水天一色,碧波万顷。在胶州湾海平面百米之下,一项与大海“较量”的“超级工程”,正在如火如荼地建设中。它就是青岛胶州湾第二海底隧道(简称胶州湾二隧)。
重达600吨的“深蓝号”盾构机刀盘。
项目名片
青岛胶州湾第二海底隧道项目连接青岛西海岸新区与东岸主城区,全长17.48公里,主线隧道长14.37公里(海域段长9.95公里),采用双洞双向6车道主线隧道加中间服务隧道的布置方式,是当前世界建设规模最大、长度最长的海底公路隧道。其中,由中交隧道局承建的TJ—06标段于2022年7月31日中标。工程范围包含主线北线盾构、横通道、青岛港接线路基等土建工程,合同金额17.49亿元,合同工期52个月。
该项目是山东省重大建设项目,也是青岛市“十四五”规划确定的“15515+N”工程的第一个“1”工程和中心城区“七横九纵”高快速路网的重要组成部分。项目建成后,青岛将迎来“双隧时代”,进一步加速青岛与黄岛的交通联系,刷新环湾交通一体化“进度条”,进一步实现“青黄便捷”,对于优化城市空间结构、促进胶州湾东西两岸同城一体化发展具有重要意义。
数说二隧“五个世界之最”
世界建设规模最大的海底公路隧道:项目3条隧道开挖土石方量超过600万立方米,超过日本青函海底隧道和英法海峡隧道。
世界长度最长的海底公路隧道:隧道海域段长度9.95公里,是胶州湾隧道(即一隧)的2.5倍。
世界上穿越大规模断层的最大断面海底隧道:隧道断面直径达15米,整个海底隧道已探明的就有22条断裂带在其中延伸,最大的一条宽度达300多米,被称为“沧口断裂”,施工风险极高。
世界上水压最高的超大直径盾构隧道:隧道全线面临的水压最高达到了0.96兆帕,相当于每平方米要承受35辆小汽车的重量。
“海底征途”
困难重重
头顶是汪洋大海,前方是复杂地质,周围被多样的水文地质环境包围……胶州湾二隧如巨龙潜海。
与2011年通车运营的青岛胶州湾隧道相比,胶州湾第二海底隧道建设条件更加复杂,将创造“五个世界之最”:世界建设规模最大的海底公路隧道、世界长度最长的海底公路隧道、世界上穿越大规模断层的最大断面海底隧道、世界上水压最高的超大直径盾构隧道以及世界上首座超大直径盾构与大断面钻爆法隧道海中对接的海底隧道。
除了这一系列世界级挑战,张性裂隙带来的涌水挑战也不容忽视。“我们可以简单地把地壳想象成一张巨大的千层饼,地壳运动就像在扭断这张‘千层饼’。其中,受到挤压产生的裂隙被称作压性裂隙,被撕裂产生的裂隙就叫张性裂隙,二隧项目主要面临的就是张性裂隙的挑战。”中交隧道局胶州湾二隧项目经理干聪豫解释道,由于胶州湾海底表层沉积物少、沉积厚度小,这一条条张性裂隙就像张着的大嘴,与海水直接连通,在隧道施工过程中稍有不慎,就极易形成连接海水的导水通道,导致大规模突涌水灾害。
成型盾构隧道。
“钢铁巨龙”
向深突破
在如此复杂的地质条件下,中交隧道局胶州湾二隧项目团队“对症下药”,以技术武装克服极限挑战。
针对地质条件复杂、高水压、长距离硬岩掘进等施工重难点,项目团队联合业内权威专家,量身定制了适应长距离硬岩地层掘进超大直径泥水平衡盾构机——“深蓝号”;大胆提出应用“短螺旋输送机+碎石机+碎石箱”设计,以应对海底复杂地质,有效减少因前舱渣石堆积造成的滞排风险,为国内首次;为“深蓝号”盾构机打造“智慧大脑”,利用BIM信息化管理平台,配备伸缩式主驱动、伸缩式开挖仓监视等一系列智能系统,让盾构机“如虎添翼”,大幅度提高了施工效率和安全性。
2024年1月26日,“深蓝号”盾构机正式始发,开启“穿海之旅”。为确保“深蓝号”顺利“出海”,项目严把盾构机组装、掘进精度关,设置视频调度监控室,通过视频远程监控,精准控制掘进速度等盾构机掘进参数,全面及时掌握现场施工安全、质量、进度及风险情况,成功实现了洞门密封零渗漏,有效解决了临海浅覆土超大直径盾构机始发难题。
在高压富水的海域环境中,如何保证15万平方米成型隧道在全生命周期里不渗不漏,又是一个巨大的挑战。
由于盾构机掘进过程中地质条件复杂,岩性变化多端,为了保证盾构机智能高效掘进,实现对掘进参数的动态实时分析,项目创新研发渣土自动化测量系统、泥浆参数自动化测量系统、盾构掘进动态分析系统,构建了以地质分析为基础、以盾构掘进动态分析为方法的泥水盾构高效掘进分析模型,为超大直径盾构机在海底复杂地层长距离掘进保驾护航。此外,项目还借鉴以往成功经验,运用“制浆—运浆—注浆”一体化同步双液注浆系统,实现盾构同步注浆全面自动化,有效降低了隧道上浮变形和地层沉降量。
“深蓝号”盾构机刀盘顺利下井。
“最强大脑”
提质增效
在建设过程中,胶州湾二隧项目向“新”提“质”,以打造全过程、全要素、全数据在线的数字建造平台为目标,加大智能建造在工程建设各环节的应用,推进项目数字化、智能化升级,“最强大脑”加持使项目管理“耳聪目明”,项目建设提质增效。
即便在海平面数十米以下的施工一线,5G融合通信网络和北斗定位系统也能保障数字化系统稳定运行。据介绍,该系统串联起手机报验协同App、5G巡检单兵设备、AI高清摄像机、空气检测传感器、人车定位芯片等一系列物联网设备。管理人员只要通过平台就能随时了解盾构机的掘进情况,做好应对突发情况的指挥准备。此外,项目对小到安全帽,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,真正实现“人员管理一张图”。
项目还以数字化助力智慧工地建设,实现实体工程在信息网络中的数字孪生,以WBS编码为基础,推行原生数字档案,建立了基于BIM的“业财档评”全闭环管理数字建造平台。“该平台全面上线后,先前线下的工作流程全部转换成了线上信息流。一线管理人员只要通过手机App就能实时报验数据,包括现场质检资料、计量计价、地质预报等信息,都能同步链接到每个BIM模型构件上,同步生成一套完整的孪生数字档案。”干聪豫介绍,未来项目竣工后,这套数字档案将替代传统的纸质档案,实现原生电子档案单套制移交。
盾构司机驾驶盾构机。
“绿色建造”
示范引领
“超级工程”当为“绿色标兵”。胶州湾二隧项目团队自组建以来便秉持绿色节能理念,将绿色融入到施工生产全过程,全面“向绿而行”。
项目建设伊始便遇“拦路虎”。泥水平衡盾构施工需要大量淡水资源支撑,如何解决施工用水问题成为当务之急。
“我们在项目前期周边环境调查时,发现附近有一家污水处理厂每天产生大量的中水,能否用中水代替自来水呢?”一个想法突然闪现在中交隧道局胶州湾二隧项目党支部书记刘墨池的脑海中。
为了验证这个方案的可行性,项目团队进行了上百次试验,最终确定了中水相关性能指标满足施工要求。这一举措将有效节约淡水资源约100万立方米,为项目间接创造效益400余万元。不仅如此,项目因地制宜配备污水处理系统,实现生活污水的有效处理。该系统每天可处理污水约100立方米,处理后的污水被用于项目部的洒水降尘、绿化灌溉等工作,将有效节约成本200余万元。
项目团队还跟废弃的渣土较起了劲儿。“我们从泥浆中分离的渣土也实现了循环利用。”刘墨池介绍,项目将渣土从泥浆中分离出来后,用于项目周边区域的路基填筑、基坑回填等作业中,筛分出来的碎石经处理后可用做混凝土骨料,做到了变废为宝。
此外,针对以往隧道洞内注浆的浆液大多采用地面搅拌站拌制,再通过长距离运输到盾构机储浆箱,不仅效率低,还存在能耗过高、易产生粉尘污染的情况,项目创新采用“制浆—运浆—注浆”一体化同步双液注浆系统,将地面拌和站改移至盾构机台车上,不仅有效解决了洞内运输组织难题,提高了施工工效15%左右,还减少洞内运输车次12416次,真正实现了工程与环境的和谐共生。
数字建造平台的成功应用实现了数字档案对传统纸质档案的替代,让项目逐步实现无纸化办公,可有效减少纸质浪费约13万张,相当于少砍伐40棵树木,还能减少碳排放约55千克;项目部安装空气能系统用于热水供应,可节约能耗75%;摒弃传统灯具,采用节能灯带,整个项目预计可有效节约用电约20万度……项目以一点一滴的实际行动,为绿色低碳建设添砖加瓦。
路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。眼下,距离胶州湾二隧项目建设收官,还有较长的路要走。中交隧道局胶州湾二隧项目团队将继续积极探索海底隧道建设的新理念、新技术、新标准,不断提升我国海底隧道修建技术水平、完善理论体系及行业标准,为我国建设更大规模的海底隧道积累宝贵经验,为加快建设交通强国贡献中交智慧与力量。
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装配式施工
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