青岛胶州湾海底隧道
完成单位：中铁隧道勘测设计院有限公司
获奖情况：2014年第十二届中国土木工程詹天佑奖
FIDIC工程项目奖咨询提名奖
成果水平：国际领先
简要技术说明：
青岛胶州湾隧道工程全长9850m，隧道7808m，海域段4095m，为目前世界第三长和规模最大的、国内最长的海底公路隧道，于2007年8月22日开工建设，2011年6月30日竣工通车，总投资约40.59亿元。胶州湾隧道工程为我国首批开工建设的海底隧道工程，建设规模宏大，地质、水文条件复杂多变，施工技术难度与围岩开挖和防排水等风险极高，国内尚无类似经验可资借鉴。隧道工程建设全过程将科技创新与工程实践紧密结合，实现了我国海底隧道修建技术的综合性突破，其中过高水压断层破碎带防突水技术、可维护式的防排水系统、双掺耐久性混凝土、综合超前地质预报技术、大型机械化配套施工、长大隧道通风防灾救援系统等诸多新技术，开创了多项“第一”，主要技术及创新点如下：
（1）胶州湾隧道是目前世界上埋深最浅的钻爆法海底隧道，隧址区工程水文地质极其复杂，岩石多达22种，为火成岩多期次侵入接触，岩体构成复杂多变。海域段穿越4组14条断裂，透水性较好，施工中极易发生坍方、突涌水等灾害性事故。针对以上技术难点，开发了控制坍塌涌水的合理埋深、超前探水、超前机械化注浆堵水、控制爆破降低围岩损伤等综合防坍塌防涌水技术，采用工程类比分析、弹塑性数值模拟计算、模型试验等方法进行综合分析，确定了穿越海域最大水深42m，最小岩石覆盖层25m，作为纵断面设计时的控制埋深，降低了隧道失稳和海水溃入的风险。
开发了全程超前探孔探水为主、物探为辅的综合超前地质预报技术，每个掌子面钻设3-5个探孔，孔深30米，搭接8米，直观地了解出水情况，共探明出水点28处，最大单孔出水量496L/min，有效地降低了突涌水风险。
将探孔出水量及钻进参数作为判定注浆方案的依据，通过大型机械设备对出水段落进行超前注浆堵水，堵水后检查孔出水量在0.15L/min•m以内。开发了“破碎岩体无止浆墙快速帷幕注浆施工技术”、“一种隧道注浆效果检测的方法”等8项专利和施工工法，有效地降低了突涌水风险，施工中未出现一次塌方涌水，创造了大型复杂隧道工程建设零死亡的记录。
（2）耐久性要求高，在综合复杂的海洋腐蚀环境中，结构及运营设备满足使用年限100年需要，耐久性要求高于其它水下和山岭隧道。为保证隧道的百年耐久性要求，采用保护围岩、初期支护耐久、防水层耐久、二衬耐久性混凝土等综合耐久性技术。开发了耐久性好的多重防腐锚杆，首次采用了C35高性能耐久性湿喷混凝土、C50二衬耐久性混凝土等技术。
（3）防排水要求高，采用“V”型坡，施工和运营期需采用机械排水，防排水设计原则、排放标准确定困难，隧道堵水、排水结构施工难度大。
建立了海底隧道涌水量计算模型，首次提出了“以堵为主，限量排放”的防排水设计原则，开发了隧道可维护式排水系统，制定主隧道单洞排放标准≤0.4m3/d•m，服务隧道≤0.2m3/d•m。隧道建成运营后主隧道排水量为0.2m3/d•m。运营日均全隧道排水量约4000m3/d，低于同类海底隧道设计标准和实际排水量。
（4）隧道两端陆域连接线困难，采用隧道穿越城市区域接入快速道路，并有匝道与主隧道交叉大断面，最大断面跨度28.3m，开挖高度18.7m，开挖面积411.9m2；拱顶埋深14.1m，覆跨比0.498，覆岩11.7m，岩跨比0.413，交叉口受力复杂，埋深浅，需要下穿大量建筑物，爆破开挖施工难度大、风险高。
通过对施工步序转换、施工力学效应、结构受力合理性等方面的研究，采用了长锚杆加强初期支护、分步开挖、控制爆破等措施，充分利用围岩自承载能力；根据现场监控量测数据进行反演分析，对支护方案、施工工法进行优化，取消了临时支撑，安全、加快完成了地下立交、大跨分岔隧道的施工。
（5）本工程是一项综合性的特大隧道工程，机电设施设备多，运营管理复杂，防灾救援难度大。
为解决隧道交错复杂，控风困难，长距离变配电、长距离高扬程排水及排水量、车辆火灾热释放功率选择、智能化火灾报警系统等关键技术，建立了隧道1:10实体模型，进行了防火性能化设计、火灾风险评估及消防应急演练，得出了短道最小风速及匝道风量分配规律，采用了35/0.4KV变电方案、二级提升排水系统及光纤光栅+无盲区视频事件检测系统，根据性能化分析结果结合服务隧道设置车行横洞、人行横洞以及紧急逃生口，确立了机电各系统消防联动防灾救援方案。测试结果表明该系统设置满足运营防灾要求，经济合理、控制简单，运营维护方便。
（7）隧道最大纵坡3.9%，大纵坡沥青混凝土路面结构、材料等影响路面的安全使用和耐久性；隧道属于密闭空间，路面施工中有害气体大量排放，影响施工人员身体健康的问题。首次将沥青混凝土的温拌技术和阻燃技术结合在一起，解决了温拌剂与阻燃剂相容性问题；首次将环保型溶剂型黏结剂应用于隧道沥青路面铺装，有效解决了普通溶剂型黏结剂毒性大、无法用于隧道路面铺装，并且大幅提高了隧道沥青路面防水黏结材料的粘结强度和剪切强度。
推广应用情况：
部分研究成果成功应用于青岛胶州湾隧道的设计与施工中，共节约投资约3.7亿元。目前推广到了正在建设中的青岛地铁1号线过海区间隧道、厦门地铁3号线过海区间隧道工程、青岛地铁8号线过海区间隧道。