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(zhǎng)海底隧道
本報(bào)記者 王 沛
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山東省青島市膠州灣第二隧道項(xiàng)目總長(zhǎng)度17.48公里，其中隧道長(zhǎng)14.37公里（海域段9.95公里）,，這條近萬(wàn)米的海底隧道建成后將成為世界上最長(zhǎng)的海底道路隧道,。面對(duì)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(kāi)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(jiǎn)稱(chēng)“二隧”）正在緊張建設(shè)中,，建成后將成為世界上長(zhǎng)度最長(zhǎng)的海底道路隧道,。
面對(duì)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(kāi),。自2022年9月主線工程全面開(kāi)工以來(lái)，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(chǎng),，看隧道如何穿越海底近萬(wàn)米,。
制訂施工方案——
勘察9年，在海底采取巖芯總長(zhǎng)度達(dá)2.8萬(wàn)米
建設(shè)海底隧道,，遇到的第一個(gè)問(wèn)題是：路線怎么走,？
膠州灣范圍內(nèi)有一個(gè)活動(dòng)斷層，稱(chēng)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(guó)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(kāi)始了長(zhǎng)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(shuō)。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(cè)設(shè)計(jì)院共同組織海上勘察,。
勘察需要通過(guò)鉆孔來(lái)探測(cè)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(zhǎng)度達(dá)2.8萬(wàn)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(guò)專(zhuān)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(duì)接,。
圖片盾構(gòu)段施工現(xiàn)場(chǎng)鳥(niǎo)瞰圖。于永群攝
設(shè)計(jì)新風(fēng)通道——
展開(kāi)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(jiǎn)稱(chēng)“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(duì)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(guò)程中的通風(fēng)都是利用豎井來(lái)實(shí)現(xiàn),，通常兩端和海中央各有一個(gè),，間距五六公里，稱(chēng)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(shuō),，一些超長(zhǎng)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(lái)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),？
圖片工人正在檢查管片拼接情況。丁 翔攝
這個(gè)想法打開(kāi)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(zhǎng)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(chēng)為2.5段通風(fēng)技術(shù),，給世界上的超長(zhǎng)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(zhuān)利技術(shù),。
3年來(lái),，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(cè)，共5000多張,，摞到一起有兩米高,。“機(jī)電系統(tǒng)以及橋梁,、房建圖紙還沒(méi)出,，全部圖紙出完得有150多冊(cè)?！睂O文昊說(shuō),。
開(kāi)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(chǎng),。鉆爆法又稱(chēng)礦山法,，就是通過(guò)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(chē)負(fù)責(zé)人何紀(jì)超帶領(lǐng)下,，記者來(lái)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(chē)緩緩駛?cè)耄Ｔ谡谱用嬲胺?。只?jiàn)測(cè)量員扛著全站測(cè)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(huà)出隧道輪廓線,、中心線和第一排拉槽線。
圖片三臂鑿巖臺(tái)車(chē)在進(jìn)行炮眼打設(shè)作業(yè),。韓文明攝
有了測(cè)量放樣,，司鉆工杜帥登上三臂鑿巖臺(tái)車(chē)，熟練操作臺(tái)車(chē)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(tīng)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(guò)程非常考驗(yàn)司鉆工技術(shù),?！焙渭o(jì)超說(shuō)，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(lái),。
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(guò)30人,。
應(yīng)對(duì)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(duì)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(duì)的一項(xiàng)挑戰(zhàn),。
有一回,，鉆爆施工現(xiàn)場(chǎng)，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(yíng)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(guò)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(guó)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(guó)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(lè)打開(kāi)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(lái),，項(xiàng)目融合了5G融合專(zhuān)網(wǎng)及北斗定位系統(tǒng),，小到安全帽，大到設(shè)備,、車(chē)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(chǎng)人員,、車(chē)輛、裝備的實(shí)時(shí)定位與監(jiān)控,。
國(guó)信集團(tuán)總工程師,、二隧公司董事長(zhǎng)曲立清說(shuō)：“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,?！?/p>
■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(guò)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(duì)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(zhǎng)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(kāi)發(fā)全過(guò)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?qǐng)?bào)》（2024年7月6日 5版）
