匠心精筑 隧通西环——山东高速济南大西环项目隧道工程建设纪实
快讯 中国交通新闻网 2022-08-22
西山寨隧道效果图。
8月16日，山东高速济南绕城高速公路二环线西环段项目（简称山东高速济南大西环项目）建设现场传来一阵欢呼声，重要控制性工程之一西山寨隧道实现双线贯通，至此全线3个隧道全部贯通，为项目建成通车打下了坚实基础。
山东高速济南大西环项目是山东省“九纵五横一环七射多连”高速公路网中“横二支线”的重要组成部分，由山东高速集团投资建设，是山东省重大建设项目，被交通运输部确定为首批平安百年品质工程创建示范项目和全国重大工程宣传示范项目试点。项目全长约103.9公里，批复概算209.75亿元，工期42个月。按双向6车道高速公路标准设计，路基宽度34.5米，时速120公里。
该项目共设3座隧道工程，分别为马山隧道、青龙山隧道、西山寨隧道。隧道工程均为分离式、双向6车道高速公路隧道，设计时速采用120公里。
在项目建设过程中，面对复杂地质、穿越采空区、疫情防控形势严峻等制约因素，山东高速济南绕城西线公路有限公司（简称山东高速济南大西环项目公司）统筹部署，强化过程管控，确保隧道工程质量、安全和进度。
马山隧道。
科学组织 穿越铁矿采空区
“项目开工伊始，我们就了解到3座隧道围岩等级较为复杂，其中马山隧道穿越刘峪铁矿采空区，安全风险高、施工难度大。”山东高速济南大西环项目公司工程处处长王扬说。
项目本着“短进尺、弱爆破、强支护，早成环、勤量测”的原则进行施工，确保工程安全。
“在施工中缩短进尺，意味着施工效率的降低。但我们加大了施工人员和设备的投入，两套班组循环施工，同时成立“党员先锋队”和“青年突击队”，紧盯施工质量，保证了按期完成施工。”山东高速济南大西环项目公司副总经理路本升介绍。
根据《济南绕城高速公路二环线西环段项目地质灾害危险性评价报告》，马山隧道在K89＋660—K89＋840段右侧穿越刘峪铁矿采空区。
面对废弃十余年的刘峪铁矿采空区位置难以确定的施工难题，山东高速济南大西环项目公司委托第三方专业机构开展了刘裕铁矿采空区稳定性分析与评价，利用物探和钻探勘察相结合的方式判断采空区范围。
凡事预则立。针对采空区段落的施工风险，综合现场情况和既有资料，山东高速济南大西环项目利用超前钻探、TRT远距离超前地质预报等技术配合监控量测等手段，提前分析采空区对隧道施工的影响，并组织专家进行论证，加强超前支护、优化施工参数和爆破设计，顺利穿越采空区。
超前钻探从山顶地表向地下进行勘探，探洞相隔10米，以推断采空区位置。“超前钻探最深达到了100多米，纵向检测采空区和隧道之间的距离。”山东高速济南大西环总承包项目部常务副经理崔亚军介绍。
TRT远距离超前地质预报技术可横向检测采空区和隧道之间的距离，该技术适用于Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩长距离地质预报，施工时需结合地质调查、地质素描综合判断。隧道掘进过程中，每开挖150米即可通过TRT7000预报仪器对开挖前进方向进行150至300米中长距离预报，及时掌握前方地质情况。该技术不仅可以及时合理地安排掘进进度、修正施工方案采取防护措施，还可避免许多险情的发生，确保施工人员的生命安全。
通过采空区与隧道“纵向＋横向”距离的同时检测、结合试验数据适时邀请专家踏勘现场、动态调整施工参数，济南大西环项目公司实现了科学精准施工，让马山隧道安全穿越了铁矿采空区。
标准化施工 确保隧道施工质量
面对隧道施工任务紧、围岩等级差等一系列难题，山东高速济南大西环项目公司在精准分析当前施工内外形势、科学谋划当前重点施工任务的基础上，通过加强内外协调，优化资源配置，强化技术培训、技术交底等，全力保障施工有序平稳推进。
在隧道施工过程中，一旦出现施工工艺不当、技术措施不到位等情况，就可能会引发超欠挖，这将直接影响隧道施工安全及质量，增加后续施工难度。山东高速济南大西环项目在全线隧道施工中应用了光面爆破技术，有效控制隧道超欠挖，并定期组织第三方对隧道实体进行检测。
光面爆破技术就是人为采取技术措施，减弱动压对炮孔周壁岩石的冲击作用，使高压气体产生的静压作用成为主导。如果相邻的炮孔间距适当，爆炸时爆炸气体将在炮孔连线方向产生较大的集中应力，作用于这个方向的孔壁上。当岩体的极限抗拉强度小于此拉力时，沿相邻孔连线方向孔壁出现裂缝，而爆炸产生的高压气体形成的尖劈作用，可使既成裂缝进一步扩展，最终形成规整的破裂面。
“光面爆破技术需要严格控制相邻的炮孔间距，为此我们制定了隧道光面爆破施工标准，相邻炮孔之间的距离为40厘米，同时我们对施工人员进行技术培训，施工人员打好炮孔后，技术人员也会逐个检查炮孔间距，保障爆破质量。”崔亚军说。
光面爆破技术可较好保持周边围岩完整性，隧道洞壁及掌子面成型规整，隧道减少了超欠挖，同时减少排危量，在很大程度上降低了喷射混凝土使用量，具有良好的安全性和经济性，为隧道高效施工创造了有利条件。
为保障隧道光面爆破施工质量、提高施工效率，山东高速济南大西环项目还引进了单臂凿岩台车。
单臂凿岩台车。
单臂凿岩台车工作时采用电机提供动力，以液压控制凿岩机械臂，机动性强、施工安全、效率高。利用单臂凿岩台车可大幅降低隧道内钻孔作业强度、提高了施工效率和质量，降低了安全隐患，减少了超欠挖现象。相比传统的气腿式风动钻机，单臂凿岩车具有安全系数高、对环境污染低、消耗能量少等优势，工作效率可提升约40％，有效加快了隧道施工进度。
同时，山东高速济南大西环项目引进了湿喷机械手。该设备的应用充分保证了隧道内与其他工序的高效衔接，一定程度上提高了隧道施工进度，原来七八名施工人员需要花费9个小时完成的喷浆循环，现在只需要两名施工人员花费2至3个小时即可完成。同时，应用该设备减少了操作人员与混凝土的接触，同时降低了洞内粉尘浓度，改善了隧道内空气质量。
为品质护航 研发应用智能信息化装备
在隧道施工过程中，山东高速济南大西环项目不仅加大了设备投入，更采用专业化、智能化、信息化等多种方式，为隧道品质保驾护航。
针对隧道围岩情况复杂的难题，山东高速济南大西环项目公司与山东大学合作，以隧道不良地质精细探测与施工安全风险管理为研究主题，研发了高精度三维激光扫描与巡检机器人一体化装备。
履带式隧道全空间动态感测机器人。
该装备通过利用远程操控机器人采集隧道空间地质信息，扫描隧道开挖揭露面岩体情况，分析掌子面岩体结构三维迹线、结构面产状，预测结构面规模，构建信息高度集成的岩体结构面多尺度可视化模型，实现地质编录数据三维可视化展示。
通过开展隧道不良地质构造的快速化探测新技术及隧道掉块垮塌灾害模拟与预测技术，能够实现复杂条件隧道地质灾害宏观评判与施工安全控制，减少或避免工程重大地质灾害的发生。
同时，山东高速济南大西环项目公司应用了BIM协同管理系统，开展了基于物联网、BIM、移动互联网等新一代信息技术的智慧工地平台建设，搭建了“信息系统”“BIM平台”“综合看板”三大板块。
该平台应用BIM、GIS、IOT等新技术形成了项目“人机料法环”等多源数据采集、应用和可视化集成展示的完整应用体系，实现投资、征迁、进度、计量实时统计及可视化管控，对项目视频监控、环境监测、安全教育培训、劳务实名制、无人机航飞视频管控、智能物料验收等多个模块进行系统集成，实现了一平台多模块的综合可视化管控。
该项目自主研发了“小电狗”智慧临时用电监管平台，集电力监视、电能计量管理、电能质量分析、电气安全于一体，经云平台大数据分析，可即时向安全管理人员、专职电工等发送预警信息，防患于未然。同时，该平台支持大屏幕终端和手机App等多种方式查看参数，发挥在线智慧系统作用。
精细化管理 隧道施工保安全
杜渐防萌，慎之在始。自项目开工以来，山东高速济南大西环项目公司始终坚持将安全装在心中的理念，开展了隧道坍塌安全应急演练、起重机吊装作业安全管理培训、安全知识讲座和安全警示教育、“安全生产月”、“消防安全检查日”、安全生产“大学习、大培训、大考试”等活动，并严格落实每日“晨会”制度，进一步提高应急保障能力、强化安全风险分级管控与隐患排查治理能力，确保施工安全。
隧道坍塌安全应急演练。
该项目设置了安全生产管控中心，配备了VR体验馆、触电体验区、危险品信息及安全操作规程展示等，可系统化管理现场施工人员，为安全培训、安全教育等提供平台。同时，管控中心还开设应急救护筛查体验中心，为现场施工人员进行健康体检。
为全力做好常态化疫情防控工作，切实做好施工人员的体温检测，山东高速济南大西环项目在隧道人员定位的使用和管理过程中，使用了AI人脸识别测温通行系统。该系统还提供了黑名单管理，当系统识别到体温过高、陌生人或黑名单人员后系统将立即报警，给隧道施工安全管理带来了极大便利。
进入到隧道施工现场，施工人员可触发隧道内安装的人体感应语音播报系统。该系统采用了热释电PIR红外感应原理。当侦探器探测到有人进入该区域时，会自动感应播报语音警示消息。
隧道开挖中容易堆积有毒有害气体，为防止在隧道施工过程中有害气体超限带来危险，项目每天做好班前教育工作，并利用有害气体检测仪，实时检测反馈数据，根据有害气体的含量高低、浓度大小，采取相应的技术措施，确保人身、机具和工程安全。
为有效降低洞内扬尘，同时加强对隧道二衬混凝土的养护，项目在隧道洞顶安装自动喷淋系统，覆盖范围大、降尘效果好，在有效降尘的同时可以提升混凝土的养护质量。这些举措大大改善了隧道洞内施工作业环境。
“为保障信息传达及时、准确，我们建立了隐患曝光微信群，号召全员对施工现场发现的安全隐患，第一时间用手机拍照上传至微信群进行曝光。一旦发现安全隐患我们会对整改过程进行跟踪，直至整改完成形成闭环。”山东高速济南大西环项目公司大桥处处长解俊海介绍。
事无巨细，方能精益求精。山东高速济南大西环项目通过一项项举措切实加强隧道安全管理，确保隧道安全、高质量贯通，彰显了公路人对品质的追求。
■项目名片
山东高速济南绕城高速公路二环线西环段项目由山东高速集团投资建设，共设3座隧道工程，分别为马山隧道、青龙山隧道、西山寨隧道。其中，马山隧道位于济南市长清区马山镇，双向6车道，左线全长1275米，右线全长1267米，于今年6月13日实现双线贯通；青龙山隧道位于济南市长清区五峰山街道，双向6车道，左洞长1206米，右洞长1204米，最大埋深约170米，于今年5月24日实现双线贯通，是项目全线首条双线贯通的长隧道；西山寨隧道位于长清区万德镇，双向6车道，左线长1883米、右线长1879米，于今年8月16日实现双线贯通。
该项目为山东省高速公路网“橫二支线—济南绕城二环线”的重要组成部分，同时兼有京台高速公路济南西绕城并行线功能，其建设对完善山东省高速公路网布局、强化济南作为省会城市群经济圈和新旧动能转换综合试验区核心城市的辐射带动作用、分离京台高速交通流，改善交通出行条件和投资环境，发挥路网整体效益，带动沿线区域经济社会快速发展等方面具有重要意义。
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