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
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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(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?！惫澜ㄕf。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年時間里，郭永建帶領(lǐng)勘察團(tuán)隊(duì)鉆孔237個，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。
盾構(gòu)段施工現(xiàn)場鳥瞰圖。于永群攝
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，“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，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?！睂O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)？
工人正在檢查管片拼接情況。丁 翔攝
這個想法打開了設(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(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，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?。只見測量員扛著全站測距儀設(shè)備進(jìn)行放樣，半小時后，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。
三臂鑿巖臺車在進(jìn)行炮眼打設(shè)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(zhǔn)輪廓線上一個點(diǎn)位，不需標(biāo)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(diǎn)上。“這個過程非?？简?yàn)司鉆工技術(shù)?！焙渭o(jì)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(zhǔn)每個點(diǎn)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(yīng)對突發(fā)狀況——
利用數(shù)字孿生搭建智慧平臺，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)字化建造平臺及時顯示出水預(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)害中能夠及時發(fā)出預(yù)警信息，二隧項(xiàng)目數(shù)字化建造平臺匯集了建設(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)時變動。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，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場人員、車輛、裝備的實(shí)時定位與監(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，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……
