组合施工，建设超长海底隧道（工匠绝活）

2024-07-06

<article><section data-type=“rtext”>山东省青岛市胶州湾第二隧道项目总长度17.48公里，其中隧道长14.37公里（海域段9.95公里），这条近万米的海底隧道建成后将成为世界上最长的海底道路隧道。面对复杂的地质条件、艰苦的工作环境，建设团队发扬工匠精神，钻孔勘察、创新设计、精准施工、智慧管理，全力投入隧道建设之中，为保障项目建设顺利开展贡献力量。 黄岛之滨，碧波荡漾；海底深处，设备轰鸣……在这里，山东省青岛市胶州湾第二隧道项目（以下简称“二隧”）正在紧张建设中，建成后将成为世界上长度最长的海底道路隧道。 面对复杂的地质条件，二隧工程建设团队发扬工匠精神，从勘察规划到落地实施，推动项目建设顺利展开。自2022年9月主线工程全面开工以来，主线隧道建设累计超8.6公里。 近日，记者走进项目现场，看隧道如何穿越海底近万米。 制订施工方案—— 勘察9年，在海底采取岩芯总长度达2.8万米 建设海底隧道，遇到的第一个问题是：路线怎么走？ 胶州湾范围内有一个活动断层，称为沧口断裂带，正好位于二隧规划路线上。从哪个位置穿？怎么穿？用什么工程方法穿？解决这一系列难题，才能让海底隧道建设成为可能。 于是，搞清楚这部分海底地质组成成为这项工程最先需要攻克的难题。2013年，青岛国信胶州湾第二海底隧道有限公司总工办高级工程师郭永建从同济大学土木工程博士后工作站出站，成为二隧团队第一个博士后，也开始了长达9年的勘察规划。 “只有搞清楚海底真实情况，工程规划、方案设计才有底气。”郭永建说。他一方面跑遍各大科研院所，另一方面与勘察单位中铁大桥勘测设计院共同组织海上勘察。 勘察需要通过钻孔来探测地质情况，在海上驾驶钻探船进行作业。2年时间里，郭永建带领勘察团队钻孔237个，在海底采取岩芯总长度达2.8万米，为以后穿越胶州湾的海底工程打下了坚实基础。 勘察结果发现：二隧海底有大面积花岗岩，其中辉绿岩岩脉大量穿插，裂隙多，部分还有很好的导水性，地质条件极为复杂，工程难度成倍增加。 经过专家组反复勘察，结合地质勘察结果，工程方案在安全和经济之间找到了最优解：二隧东岸青岛端以凝灰岩为主，采用盾构法，西岸黄岛端以花岗岩为主，采用钻爆法，陆域辅之以明挖法，进行组合施工，从胶州湾东西两岸同时向湾内掘进，最终超大直径盾构与大断面钻爆法隧道将在海底对接。 设计新风通道—— 展开数值模拟分析，提出2.5段通风技术 除了路线设计，还有隧道通风的难题。作为中铁第四勘察设计院（以下简称“铁四院”）二隧项目设计负责人，孙文昊已经从事工程设计25年，但在面对二隧项目时，“找不到可参照的样本，需要我们自己蹚出一条新路”。 按照传统设计思路，海底隧道建设过程中的通风都是利用竖井来实现，通常两端和海中央各有一个，间距五六公里，称为三段式通风。但是，这种方法在二隧却行不通：根据青岛市胶州湾保护条例规定，为保护海域生态平衡，不允许在海域内围填海建设通风井。 “不断摸索，不断创新，一定能找到解决方案。”孙文昊说，一些超长隧道顶部都有隔层，但只用于火灾状态排烟，这些排烟道能否用来日常通风？如果可行，作为疏散救援的服务隧道是否也可用于通风？ 这个想法打开了设计团队的思路：利用中间服务隧道作为新风通道送新风进去，在主线隧道的顶部隔出排烟道，将污浊空气排出去，形成送排风闭环。 但是，这样的设计方案是否具有可行性？为此，铁四院在数值模拟分析的基础上，在武汉搭建了几十米长的物理模型进行验证，数据符合要求。由于这种通风方式在海底设置两座送排风机房，总体上介于二段式和三段式通风之间，被称为2.5段通风技术，给世界上的超长海底隧道通风提供了一个崭新的解决方案，这也是铁四院的专利技术。 3年来，设计团队完成的隧道土建设计图纸达60余册，共5000多张，摞到一起有两米高。“机电系统以及桥梁、房建图纸还没出，全部图纸出完得有150多册。”孙文昊说。 开展施工作业—— 一个孔两分钟，两个多小时能完成整个掌子面打孔，偏差极小 在胶州湾西岸，从二隧项目黄岛段入口进入隧道，寒气萦绕，围岩潮湿，地面偶有流水，这里是钻爆法施工现场。钻爆法又称矿山法，就是通过钻孔、放药、爆破的方法进行施工。 在中铁隧道局凿岩台车负责人何纪超带领下，记者来到1300米掌子面处，此时，洞内已经完全变暗，一面拱形石面堵在前方。 轰鸣声响彻隧道，耀眼的照明灯打在掌子面上，巨型凿岩台车缓缓驶入，停在掌子面正前方。只见测量员扛着全站测距仪设备进行放样，半小时后，将设计图纸的参数变成施工数据，用油漆在掌子面上画出隧道轮廓线、中心线和第一排拉槽线。 有了测量放样，司钻工杜帅登上三臂凿岩台车，熟练操作台车控制杆，5.5米的钻杆仿佛他的手臂般灵活。杜帅将钻杆瞄准轮廓线上一个点位，不需标识，只听一阵震耳欲聋的“哐哐哐”声后，一个45毫米直径的钻孔不偏不倚，恰好打在拱顶轮廓线放样点上。“这个过程非常考验司钻工技术。”何纪超说，一个熟练的司钻工，需要3年至5年时间才能培养出来。 杜帅从事司钻工已有10年，如今，他靠眼睛观察就能找准每个点位，打一个孔两分钟，两个多小时能完成整个掌子面打孔，偏差极小。在二隧钻爆段，像杜帅这样的司钻工超过30人。 应对突发状况—— 利用数字孪生搭建智慧平台，提示预警信息 二隧基岩以花岗岩为主，分布着导水性好的张性裂隙，出水量远超其他海底工程。如何应对突涌水挑战，是二隧项目风险管控的关键，也是项目安全管理需要面对的一项挑战。 有一回，钻爆施工现场，超前水平探孔显示掌子面前方围岩破碎，出水量达到每分钟1000升。二隧项目数字化建造平台及时显示出水预警信息，管理团队迅速做出处置方案。 不仅在突涌水、岩层失稳、坍塌、火灾等灾害中能够及时发出预警信息，二隧项目数字化建造平台汇集了建设方、设计方、施工方、监理方、运营方全部流程数据。早在2020年，二隧公司总经理李翔便提出了打造全过程、全要素、全数据在线的数字建造平台的目标，利用数字化、智能化技术手段保障海底隧道的质量和安全，让二隧成为国内首条数字孪生海底隧道。 “瞧，现在工作人员的信息和位置都显示在这里。”青岛国信胶州湾第二海底隧道有限公司安全与风险管理部副经理张乐打开人员定位模块，数字模拟的隧道路线上，人名随着人员定位实时变动。原来，项目融合了5G融合专网及北斗定位系统，小到安全帽，大到设备、车辆甚至隧道等全部进行了智能升级，可实现现场人员、车辆、装备的实时定位与监控。 国信集团总工程师、二隧公司董事长曲立清说：“二隧项目致力于应用新技术、新工艺、新设备、新材料，全力突破海底隧道智慧建造与施工控制的技术难题。” ■延伸阅读 全流程监管，保障工程质量 山东省青岛市胶州湾第二隧道需在胶州湾底穿越近10公里，最深点距海平面115米，地质水文条件极其复杂，不仅要穿过活动断裂带，而且花岗岩中穿插着大量侵入岩，裂隙多且有一些导水性好，工程难度成倍增加。 在施工上，二隧采用“盾构法+钻爆法+明挖法”组合施工工法，从胶州湾东西两岸向中间掘进，并在海底对接；为保护海域生态，创新设计2.5段式通风技术；为解决海底隧道长距离资源调配、多交叉协同交互、高频率实时反馈的难题，应用数字孪生技术，创新开发全过程、全要素、全数据在线的数字建造平台，利用数字化、智能化技术手段进行全流程监管，保障海底隧道质量和安全……</section></article>