)總工程師、二隧公司董事長曲立清說：“二隧項(xiàng)目致力于應(yīng)用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料，全力突破海底隧道智慧建造與施工控制的技術(shù)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(diǎn)距海平面115米，地質(zhì)水文條件極其復(fù)雜，不僅要穿過活動(dòng)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(dǎo)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(jìn)，并在海底對接；為保護(hù)海域生態(tài)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)2.5段式通風(fēng)技術(shù)；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(shí)時(shí)反饋的難題，應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)，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(tái)，利用數(shù)字化、智能化技術(shù)手段進(jìn)行全流程監(jiān)管，保障海底隧道質(zhì)量和安全……

《 人民日報(bào) 》（ 2024年07月06日 第 05 版）

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