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膠州灣第二隧道:全力攻克“世界級挑戰(zhàn)”
2024-01-23 來源:觀海新聞 

  作為世界上建設規(guī)模最大、長度最長海底道路隧道,身處變化多端的水文地質(zhì)條件,具有“四極”環(huán)境突出特點

  膠州灣第二隧道:全力攻克“世界級挑戰(zhàn)”

  施工環(huán)境更為復雜

  從技術指標看,二隧項目海域段全長9.95公里(是一隧的2.5倍),最深點距海平面115米(較一隧深33米)。與一隧相比,二隧工程建設條件更加復雜,具有“四極”環(huán)境突出的特點,即極其復雜的地質(zhì)條件、極度敏感的建造環(huán)境、極高要求的建造質(zhì)量、極端惡劣的服役環(huán)境

  “海底巨龍”加速掘進

  目前,二隧項目計劃投入的三臺盾構(gòu)機均已到位。用于服務隧道的盾構(gòu)機“國信號”正在海底破巖,運行平穩(wěn),計劃每天掘進5到6米。青島目前最大的盾構(gòu)機——兩臺15.63米的超大直徑盾構(gòu)機“海天號”“深藍號”將服務于主線隧道。其中,“海天號”已于2023年底始發(fā),“深藍號”正在開展最后調(diào)試,預計1月底前始發(fā)。屆時,茫茫膠州灣將有“三條巨龍”同時在海底潛行

  將創(chuàng)五項世界紀錄

  ●世界海底隧道建設史上開挖土石方量最大。三條隧道(主線隧道加中間服務隧道)開挖土石方量超過600萬立方米,超過日本青函海底隧道(520萬立方米)和英法海峽隧道(480萬立方米)

  ●世界長度最長的海底道路隧道。超過挪威已建成的呂菲爾克隧道(14.3公里)

  ●世界上穿越活斷層的最大斷面海底隧道

  ●世界上水壓最高的超大直徑盾構(gòu)隧道

  ●世界上首座超大直徑盾構(gòu)與大斷面鉆爆法隧道對接的海底隧道

  海天一色,碧波萬頃。蔚藍色的膠州灣海面之下,備受關注的膠州灣第二隧道(以下簡稱“二隧”)項目正在全力推進。

  在山東省政府日前公布的2024年省重大項目名單中,二隧項目入列2024年省重大實施類項目。該項目也是青島市“十四五”規(guī)劃確定的市政道路“15515+N”工程的第一個“1”工程和中心城區(qū)“七橫九縱”高快速路網(wǎng)的重要組成部分,是青島城市更新和城市建設三年攻堅行動重點項目。

  項目啟動建設以來,在青島國信集團項目管理和建設團隊的合力攻堅下,項目3大工區(qū)、6個施工標段、13個工作面、2個管片預制廠不斷刷新“進度條”。目前,黃島端隧道單洞掘進最長超3.2公里,已到達工程最深點——海平面以下115米;青島端盾構(gòu)段服務隧道已掘進1公里。1月底前,三條“鋼鐵巨龍”將同時潛行膠州灣。

  膠州灣第二隧道工程建設示意圖。

  作為世界上建設長度最長的海底道路隧道,具有極其復雜的地質(zhì)條件、極度敏感的建造環(huán)境、極高要求的建造質(zhì)量、極端惡劣的服役環(huán)境等“四極”環(huán)境突出的特點,技術難度達到世界級水平……二隧工程建設規(guī)模之大、施工難度之高,將載入世界海底隧道建設史冊。

  “國信集團將進一步整合科研資源、凝聚各方智慧,全力攻克二隧項目建設過程中的諸多難題,努力將二隧項目建設成為新時代交通強國戰(zhàn)略的標桿工程,為未來跨海通道的建設發(fā)揮示范和引領作用。”青島國信發(fā)展(集團)有限責任公司董事長劉魯強表示。

  歷時十年謀劃,落定“關鍵一子”

  在35年的發(fā)展歷程中,國信集團始終堅守“成就城市夢想”的初心使命,緊緊匹配城市發(fā)展戰(zhàn)略,主動融入青島經(jīng)濟社會發(fā)展大局。膠州灣隧道就是其彰顯國企擔當、賦能城市穩(wěn)健“成長”的一件精品力作。

  作為一座環(huán)灣型城市,青島高度重視跨膠州灣交通,在我國跨海通道工程領域一直處于開拓和引領地位。2011年6月30日,膠州灣隧道和膠州灣大橋同日建成通車,“一橋一隧”進一步優(yōu)化了城市路網(wǎng)格局,提高了膠州灣兩岸交通效率,人流、物流等資源要素在膠州灣兩岸間快速流動,成為青島一體化發(fā)展的強力引擎。迄今,由國信集團建設運營的膠州灣隧道已安全運營12年有余,2023年日均通行量達8.7萬輛次,單日最高通行量達11.7萬輛次。

  2014年6月,國務院同意設立青島西海岸新區(qū),大青島發(fā)展框架不斷拉開,膠州灣東岸和西岸之間對快速交通體系的需求更加迫切。另一方面,膠州灣隧道的通行能力已接近設計流量,膠州灣跨??焖偻ǖ镭叫钄U容,二隧項目的建設呼聲日益走高。

  2023年12月26日,膠州灣第二隧道項目黃島海域段南線與陸域段隧道順利貫通。

  事實上,早在膠州灣隧道建成通車那一刻起,國信集團就主動作為、超前謀劃,積極論證二隧項目,啟動了預可行性研究。說起二隧項目,青島國信集團總工程師曲立清深有感觸。作為我國海底隧道和跨海橋梁建造的引領者,他有著豐富的橋隧建設和管理經(jīng)驗,主持膠州灣高速、膠州灣大橋、膠州灣隧道等青島跨海通道的建設,是青島構(gòu)建“隧-橋-路”協(xié)同跨海交通路網(wǎng)的見證者、參與者。

  “面對社會上關于橋隧已通車、青島有沒有必要建設第二條海底隧道的爭論,我們堅持站在未來看現(xiàn)在,科學研究審慎論證,為政府科學決策提供參考。”曲立清告訴記者,在尊重自然、尊重規(guī)律、尊重科學、尊重技術的前提下,集結(jié)兩院院士及行業(yè)專家智慧,國信集團會同相關單位開展了大量艱苦卓絕的研究與準備工作,扎實推進項目設計及實施方案的研究論證,召開專家論證和評審會議160余次,完成30多項各類專題研究報告,一步一步繪就起二隧工程的藍圖。

  2020年4月,二隧項目正式獲得立項批復。2020年7月,國信集團中標特許經(jīng)營權,全面負責二隧項目的投資建設和運營。如果從2011年開始謀劃算起,二隧項目從謀劃到落地,歷時整整十年。

  施工環(huán)境復雜,直面“世界級挑戰(zhàn)”

  有了第一條隧道的建設經(jīng)驗“打底”,國信集團項目團隊對第二條隧道建設充滿信心。但相比一隧,二隧面對的壓力和挑戰(zhàn)遠超想象。

  二隧工程主線全長17.48公里,西起西海岸新區(qū)淮河東路,向東沿劉公島路下方敷設,穿越膠州灣,至青島港附近登陸,在海泊河河口以高架橋梁形式銜接青島東岸城區(qū)。其中,隧道長14.37公里(海域段9.95公里),最深點距海平面115米,采用雙洞雙向六車道的主隧道加中間服務隧道的布置方式。整條隧道工程按城市快速路標準建設,設計使用年限100年,設計行車時速80公里,兼具客運與貨運車輛跨海通道的功能。

  從技術指標看,二隧項目海域段長度9.95公里(是一隧的2.5倍),最深點距海平面115米(較一隧深33米)。與一隧相比,二隧工程建設條件更加復雜,具有“四極”環(huán)境突出的特點,即極其復雜的地質(zhì)條件、極度敏感的建造環(huán)境、極高要求的建造質(zhì)量、極端惡劣的服役環(huán)境。

  頭頂是浩瀚汪洋大海,前方是較難準確預測的海底,身處變化多端的水文地質(zhì),在世界海底隧道史上都是巨大挑戰(zhàn)。從實踐看,海底隧道突涌水、巖層失穩(wěn)、坍塌等災害具有“強隱蔽性、強復雜性、強突發(fā)性、強破壞性”的突出特點。具體到二隧,根據(jù)前期勘察成果和已開挖段實際情況,二隧的鉆爆段基巖呈現(xiàn)出與一隧不同的水文地質(zhì)特性,一隧海底全是火山噴出巖,未曾遇見花崗巖,二隧海底卻是以花崗巖為基巖,中間穿插著眾多侵入巖,分布著導水性較好的張性裂隙,加之隧道埋深深、與頭頂海水貫通、水壓高、水量無限,建設過程中要面對長距離、不間斷的涌水挑戰(zhàn)。

  解決好涌水現(xiàn)象,筑牢施工安全防線,成為項目建設推進中要突破的一道難題。

  2022年4月18日晚上9時許,超前水平探孔揭露掌子面前方7米處圍巖極為破碎,單孔涌水量高達550升/分鐘,遠遠超過了膠州灣隧道及其他類似工程,現(xiàn)場形勢極為嚴峻。由于提前打了探孔,二隧項目管理團隊立即啟動應急響應并確定采用“由下向上、由外到內(nèi)的分段前進式全斷面帷幕注漿技術”進行注漿堵水。在方案實施過程中,項目管理團隊24小時輪流駐扎掌子面作業(yè)一線,歷時14天,注漿水泥達900噸,成功處理了突涌水,并順利穿越了該斷層破碎帶。

  在二隧項目建設過程中,類似“有驚無險”的場景經(jīng)常發(fā)生。

  安全質(zhì)量是工程的“生命線”。國信集團始終牢固樹立“萬無一失、一失萬無”的理念,堅持安全第一,以抓本質(zhì)安全為核心,以技術安全為支撐,確保工程安全和質(zhì)量。著眼于工程的高質(zhì)量發(fā)展和高水平安全良性互動,統(tǒng)籌考慮安全、質(zhì)量、工期、運營效率,將超前地質(zhì)預報工作納入工程工序管理,采用海底隧道綜合超前地質(zhì)預報和重大災害智能化安全控制技術,并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整和優(yōu)化隧道設計參數(shù),確保復雜地質(zhì)條件下坍塌和突涌水的風險可知、可控。通過體系化措施的實施,前期已成功穿越7條斷層破碎帶,實踐檢驗了采用超前地質(zhì)預報技術、注漿堵水、超前支護等應對措施的有效性,也積累了較為豐富的現(xiàn)場操作經(jīng)驗。

  “二隧項目是一項世界級的超級工程,我們要懷著對工程的無限敬畏,聚精會神傾力投入,一切以工程為核心,努力為城市、為人民建設一個百年精品工程。”曲立清說。

  強化自主創(chuàng)新,凝聚行業(yè)頂尖智慧

  勇者不避難,智者不失時。越是難干,越要抓緊干;越是硬骨頭,越要用力啃。

  創(chuàng)新是引領發(fā)展的第一動力。針對二隧項目面臨的地質(zhì)條件復雜、作業(yè)空間有限、工序銜接復雜等挑戰(zhàn),國信集團充分發(fā)揮大項目平臺優(yōu)勢,強化自主創(chuàng)新和科技攻關,努力打造一條經(jīng)得起歷史和人民檢驗、對國內(nèi)乃至世界海底隧道領域起到示范引領作用的高品質(zhì)隧道。

  應對世界級難題,需要依靠頂尖行業(yè)專家的智慧。國信集團高標準選擇了國內(nèi)頂尖、世界領先的專業(yè)施工隊伍,并組建了由錢七虎院士擔任名譽主任、李術才院士擔任主任,匯集業(yè)內(nèi)頂尖專家的專家委員會,聯(lián)合建立了巖土和隧道工程災害防控與智能建養(yǎng)國家重點實驗室、博士后創(chuàng)新實踐基地和青島市海底隧道韌性建造技術專家工作站。

  三年來,國信集團還積極開展各項科研創(chuàng)新工作,實施一系列具有針對性的科研課題專項研究。《海底隧道建造與韌性增強技術》相關內(nèi)容已被科技部列為國家重點研發(fā)計劃重點項目專項支持,《超長跨海隧道的災害規(guī)律和施工控制》入選國家自然科學基金委重大項目、成功獲批2022年度山東省新舊動能轉(zhuǎn)換重大產(chǎn)業(yè)攻關項目,“青島國信膠州灣海洋地質(zhì)勘探成果”榮獲青島市科技進步一等獎,該成果突破海面勘察技術,探明以“滄口斷裂”為代表的主要斷裂的特性和空間展布,為工程順利推進提供了重要參考。

  2023年10月,針對二隧工程的重難點和關鍵技術問題,國信集團特邀第16屆國際隧協(xié)主席嚴金秀和4位挪威專家親臨項目現(xiàn)場深入調(diào)研。此外,國信集團聯(lián)合中國中鐵股份有限公司舉辦了首屆海底隧道高質(zhì)量發(fā)展大會,展示了海底隧道領域最新研究成果與發(fā)展趨勢。如何實現(xiàn)超大直徑盾構(gòu)與大斷面鉆爆法隧道的對接,如何解決大水壓海域環(huán)境下的大斷面海底隧道施工的防排水問題,如何攻克世界海底隧道最大錯斷量的抗震難題,如何在海底隧道智慧建造與施工控制理念與技術方面實現(xiàn)突破……圍繞這些工程技術難題,與會專家就二隧項目隧道施工安全保障技術、隧道長距離掘進關鍵技術、隧道功能材料制備技術等方面提出了多項合理化建議,為項目高質(zhì)量推進“把脈問診”。

  “在惡劣環(huán)境下,海底隧道快速智能建造技術及裝備等創(chuàng)新成果亟待發(fā)展。”曲立清介紹,建造技術創(chuàng)新方面,項目將應用新技術、新工藝、新設備、新材料,突破海底隧道智慧建造與施工控制的技術難題。特別是開展海底隧道的智能施工裝備與防災減災技術研究,應用大型機械化配套施工,將是確保海底隧道安全智慧建造與施工控制的關鍵。

  基于此,與一隧“鉆爆法+明挖法”的施工工藝不同,二隧項目采用了“盾構(gòu)法+鉆爆法+明挖法”組合施工工法,分別從膠州灣東西兩岸向膠州灣掘進,并在海中對接。目前,二隧項目計劃投入的三臺盾構(gòu)機均已到位。用于服務隧道的盾構(gòu)機“國信號”正在海底破巖,運行平穩(wěn),計劃每天掘進5到6米。青島目前最大的盾構(gòu)機——兩臺15.63米的超大直徑盾構(gòu)機“海天號”“深藍號”將服務于主線隧道。其中,“海天號”已于2023年底始發(fā),“深藍號”正在進行最后調(diào)試,預計1月底前始發(fā)。屆時,茫茫膠州灣將有“三條巨龍”同時在海底潛行。

  開啟“雙隧時代”,創(chuàng)五項世界紀錄

  一條新隧道,開啟新未來。

  從世界范圍看,二隧項目建成后,將創(chuàng)下五項世界紀錄:三條隧道(主線隧道加中間服務隧道)開挖土石方量超過600萬立方米,超過日本青函海底隧道(520萬立方米)和英法海峽隧道(480萬立方米),為目前世界海底隧道建設史上規(guī)模最大;世界長度最長的海底道路隧道,超過挪威已建成的呂菲爾克隧道(14.3公里);世界上穿越活斷層的最大斷面海底隧道;世界上水壓最高的超大直徑盾構(gòu)隧道;世界上首座超大直徑盾構(gòu)與大斷面鉆爆法隧道對接的海底隧道。

  對這座現(xiàn)代化國際大都市而言,二隧項目建成后將開啟“雙隧時代”,使跨膠州灣機動車通道由“日”字形升級為“目”字形,進一步加強膠州灣東西兩岸交通聯(lián)系,有效緩解西海岸新區(qū)與青島主城區(qū)跨海通道的交通壓力,對青島環(huán)膠州灣一體化發(fā)展、優(yōu)化城市空間結(jié)構(gòu)布局、在青島都市圈中更好發(fā)揮輻射帶動和引領作用具有重要戰(zhàn)略意義。

  “膠州灣第二隧道項目的建設將極大提升我國海底隧道修建的技術水平,完善理論體系及技術標準,為我國建設規(guī)模更大的海底隧道和穿江越海的地下通道提供示范引領作用,并將引領世界超長海底隧道未來。”中國工程院院士、石家莊鐵道大學教授杜彥良對二隧項目寄予厚望。



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