2024年6月16日-17日，中國工程院工程科技學(xué)術(shù)研討會——第十二屆國際橋梁與隧道技術(shù)大會（IBTC2024）在上海成功召開，大會匯聚國內(nèi)外專家學(xué)者，圍繞極端環(huán)境下的交通基礎(chǔ)設(shè)施智能建養(yǎng)與安全展開深入探討，涌現(xiàn)出一批具有前瞻性和實踐價值的研究成果。作為中國乃至國際范圍內(nèi)反映重大工程建設(shè)與技術(shù)創(chuàng)新的重要交流平臺，為更好傳播科技前沿成果、推動行業(yè)創(chuàng)新進(jìn)步，大會秘書處特別推出《IBTC系列報告回顧》，分享專家精彩觀點。
本期聚焦中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司總工程師、全國工程勘察設(shè)計大師肖明清的大會報告《膠州灣第二海底隧道鉆爆法段結(jié)構(gòu)設(shè)計方法》。報告介紹了青島第二海底隧道鉆爆段結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新成果。該隧道是目前世界上在建規(guī)模最大的海底道路隧道，其結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的突破性進(jìn)展，標(biāo)志著我國在復(fù)雜海底隧道工程領(lǐng)域的設(shè)計理論與實戰(zhàn)能力已達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
▲肖明清大師在大會現(xiàn)場分享報告
青島第二海底隧道全長14.37公里，海域段長約10公里，陸域段約4公里，采用盾構(gòu)法與鉆爆法結(jié)合施工。其中鉆爆段長達(dá)9942米，地質(zhì)條件復(fù)雜，穿越18條斷裂帶，包括發(fā)震能力達(dá)6.5級的窗口斷裂，最大位錯量估計達(dá)0.49米。隧道主體為“雙孔六車道+服務(wù)隧道”布置，設(shè)計時速80公里/小時。
項目不僅規(guī)模宏大，更面臨結(jié)構(gòu)形式多樣、斷面超大、空間交織等多重難題：如小凈距并行隧道、疊層隧道、超大斷面拆解洞（開挖跨度26.6米，面積666平方米）以及多功能豎井與風(fēng)道系統(tǒng)等。傳統(tǒng)工程類比法和規(guī)范推薦的荷載結(jié)構(gòu)法已難以滿足這類復(fù)雜結(jié)構(gòu)的安全與經(jīng)濟(jì)性要求。
二、創(chuàng)新提出“總安全系數(shù)法”，統(tǒng)一國際設(shè)計理念
項目團(tuán)隊創(chuàng)新性地提出了“隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)總安全系數(shù)法”，融合了地層結(jié)構(gòu)法與荷載結(jié)構(gòu)法的優(yōu)點，形成了一套涵蓋圍巖穩(wěn)定分析、支護(hù)力計算、結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)與耐久性設(shè)計的完整理論體系。
該方法首先通過“臨界穩(wěn)定斷面”分析，科學(xué)判斷隧道是否需要支護(hù)、采用局部還是系統(tǒng)支護(hù)，并與國際通行的挪威Q系統(tǒng)進(jìn)行對比驗證，進(jìn)一步提高了斷面形狀適應(yīng)性和計算精度。
在圍巖壓力設(shè)計值確定方面，團(tuán)隊摒棄簡單取平均值的做法，提出基于最不利原則與可控變形的設(shè)計思路，通過數(shù)值分析方法確定圍巖壓力，并引入放大系數(shù)（1.4–3.0）以兼顧施工安全。
最核心的突破在于建立了“錨-巖承載拱+噴層+二襯”三重疊加的承載模型，并發(fā)現(xiàn)復(fù)合結(jié)構(gòu)的實際承載力高于各層獨立承載力之和，揭示了多層支護(hù)協(xié)同工作的力學(xué)機(jī)制。通過引入變形協(xié)調(diào)系數(shù)和耐久性系數(shù)，團(tuán)隊進(jìn)一步優(yōu)化了安全系數(shù)的計算與分配。
該方法更具普適意義的是，實現(xiàn)了對挪威法、德英法、日式設(shè)計和中國傳統(tǒng)軟弱圍巖設(shè)計理念的整合與統(tǒng)一。通過調(diào)整各層支護(hù)的安全系數(shù)分配（如K3值），可靈活適應(yīng)不同國家的設(shè)計習(xí)慣，顯示出強(qiáng)大的理論包容性。
三、理論試驗結(jié)合，驗證設(shè)計可靠性與先進(jìn)性
團(tuán)隊通過大量室內(nèi)模型試驗和現(xiàn)場實測，驗證了總安全系數(shù)法的可行性與保守安全性。例如，在不同錨桿間距和噴層參數(shù)的噴錨試驗中，實測數(shù)據(jù)與理論值高度吻合，且理論值略偏保守，符合工程安全要求。
此外，項目還開發(fā)了具有排氣穩(wěn)壓功能的注漿止?jié){塞，保障了錨桿注漿密實度，從而確保“錨-巖承載拱”理論在實戰(zhàn)中得以充分發(fā)揮。
四、應(yīng)用于實戰(zhàn)，經(jīng)濟(jì)效益顯著
目前，青島二隧工程已完成總進(jìn)度的40%。包括單洞雙孔、開挖寬度近30米的大跨段在內(nèi)的多個復(fù)雜結(jié)構(gòu)段，均已成功實施。與國內(nèi)同類隧道相比，該設(shè)計方法在保證安全的前提下，顯著優(yōu)化了支護(hù)參數(shù)，提升了工程經(jīng)濟(jì)性。
五、結(jié)論：理論指導(dǎo)實踐，推動行業(yè)進(jìn)步
青島第二海底隧道鉆爆段的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以“強(qiáng)錨弱支、協(xié)同承載”為原則，突破了傳統(tǒng)依賴工程類比的經(jīng)驗設(shè)計模式，實現(xiàn)了以理論計算為基礎(chǔ)的科學(xué)設(shè)計。這不僅為當(dāng)前工程提供了技術(shù)保障，也為未來其他海底隧道、超大斷面地下工程提供了可推廣的設(shè)計方法論。
該項目是國家級重點研發(fā)計劃的實踐成果，其提出的總安全系數(shù)法及其配套技術(shù)，彰顯了中國在地下工程領(lǐng)域的設(shè)計創(chuàng)新與理論自信，為我國由“隧道大國”邁向“隧道強(qiáng)國”提供了重要支撐。
文/大會秘書處綜合整理
讓我們共同期待，
中國工程院工程科技學(xué)術(shù)研討會暨
第十三屆國際橋梁與隧道技術(shù)大會(IBTC2025)
將帶來更多創(chuàng)新技術(shù)與行業(yè)洞見！
誠邀各位專家、同仁再次相聚，
共話橋隧未來，攜手推動中國交通強(qiáng)國建設(shè)！
