胶州湾第二海底隧道工程
世界最大规模海底隧道在青岛开建
2020年10月29日,世界最长、最大规模海底隧道——胶州湾第二隧道工程开工仪式在青岛西海岸新区举行。海底隧道采用双向6车道主线隧道加中间服务隧道布置方式,主线隧道长15.89km,将超过挪威已建成的吕菲尔克隧道(14.3km)成为世界第一长海底公路隧道。项目建设开挖土石方量超过800万立方米,超过日本青函海底隧道(520万立方米)和英法海峡隧道(480万立方米),建成后将成为世界规模最大的海底隧道工程,是我国新时代交通强国战略的标杆工程和工程建设领域的又一个重要里程碑。
胶州湾第二海底隧道线路平面规划图
胶州湾第二隧道西起青岛西海岸新区淮河东路,向东沿刘公岛路下方敷设,穿越胶州湾,至青岛港附近登陆,在海泊河口衔接青岛东岸城区。海底隧道功能定位为以客运为主、兼顾货运的跨海通道;道路等级为城市快速路(兼一级公路);主线设计速度为80km/h,匝道及服务隧道设计车速为40km/h;主线车道数为双向6车道,匝道双车道;设计最低使用年限100年,目标使用年限150年;抗震设防类别为乙类,抗震设防烈度7度。青岛胶州湾第二海底隧道西端沿淮河路—刘公岛路入海,最终联系东岸城区。
工程采用钻爆法与盾构法的组合法施工,项目估算总投资额171亿元,其中工程建设费用约120亿元,总工期72个月。作为目前连接青岛市区和青岛西海岸新区的唯一全天候通道,胶州湾隧道自2011年6月30日竣工通车至今,累计通行车辆超过1.61亿辆次,过往人次超过6亿,日最高通行量已突破10万辆,日均通行量约8万辆,彻底改变了“青黄不接”的历史,极大提高了胶州湾两岸交通效率,有效推动了青岛城市经济一体化发展。
胶州湾第二海底隧道出入口示意图
建设历程
2020年10月29日,胶州湾第二隧道工程开工仪式在青岛西海岸新区举行。
2022年1月20日,青岛市自然资源和规划局发布了《胶州湾第二海底隧道工程(黄岛端)方案批前公示》。
2022年3月,截至目前,总长1100m的斜井已掘进840m。为确保工程实施进度,项目采取“成熟一段、批复一段、开工一段”的原则分段进行建设施工。预计2027年12月,工程交工验收并通车运营。胶州湾第二隧道双向6车道主线隧道加中间服务隧道布置方式,主线隧道长15.89km。
胶州湾第二隧道工程开工仪式
第二条海底隧道规划公示
2022年3月26日,根据青岛市自然资源和规划局的建设项目规划许可批前公示,第二条海底隧道项目主线西起西海岸新区淮河东路千山南路路口以东,同时,向北可以连接秦皇岛路,向南可以连接澎湖岛街。然后,大致沿着刘公岛路方向入海。向东穿越胶州湾,在市北区海泊河附近登陆,衔接杭鞍高架路和环湾路。项目主线全长17km,主线设置双向6车道,设计时速80km/h。
主线隧道标准横断面示意图
胶州湾第二条海底隧道规划鸟瞰
与第一条海底隧道相比,第二条海底隧道跨海域段长度更长。第一条海底隧道全长7.797km,跨海域段长4.095km。主线设置匝道与环湾路、杭鞍高架和新冠高架的交通联系,预留衔接温州路、重庆路的建设条件,同时,设置一对进出匝道衔接杭州支路。因为第二条海底隧道可以直接连接环湾路、新冠高架和杭鞍高架,可以说,第一条海底隧道主要连接市南区和西海岸新区,而第二条海底隧道则建起了市北区、市南区和李沧区,甚至是城阳区和西海岸新区的直接对话通道。第二条海底隧道的建设单位为:青岛国信胶州湾第二条海底隧道有限公司。
第二海底隧道工程(市北端)方案
2022年3月25日,胶州湾第二海底隧道工程(市北端)方案批前公示,由青岛国信胶州湾第二海底隧道有限公司建设,建设地点市北区。
胶州湾第二海底隧道工程(市北端)方案
根据公示,胶州湾第二海底隧道是全市高快速路网的重要组成部分。项目建成后,对于优化城市空间结构、加强胶州湾东西两岸交通联系、促进两岸同城一体化发展、缓解跨湾通道交通压力等具有重要意义。项目主线西起西海岸新区淮河东路千山南路路口以东,向东穿越胶州湾,在市北区海泊河口附近登陆,衔接杭鞍高架和环湾路。项目主线全长约17km,主线设置双向6车道,设计速度80km/h。
主线设置匝道实现与环湾路、杭鞍高架和新冠高架的交通联系,预留衔接温州路、重庆路的建设条件,同时设置一对进出匝道衔接杭州支路。
胶州湾第二海底隧道中标结果
中铁十四局集团有限公司中标TJ-05标段,投标总报价(元)2139421377.00。TJ-05标段:包含主线拆解洞室:SK14+707~SK14+742;NK14+658~NK14+693(钻爆)、主线S线:SK14+672.5 SK14+707(钻爆)SK14+742 SK17+995(盾构)、服务隧道:FWK13+967~FWK17+971.602(钻爆+盾构)、始发段主体结构:SK17+995~SK18+207(明挖段N、S线合建)、横通道:18号~19号车行横通道(南段)等图纸范围内的土建工程,工程造价为2139600170.46元
中交隧道工程局有限公司中标TJ-06标段,投标总报价(元)1749627777.00。TJ-06标段:包含主线N线:NK14+693~NK17+951.032(盾构)、青岛明挖段围护+主体结构:SK18+207~SK18+650(青岛侧N、S、S1、S3、N3合建)、横通道:18号~19号车行横通道(北段)、青岛港接线路基等图纸范围内的土建工程,工程造价为1749719053.11元。
青岛第二条海底隧道环评通过
2022年4月1日,胶州湾第二海底隧道工程环评报告顺利通过技术复核,并收到评估报告,为审批开工奠定了基础。
胶州湾第二条海底隧道环评通过
青岛市环境工程评估中心承担规划和建设项目环评文件技术评估工作、环境影响预测模式研究、工程可研评估及和相关技术咨询服务等。面对疫情,该中心一手抓疫情防控,一手抓重点项目推进。“胶州湾第二海底隧道工程”是目前世界上规模最大的海底公路隧道,于2021年列入山东省人民政府重大项目名单。为了确保完成全年建设任务,“胶州湾第二海底隧道工程”急需开工建设,工程配套市政道路工程也需要立即上马。
市环境工程评估中心收到青岛市生态环境局环评处技术评估的委托后,采取灵活变通的工作方式,主动沟通、提前介入,接受评估委托的当天就组织数位专家进行函审。专家组在网上察看项目拟建设现场照片,网上审查项目环评文件后,通过一对一联系环评单位、线上专家意见交换、重点问题工作群内讨论等方式提出优化意见和建议。
第二海底隧道始发段基坑施工
2022年4月2日,胶州湾第二海底隧道盾构始发段基坑开始施工,由青岛国信胶州湾第二海底隧道有限公司建设,总投资173.2578亿元。
胶州湾第二海底隧道盾构始发段基坑工程位于青岛港渤海油脂厂西侧,青岛港大港公司30万货场停车场、805库范围内。明挖段周边较空旷,厂区内南侧为805库房(规划拆除),拟建厂区东北侧为渤海油脂厂(规划拆除)。
胶州湾第二海底隧道始发段基坑施工
黄岛段竖井施工战正酣
目前胶州湾第二隧道黄岛端共有两处竖井工程同步实施。由于竖井较深且距离敏感结构物较近,工程施工难度相对较大,需要借助大型龙门吊设备进行渣土和所需物料的垂直运输,并通过全方位信息监控系统实现深大竖井的安全施工。2022年4月正式启动黄岛端竖井主体结构施工,并计划于2023年5月份完工。另一边,市北端也迎来了新进展——胶州湾第二隧道工程(市北端)方案上月正式进入公示阶段。主线西起西海岸新区淮河东路千山南路路口以东,向东穿越胶州湾,在市北区海泊河口附近登陆,衔接杭鞍高架和环湾路。
第二海底隧道西端接线方案
西岸可能有3个接线走廊,分别为黄河路走廊通道、刘公岛路—淮河路走廊通道、大洋河路走廊通道。从交通功能、工程难度、景观环境、建设投资等方面进行综合对比分析,最终选定西岸接刘公岛路—淮河路。西岸接线方案巧妙利用了港区后方腹地空间,避开了大型商住区和地铁2号线线位。隧道西端主线沿刘公岛路登陆后,向西继续采用隧道形式,过澎湖岛街后出地面,设置地面收费站,向西高架跨过黄张路、胶黄铁路、疏港高架后与江山路快速路形成互通立交,主线继续高架向西跨过团结路,最终与疏港高速衔接。将预可研阶段小黄岛内的一对辅出入口调整至澎湖岛街,方便向西与黄河路、向东与崇明岛路相接,以服务周边区域;在淮河路北侧沿秦皇岛街,预留一个出口,应对石化区转型发展需要。淮河路推荐方案效果如图。
淮河路推荐方案效果图
江山路—淮河路立交方案研究 淮河路上跨江山路高架,二、三层实现全互通立交,地面层采用信号等管理,为了避开现状疏港高架北端落地点,东北向象限苜蓿叶匝道变形为绕行定向匝道,东北向象限右转匝道从疏港高架落地匝道外侧接入胶州湾高速公路。该立交方案采取近远期结合的方法,有效处理与疏港高架的关系。近期保留现状疏港高架落地匝道,从在建8车道疏港高架中分出一对双向4车道匝道落地接入现状茂山路。远期将疏港高架向北延伸,与现状疏港高速对接,改造疏港高速—胶州湾高速立交为十字型互通立交,同时拆除现状疏港高架接入环胶州湾高速的局部段,形成南客北货2个互通立交。淮河路—江山路立交近远期方案效果如图。
江山路—淮河路立交方近远期案效果图
设置隧道出入口时应注意的问题 (1)在用地条件及交通条件均较好的区域设置出入口。胶州湾隧道西端出入口避开了老黄岛居住区,洞口设置在用地相对宽松,交通矛盾相对较小的物流园区北侧;(2)设置多处隧道出入口,缓解洞口交通压力。青岛第二海底隧道西端接线设置了两处出入口,一处为主出入口,位于淮河路,一处为辅出入口,位于澎湖岛街,远期还在秦皇岛路预留一处隧道出口匝道。
选择隧道接线路时应注意的问题 (1)隧道接线道路等级应该与隧道规划道路等级匹配。青岛第二海底隧道规划为城市快速路,两端接线道路性质应该同时亦为城市快速路,最终西端接线与江山路快速路、疏港高速公路等高快速路网实现衔接;(2)隧道交通应该处理好与沿线不同交通功能道路的关系。青岛第二海底隧道西端接线在老黄岛居住区,采用陆地隧道段,避免对居住区的干扰;采用高架形式跨越黄张路、胶黄铁路、疏港高架,与疏港通道实现分离;(3)隧道交通接线需处理好与轨道交通走廊的关系。青岛第二海底隧道西端接线选择淮河路线位的一个重要原因就是为避开地铁2号线。
第二海底隧道新型海中送排通风方案
浅埋方案在黄岛端海中长约8050m采用矿山法施工,在青岛段海中约6720m采用盾构法施工。在黄岛端矿山法隧道段设置约8050m的服务隧道,服务隧道在K12+700的位置分别接入南北线下部的救援通道中,两线救援通道在青岛段从环湾大道方向出地面。青岛端南线隧道在K18+780分岔,北线隧道在K18+780分岔。深埋方案采用矿山法施工,两隧道间设置服务隧道。青岛端南线隧道在K15+900分岔,北线隧道在K16+330分岔。隧道两埋深方案均采用V型坡,其坡度及坡长如表。
隧道坡度及坡长(深埋方案)表
为满足防灾救援要求,主隧道与服务隧道之间每750m设置一组横通道,主线隧道和青岛端分岔隧道横断面顶部均设排烟道(如图),火灾采用重点排烟方式。两方案在黄岛岸边K7+600设置一座竖井;为保护海域环境,海中不设通风竖井,浅埋方案青岛侧盾构竖井施工后回填恢复海面。
青岛第二海底隧道横断面布置图
由于黄岛岸边竖井距离黄岛侧洞口仅2950m左右,仅靠一座竖井送排通风,竖井东侧长约12km的隧道内风流速度将超过10m/s,新型通风方案借助服务隧道、隧道顶部排烟道、盾构隧道下部救援通道向黄岛岸边竖井东侧隧道送风或排风,以实现设一座岸边通风竖井将隧道分为3段纵向通风方案。
(1)浅埋隧道新型海中送排通风方案 该通风方案如图,实质上通过黄岛竖井送排风和海中送排风将隧道分为3段纵向通风。
浅埋新型海中送排通风方案
北线海中送排风口距离黄岛竖井约3500m,通过服务隧道向北线隧道海中送入新风,为缩短服务隧道送风长度,从黄岛竖井分隔独立空间与服务隧道相连接。海中排风通过南北线顶部排烟道经由黄岛竖井排出;为加大海中排风能力、减小通风能耗,海中设置联络风道将南北线排烟道联通以增加风道的面积。南线隧道海中送排风口距离青岛段分岔口约2200m,海中排风经南线主隧道顶部排烟道,通过主线排风塔排出;该2200m长度范围的隧道新风量由南线隧道底部救援通道设3台风机送入,每台风机供风45m3/s左右。南线隧道青岛端分岔口后的新风量则由北线隧道底部救援通道进入,通过南北线分岔口处设置联络通道,向南线隧道送入。
该方案南北线最长的通风区段分别长8860m、9040m。为了满足青岛洞口环保要求,在南线主线SK出口和匝道S1K出口分别设置排风塔集中排放废气,排风塔的排风比为70%左右。
(2)深埋隧道新型海中送排通风方案 通风方案示意如图,深埋方案北线通风方案与浅埋方案相同,而南线海中送排风距离青岛侧分岔口前860m(SK16+300)处,海中排风口在分岔口前860m处。
深埋新型海中送排通风方案
为减小通风能耗,设置排烟道联络通道,利用南北线隧道顶部排烟道作为南线隧道的海中利用服务隧道,在距离分岔口前810m向南线隧道送入新风。该方案南北线最长的通风区段分别长8664m和8870m。为了满足两端洞口环保要求,南线出口排风塔设置及排风量与浅埋方案相同。
(3)火灾排烟通风方案 青岛第二海底隧道利用顶部富裕拱形空间作为排烟道,每隔60m设置专用排烟阀,采用重点排烟方式。南北线隧道各分为3个排烟区段(如图),分别为青岛主线段及匝道火灾(分区①)、青岛分岔至黄岛竖井中间段火灾(分区②)、黄岛岸边段火灾(分区③)。
隧道排烟分区图
当青岛主线和匝道段发生火灾时,利用青岛主线隧道和分岔隧道进(出)口风塔将烟气排出;当青岛端隧道分岔点至黄岛竖井中间段隧道发生火灾时,开启青岛主线隧道和分岔隧道进(出)口风塔,以及黄岛竖井的排风塔的排烟风机联合工作将烟气排出;当黄岛岸边段隧道发生火灾时,开启黄岛竖井风塔的排烟风机将烟气排出。
青岛端南北线排烟风机、黄岛岸边竖井排烟风机和排风风机分开设置。黄岛岸边竖井要为黄岛岸边段和海中段排烟,由于海中排烟段的长度远大于黄岛岸边段,黄岛岸边竖井分设两套排烟风机。
第二海底隧道斜井纵横断面设计
胶州湾第二海底隧道工程西起青岛西岸新城区淮河东路,沿刘公岛路下方向东铺设,穿越胶州湾后在青岛港附近登陆,于海泊河口与青岛东岸城区衔接,隧道线路平面规划图和斜井工程地质纵断面如图。
黄岛端斜井工程地质纵断面图
主线隧道全长14.36km,其中海域段9.95km,陆域段4.41km,隧道定位为以客运为主、兼顾中小型货运的跨海通道,分离式双向6车道,道路等级为城市快速路,设计速度为80km•h-1。该工程计划总工期72个月,为确保施工进度,提高长大海底隧道的防灾救援水平和运营服务便利性,拟在黄岛岸沿刘公岛路入海处下方敷设斜井,施工期用于开辟海中段工作面,建成后将作为服务和应急救援隧道保留,斜井方位航拍如图。
斜井方位航拍图
斜井陆域段穿越地层以微风化花岗岩地层为主,微风化覆盖层最小不足1m,海域段中风化花岗岩埋深约10m,微风化花岗岩顶面埋深约16m,微风化花岗岩抗压强度39~95MPa,平均66MPa,部分钻孔揭露有碎裂岩石,整体来讲,岩性较好,裂隙、断层发育较少,工程地质条件较好,钻孔如图。
工程地质钻孔典型岩心图
斜井纵断面设计 斜井纵坡倾角越大,斜井长度越小,通风阻力越小,隧道通风条件也就越好,但是,斜井倾角越大施工风险越高、二次衬砌模筑难度越大、投入设备越多、施工进度越慢。因此,斜井纵坡倾角的选择是运营通风、施工条件、工期、造价等因素相互博弈的过程,应在保证施工效率和通风效果的前提下,尽量缩短井身长度。影响施工进度的关键多在于出渣速度,出渣速度与所选择的运输方式和出渣机械有关,而运输方式和机械的选择又与斜井纵坡倾角有关。
胶州湾第二海底隧道斜井运营期间兼做救援通道和服务隧道,宜选用无轨运输。斜井坡度主要由出渣运输车及混凝土运输罐车的爬坡能力控制,且自卸车出碴时为重车爬坡,以不超过车辆最大爬坡率的1/2进行设计,为节约能源,避免车辆的超负荷运转,应尽可能放缓坡度,但倾角过小,会增加斜井长度、增加通风阻力,造成运营通风费用过高,从而增加工程造价,仅满足施工期间可以采用10%甚至12%的纵坡。
胶州湾第二海底隧道斜井施工期用作施工辅助通道,运营期用做应急救援通道和服务隧道。斜井中路面属于连续下坡,为减少斜井长度,坡度尽可能取大,《公路工程技术标准》(JTGB01-2014)中规定的最大允许纵坡为9%,设计速度为20km•h-1,对于低等级道路改造允许使用10%纵坡;《城市道路工程设计规范》(CJJ37-2012)中规定的最大允许纵坡为8%,设计速度为20km•h-1。本线作为城市道路,参照《公路工程技术标准》(JTGB01-2014),纵坡选用200m长10%+60m长3%组合坡度,施工期限速5km•h-1,运营期限速20km•h-1。
斜井横断面设计 斜井断面内净空根据运输要求,结合地质条件、机械设备、各种管线设置、人行道、安全间隙等因素,同时兼顾通过大型挖装机需要而拟定,在满足安全、生产和施工要求的条件下,力求提高断面利用率,取得最佳的经济效果。斜井采用无轨运输时,其宽度主要由出渣车辆、装渣机、混凝土罐车等大型机械所控制,秦岭Ⅰ号隧道斜井与太佳线西凌井隧道斜井所用的机械设备尺寸如表2所示。施工期建筑限界应当满足自卸车和装载机并排装渣以及自卸车错车的要求,部分斜井采用单车道加错车道的布置形式,如青岛地铁东华区间隧道斜井单车道断面宽=3.5m(单车道)+0.80m(人行道)+0.20m(余宽)+0.20m(侧向宽度)+0.30m(排水管),总宽为5.0m;双(错)车道断面宽=6.1m(车道宽)+0.80m(人行道)+0.20m(余宽)+0.20m(侧向宽度)+0.30m(排水管),总宽为7.6m;敖包梁隧道1#斜井单车道限界尺寸为5m×6m(宽×高),双车道限界尺寸为7.5m×6.2m(宽×高),错车道每250m设置一处。施工期建筑限界和运营期建筑限界分别如图。
施工期建筑限界/mm
运营期建筑限界/mm
胶州湾第二隧道斜井在施工期用作施工辅助通道,运营期用做应急救援通道和服务隧道,所以在建筑限界设计时应兼顾施工期和运营期的要求。
青岛胶州湾第二海底隧道黄岛端斜井,为满足施工期用作施工辅助通道,运营期用做应急救援通道和服务隧道的功能需要,斜井纵坡最大坡度选用200m长10%+60m长3%组合坡度,施工期间限速5km•h-1,运营期限速20km•h-1;斜井横断面设计分别确定了施工期建筑限界、应急救援建筑限界、运营服务建筑限界,隧道内轮廓的设计需要同时满足以上三个建筑限界需求。
斜井建成后作为服务和应急救援隧道保留,将极大提高突发情况发生时的应急救援能力,也为隧道后期运营养护提供便利。
第二海底隧道突涌水风险控制措施
胶州湾海底隧道所处胶州湾湾口最大水深42m,据地质报告提供,海底大部分无覆盖层,地形起伏较大,隧址无大断裂构造,以压扭性为主,其宽度在数m到数十m不等,部分断裂具有张性,断层两侧有数m宽的影响带。胶州湾海底隧道采用钻爆法进行施工。
隧道突涌水是由于隧道的掘进破坏了含水层结构,使水动力条件和围岩力学平衡状态发生急剧改变,以致地下水体所储存的能量以流体(有时有固体物质伴随)高速运移形式瞬间释放而产生的一种动力破坏现象。对于穿越风化深槽和破碎带等不良地质地段的海底隧道而言,其上是高水压和无限的海水。隧道在海域穿越软弱破碎带、断层/断裂带地段、富水层等不良地质时,由于地下水具有一定的承压性,开挖扰动后,极易发生突水、涌泥的现象,威胁施工的安全。突水涌泥事故的发生是由爆破震动、揭露地质构造、开挖方法不当、初期支护不及时等造成的。由于水压力较高,水源补给无限,且施工中不具有自然坡排水的条件,一旦发生大的突水、涌泥,就可能引起严重的后果。
胶州湾海底隧道通过区的构造主要是高角度的断层,断层内多为压碎石、角砾碎石,是地下水径流的通道。此外,断层附近因岩体破碎,风化也相对严重,部分地段弱风化岩层底面在海底20m以下,已进入隧道内部,岩体自稳能力差,极易产生大量突水涌泥。
超前探孔 海域段施工超前探孔是唯一的最直观的了解前方围岩和地下水情况的钻探手段,应充分利用其得到有效信息。在海域段全程设置系统超前探孔,不良地质地段探孔数目相应增多,以便准确探明地下水量、范围和围岩情况。钻孔应有一定的深度。钻机过程中应记录钻孔的时间、速度、压力、卡钻、跳钻和岩性、地下水情况,判断前方围岩的地质情况。同时根据物探预报成果并结合地质详勘资料和掌子面附近的地质情况综合分析,在断层破碎带等需要围岩性质条件更多信息地段设置地质取芯钻孔。海域地段主线隧道和服务隧道开挖前必须施作超前探孔,一般地段至少钻3个孔,分别在左拱肩、拱顶及右拱肩上处,特殊地段依节理裂隙发育程度加密。探孔直径φ90,孔深约30m,两循环搭接长度不小于8m,服务隧道不小于6m。
Ⅲ标及Ⅳ标均采用Atlas353E施作超前探孔,探孔一般在30m~40m之间,钻杆直径89mm,两循环搭接不小于8m。部分地段采用地质钻机取芯。除了系统探孔,还应该在每炮之前利用炮眼作为短探孔,探孔长短结合,确保安全。通过这些措施,有效地对前方的围岩情况进行判断,从而决定后续的施工方案。青岛胶州湾海底隧道是三孔隧道,中间服务隧道超前开挖,也起到判明地质情况的作用。
超前地质预报 在隧道施工中,为了进一步查明前期没有探明的、隐伏的重大地质问题,降低隧道施工地质灾害发生的机率,提供隧道动态设计和信息化施工的基础资料等目的,采用了超前地质预报的手段,进而指导隧道施工的顺利进行。
超前地质预报由有经验的工程师进行。主要方式有地质素描法、TSP、地质雷达及红外探水等。其中TSP作为主要的超前地质预报方式。胶州湾海底隧道由山东大学超前地质预报课题组采用TSP203plus进行超前地质预报,预报结果和开挖揭示情况不断对比修正,提高了超前地质预报的准确率。另外多种手段综合运用,也降低了海底隧道的施工风险。
超前预注浆 隧道结构防水等级为一级,遵循“以堵为主,限量排放,刚柔结合,多道防线,因地制宜,综合治理”的原则。海底隧道对防水要求很高,胶州湾海底隧道规定当超前探水孔单孔出水量大于5L/min,或每循环所有超前探孔总出水量大于10L/min时需要对围岩进行超前预注浆。隧道围岩注浆后的改良目标值为渗透系数小于1.5×10-5cm/s,检查孔的涌水量在0.15L/min•m以下。
根据超前地质预报结果判定、围岩级别超前探水孔单孔出水量、探水孔水压等分别采用全断面帷幕注浆、周边帷幕注浆和局部注浆三种方案。注浆主要根据探孔以及前方围岩条件来确定,分为全断面帷幕注浆、周边帷幕注浆和局部注浆三种形式。截止目前,四个标段都完成了数次注浆,从注浆完成之后检查孔的出水量以及开挖之后揭示的岩层以来看,注浆达到了设计的要求。
胶州湾海底隧道前期通过对超细水泥、普通水泥、硫铝酸盐水泥进行对比,最终选用超细水泥进行预注浆。Ⅳ标采用三臂凿岩台车阿特拉斯353E钻设注浆孔,钻杆直径89mm,孔口采用孔口管,并安装防突装置。帷幕注浆止水加固厚度应满足注浆堵水和施工安全要求。过断层破碎带施工时,主隧道加固区范围为5m,每循环注浆段长30m,开挖22m,预留8m为下一循环止浆岩盘;服务隧道加固区范围为3m,每循环注浆段长度为20m,开挖14m,预留6m为下一循环止浆岩盘。注浆方案根据交固圈理论进行设计,孔底间距不大于3.5m。注浆终止压力宜在3MPa~4MPa。注浆结束标准分为单孔注浆结束标准好全段结束标准。
加强监控量测 海底隧道工程对施工安全性的要求远高于陆地隧道工程。必须进行监控量测与信息化施工,它是保证隧道安全的有效手段。在海底隧道开挖过程中,通过监控量测和分析施工过程中的应力、应变状态,对及时调整支护措施和施工方案有着极其重要的指导作用。对于已完成开挖支护的地段,通过监测水量变化、水压变化、应力变化,必要时进行水力连通试验,可了解安全状态。
对隧道进行永久性的水压力和支护应力监测,可保证隧道的安全运营需求,防患事故发生,并且对类似工程的设计提供重要的参考依据。为了保证数据的可靠性,本项目管理方式采用三级管理制;既现场测试复核、技术负责人校核、项目负责人审核三级管理制。投入了全站仪1台、自动安平水准仪3台、水位计1台、收敛计1台、频率计2台等。设备、组织管理和专业技术人员保证了监控量测的可靠性。
隧道开挖方法 胶州湾海底隧道双向六车道,隧道开挖断面跨度达到16m,开挖面积170m2左右,隧道除团岛端服务隧道洞口和黄岛端洞口采用明挖法外,其余均采用钻爆法施工。
破碎带的施工要严格按照“管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测”的方针进行。开挖将直接影响到含水围岩的稳定性,造成突涌水。一般情况下,在微弱风化层覆盖较厚,岩体较完整,且所处地质条件较好的地质地段,宜采用全断面或者上下台阶法开挖。当破碎带与隧道呈下侧交叉位时,宜采取CDR法开挖。当破碎带与隧道呈上侧交叉位,并且埋设相对较深的地段时,宜选择最为安全的双侧壁导坑法开挖。同时在断层、风化深槽等不良地质地段,开挖前采用超前小管棚预注浆支护拱部围岩。采用双侧壁导坑法开挖,缩短循环进尺,以人工开挖为主、机械为辅,需爆破时,采用弱爆破,减少对围岩的扰动。开挖后及时施做初期支护,初期支护采用中空注浆锚杆、钢架及网喷硅,加强围岩周边支护,同时尽快按要求施做仰拱及二次衬砌。根据地质条件及时的改变施工方法,对预防突涌水非常重要。合适的施工方法能降低施工风险。
盾构工程进展
胶州湾第二海底隧道工程全长17.48km、主线隧道工程总长14.37km的隧道,将采用明挖、盾构和钻爆法组合的施工方案,从海底穿越胶州湾。2022年8月4日,中铁十四局集团中标胶州湾第二海底隧道工程TJ-05标段,计划工期52个月。盾构始发段基坑位于港口抛填区域,抛填块石粒径大、分布不均,对咬合桩施工工效影响大。超宽超深基坑支护体系复杂,工序转换频繁,且临海侧空间极为狭窄。临海施工,地下水与海水连通,突发强对流天气频繁,施工安全管理难度大。10月,盾构始发段基坑工程咬合桩围护结构已基本完成,正处在工序转换阶段,即将进行大基坑全面开挖。
施工现场
胶州湾第二海底隧道工程南线大盾构段长3253m,中间服务隧道小盾构长3255m,设计时速80km,管片外径15m,内部结构分为3层,顶部为排烟道,中部为行车层,下部为疏散廊道及管线廊道。隧道穿越沧口断裂带,土石方量600万立方米,盾构机掘进区间地质复杂,长距离穿越全断面硬岩、上软下硬地层,对刀盘、刀具及泥浆管路等磨损大,常规刀具更换频繁,盾构掘进工效低。且穿越多处断裂带,围岩稳定性差,节理裂隙多、含水量大,隧道坍塌、突水、涌水风险大。建成后将是世界第一长海底道路隧道、世界上建设规模最大的海底道路隧道、世界上穿越大规模断层的最大断面的海底隧道。