山東省青島市膠州灣第二隧道計畫總長度17.48公裏，其中隧道長14.37公裏（海域段9.95公裏），這條近萬米的海底隧道建成後將成為世界上最長的海底道路隧道。面對復雜的地質條件、艱苦的工作環境，建設團隊發揚工匠精神，鉆孔勘察、創新設計、精準施工、智慧管理，全力投入隧道建設之中，為保障計畫建設順利開展貢獻力量。
工人正在檢查管片拼接情況。丁翔 攝
黃島之濱，碧波蕩漾；海底深處，裝置轟鳴……在這裏，山東省青島市膠州灣第二隧道計畫（以下簡稱「二隧」）正在緊張建設中，建成後將成為世界上長度最長的海底道路隧道。
面對復雜的地質條件，二隧工程建設團隊發揚工匠精神，從勘察規劃到落地實施，推動計畫建設順利展開。自2022年9月主線工程全面開工以來，主線隧道建設累計超8.6公裏。
近日，記者走進計畫現場，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2.8萬米
盾構段施工現場鳥瞰圖。於永群 攝
建設海底隧道，遇到的第一個問題是：路線怎麽走？
膠州灣範圍內有一個活動斷層，稱為滄口斷裂帶，正好位於二隧規劃路線上。從哪個位置穿？怎麽穿？用什麽工程方法穿？解決這一系列難題，才能讓海底隧道建設成為可能。
於是，搞清楚這部份海底地質組成成為這項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大學土木工程博士後工作站出站，成為二隧團隊第一個博士後，也開始了長達9年的勘察規劃。
「只有搞清楚海底真實情況，工程規劃、方案設計才有底氣。」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計院共同組織海上勘察。
勘察需要透過鉆孔來探測地質情況，在海上駕駛鉆探船進行作業。2年時間裏，郭永建帶領勘察團隊鉆孔237個，在海底采取巖芯總長度達2.8萬米，為以後穿越膠州灣的海底工程打下了堅實基礎。
勘察結果發現：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，部份還有很好的導水性，地質條件極為復雜，工程難度成倍增加。
經過專家組反復勘察，結合地質勘察結果，工程方案在安全和經濟之間找到了最優解：二隧東岸青島端以凝灰巖為主，采用盾構法，西岸黃島端以花崗巖為主，采用鉆爆法，陸域輔之以明挖法，進行組合施工，從膠州灣東西兩岸同時向灣內掘進，最終超大直徑盾構與大斷面鉆爆法隧道將在海底對接。
設計新風通道——
展開數值模擬分析，提出2.5段通風技術
除了路線設計，還有隧道通風的難題。作為中鐵第四勘察設計院（以下簡稱「鐵四院」）二隧計畫設計負責人，孫文昊已經從事工程設計25年，但在面對二隧計畫時，「找不到可參照的樣本，需要我們自己蹚出一條新路」。
按照傳統設計思路，海底隧道建設過程中的通風都是利用豎井來實作，通常兩端和海中央各有一個，間距五六公裏，稱為三段式通風。但是，這種方法在二隧卻行不通：根據青島市膠州灣保護條例規定，為保護海域生態平衡，不允許在海域內圍填海建設通風井。
「不斷摸索，不斷創新，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，但只用於火災狀態排煙，這些排煙道能否用來日常通風？如果可行，作為疏散救援的服務隧道是否也可用於通風？
這個想法開啟了設計團隊的思路：利用中間服務隧道作為新風通道送新風進去，在主線隧道的頂部隔出排煙道，將汙濁空氣排出去，形成送排風閉環。
但是，這樣的設計方案是否具有可行性？為此，鐵四院在數值模擬分析的基礎上，在武漢搭建了幾十米長的物理模型進行驗證，數據符合要求。由於這種通風方式在海底設定兩座送排風機房，總體上介於二段式和三段式通風之間，被稱為2.5段通風技術，給世界上的超長海底隧道通風提供了一個嶄新的解決方案，這也是鐵四院的專利技術。
3年來，設計團隊完成的隧道土建設計圖紙達60余冊，共5000多張，摞到一起有兩米高。「機電系統以及橋梁、房建圖紙還沒出，全部圖紙出完得有150多冊。」孫文昊說。
開展施工作業——
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
三臂鑿巖台車在進行炮眼打設作業。韓文明 攝
在膠州灣西岸，從二隧計畫黃島段入口進入隧道，寒氣縈繞，圍巖潮濕，地面偶有流水，這裏是鉆爆法施工現場。鉆爆法又稱礦山法，就是透過鉆孔、放藥、爆破的方法進行施工。
在中鐵隧道局鑿巖台車負責人何紀超帶領下，記者來到1300公尺掌子面處，此時，洞內已經完全變暗，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，巨型鑿巖台車緩緩駛入，停在掌子面正前方。只見測量員扛著全站測距儀裝置進行放樣，半小時後，將設計圖紙的參數變成施工數據，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台車，熟練操作台車控制桿，5.5公尺的鉆桿仿佛他的手臂般靈活。杜帥將鉆桿瞄準輪廓線上一個點位，不需標識，只聽一陣震耳欲聾的「哐哐哐」聲後，一個45公釐直徑的鉆孔不偏不倚，恰好打在拱頂輪廓線放樣點上。「這個過程非常考驗司鉆工技術。」何紀超說，一個熟練的司鉆工，需要3年至5年時間才能培養出來。
杜帥從事司鉆工已有10年，如今，他靠眼睛觀察就能找準每個點位，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。
應對突發狀況——
利用數位孿生搭建智慧平台，提示預警資訊
二隧基巖以花崗巖為主，分布著導水性好的張性裂隙，出水量遠超其他海底工程。如何應對突湧水挑戰，是二隧計畫風險管控的關鍵，也是計畫安全管理需要面對的一項挑戰。
有一回，鉆爆施工現場，超前水平探孔顯示掌子面前方圍巖破碎，出水量達到每分鐘1000升。二隧計畫數位化建造平台及時顯示出水預警資訊，管理團隊迅速做出處置方案。
不僅在突湧水、巖層失穩、坍塌、火災等災害中能夠及時發出預警資訊，二隧計畫數位化建造平台匯集了建設方、設計方、施工方、監理方、營運方全部流程數據。早在2020年，二隧公司總經理李翔便提出了打造全過程、全要素、全數據線上的數位建造平台的目標，利用數位化、智慧化技術手段保障海底隧道的品質和安全，讓二隧成為國內首條數位孿生海底隧道。
「瞧，現在工作人員的資訊和位置都顯示在這裏。」青島國信膠州灣第二海底隧道有限公司安全與風險管理部副經理張樂開啟人員定位模組，數位模擬的隧道路線上，人名隨著人員定位即時變動。原來，計畫融合了5G融合專網及北鬥定位系統，小到安全帽，大到裝置、車輛甚至隧道等全部進行了智慧升級，可實作現場人員、車輛、裝備的即時定位與監控。
國信集團總工程師、二隧公司董事長曲立清說：「二隧計畫致力於套用新技術、新工藝、新裝置、新材料，全力突破海底隧道智慧建造與施工控制的技術難題。」
全流程監管，保障工程品質
山東省青島市膠州灣第二隧道需在膠州灣底穿越近10公裏，最深點距海平面115公尺，地質水文條件極其復雜，不僅要穿過活動斷裂帶，而且花崗巖中穿插著大量侵入巖，裂隙多且有一些導水性好，工程難度成倍增加。
在施工上，二隧采用「盾構法+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，並在海底對接；為保護海域生態，創新設計2.5段式通風技術；為解決海底隧道長距離資源調配、多交叉協同互動、高頻率即時反饋的難題，套用數位孿生技術，創新開發全過程、全要素、全數據線上的數位建造平台，利用數位化、智慧化技術手段進行全流程監管，保障海底隧道品質和安全……
刊於【人民日報】2024.7.6 第5版
人民日報記者 王沛
作者：王沛
