锻造黄金延长线——山东济南京沪高速、济南绕城高速济南连接线建设纪实

文/本刊记者 王琳琳山东高速集团有限公司 蒋庆

燕山立交改建工程于2017年7月1日恢复通车

项目建设关键技术一览

京沪高速、济南绕城高速济南连接线线路图

这是一个承载民生厚望的工程。它将大大缓解济南城区的拥堵，并打开济南南部、东部的出入口。

这是一个直面重重挑战的工程。铸造世界上规模最大的双向八车道隧道群，需要科技创新、科学管理、精细施工，更需要“人”与“魂”。

在这里，一群雄心勃勃的建设者，凝聚智慧与力量，锻造品质工程。

在这里，一群可敬可爱的年轻人，释放激情与梦想，刻下历史印记。

山东济南城区呈东西狭长状态分布，多年来，地面交通压力一直很大，城市发展也颇受限制。由山东高速集团有限公司投资建设的京沪高速公路、济南绕城高速公路济南连接线项目，便是打破济南市交通拥堵局面、拓展济南发展空间的力作。2015年8月，一群热血澎湃的建设者，开始了这一双向八车道隧道群的公路工程“大业”。两年多来，他们不畏艰险，立志打通济南向南、向东延伸的发展通道，造福一方百姓；他们集思广益，向科技要力量、向管理要效益，以“绣花”般的耐心，攻克一个个难关……

作为山东省的政治、经济、文化、科教、金融中心，泉城济南北连京津冀，南接长三角，西连黄河中上游大中原，东连胶东半岛，是连接华东、华北和中西部地区的重要枢纽。“十三五”期间，济南市将着力建设全国重要交通枢纽城市，充分衔接省会城市群经济圈区域交通系统，提高济南市交通承载能力和辐射功能。

在这样的大背景下，京沪高速、济南绕城高速济南连接线的重要性不言而喻。它是济南市“三横六纵”城市快速路系统的重要组成部分，对完善城市快速路网体系、缓解济南市区交通拥堵、提高道路服务水平，具有重大作用。

对周边区域乃至山东省而言，这一项目也是影响深远。济南绕城高速济南连接线将打通济南向南出口，连通南部山区和泰安；将结合济泰高速公路的建设，为南部山区通行提供一条快速通道，彻底解决绕城省道103线的现状。京沪高速济南连接线将打通济南向东出口，更迅捷地连通长三角乃至珠三角区域，加快济莱协作区建设、助力统筹区域经济发展。项目建成后，可实现与济南周边多条高速公路的便捷转换。

从这个意义上说，这是两条不折不扣的“黄金延长线”。

“三大两高”五大特点

2015年8月，山东高速集团有限公司抽调精兵强将，成立山东高速济莱（泰）城际公路有限公司，具体负责统筹协调该项目的建设工作。据项目公司董事长刘洪武介绍，该项目具有“三大两高”五大特点：

项目采用三臂液压凿岩台车、大型喷射混凝土施工机械手等施工机械装备，加快了施工进度。

上图：8月25日，交通运输部部长李小鹏（前排中）到项目调研，详细了解大断面隧道施工工艺，强调要打造品质工程，为我国八车道公路隧道建造提供新经验。

下图：2016年6月17日，长达3101米的 浆水泉隧道首板二衬成功浇筑混凝土。

隧道规模及断面大

隧道全长达9.74公里，桥隧比达64.6%，最大开挖宽度20米，最大开挖断面219.8平方米，扁平率0.678，是当前世界上八车道隧道建设规模和数量最大的公路工程。

安全风险大

隧址区地质条件复杂，受泰山至济南泉域水系影响，地下水丰富，施工中存在塌方、雨季涌水风险；多处洞口围岩松散，自稳能力差，易坍塌；洞身浅埋段长，岩层存在破碎带及溶洞，存在小净距岩墙失稳、浅埋地表沉陷等风险。

施工组织难度大

项目位于济南市区，干扰因素多，有效作业时间短。隧道施工量测、打眼、爆破、通风、出渣、立架、初喷、仰拱、二衬等工序必须严格在规定的时间内完成，人员、设备、物资供应必须严密组织，做到无缝衔接，才能保证每天2个开挖循环连续施工。

环保要求高

项目位于市区，存在市区内大规模运输不方便，炸药管制和场地狭小等突出问题，施工效率难以保证。项目穿越国家4A级风景保护区——千佛山风景区、浆水泉水库泉水涵养区、人口居住密集区，环境保护难度大，环保要求标准高。

社会关注度高

项目是济南市治堵治霾重大建设工程，建成后将有效缓解城区交通拥堵，提升城市环境，保障和改善民生，因此各级领导和广大市民热切关注，必须做好安全、质量、廉政、工期、环保等各方面工作。

“这些给我们施工带来了不小的挑战，我们通过持续强化科技创新和管理创新，为项目顺利开展提供了有力支撑。”刘洪武说。

汇聚顶级智慧 大力开展前沿技术研究

“从一开始，项目公司就确定了‘汇聚顶级智慧’的方针。我们与集团院士工作站、山东大学等17家单位合作，成立了《复杂城区环境下大跨度公路隧道群建设关键技术》课题组。”项目公司总经理侯福金告诉记者，这项双向八车道隧道群工程在国际上尚无明确的施工标准，课题组开展了系统的理论、装备、材料、工艺和技术研究，力争使该项目成为我国双向八车道隧道建设的样板工程。他们边施工边科研，取得了一系列突破。

动态设计、动态施工

项目公司遴选聘请知名专家，组成隧道专家组，通过召开专家会、培训会，现场指导等，对施工全过程把脉、尽最大可能控制风险。同时，引进具有专业资质的单位对全线进行围岩分级、超前地质预报等工作，以便及时掌握前方围岩情况。若实际围岩状况与地勘不同，根据专家组的指导意见，结合实测数据现场动态优化、调整设计参数及施工方案。

即将完工的搬倒井互通同时连接老虎山隧道、浆水泉隧道、小岭隧道，是京沪高速、济南绕城高速济南连接线的交叉点。整体建筑面积近10万平方米，相当于16个足球场，从空中俯瞰，造型优美，十分壮观。

提出设计标准和设计方法

目前八车道隧道尚无设计规范，通过反复比选与设计校验，提出了洞口大跨、小净距岩墙与洞身浅埋段隧道设计标准。建立了施工中支护参数动态优化的设计方法，最大限度减少开挖面积，最大限度压缩隧道净距，充分利用围岩承载能力，降低支护自重，节省圬工，节约用地，实现工程建设的绿色、环保、节能。

隧道重大地质灾害源数字化识别与定位定量预报

针对沿线赋存的重大地质灾害源，研发了隧道掌子面自动编录系统，快速获取隧道结构岩体参数。隧道施工中采用TRT、雷达等探测方法，初步确定灾害源沿线分布情况，并创新研发了钻孔式数字扫描探查装备，实现了断层、溶洞等灾害源的真实成像与位置、大小的精确探查。基于GIS系统开发，集成勘察、设计、物探、钻探资料及序列掌子面图像资料，建立了隧道三维可视化模型，实现了隧道地质结构及不良地质体的真实再现。

超大断面隧道进洞与小净距岩墙稳定性控制技术

全线隧道进口大部分浅埋、大跨、偏压，进洞坍塌风险极高，尤其是老虎山隧道进口为残蚀土，无成功进洞经验。通过理论分析、数值校验和现场监测，提出了土质和岩质两种情况下最佳的进洞方式，实现了大断面开挖快速安全进洞。同时，开展了小净距隧道承载与变形模型试验，确定了中夹岩墙承载特征、破坏模式与前后洞最佳距离，提出了小净距隧道近接施工的影响分区标准，建立了非对称深、浅埋超大断面小净距隧道围岩压力计算方法，填补了设计规范中大跨隧道中夹岩墙承载力计算的空白。通过爆破震动测试，采用电磁波CT法确定爆破对掌子面、中夹岩墙和临洞围岩的损伤深度，首次提出了双向八车道小净距隧道爆破震动控制标准。

超大断面隧道快速施工优化与安全施工技术

快速施工是大断面层状隧道面临的最大挑战，亟需在工法优化、快速支护与机械化施工方面取得全面突破。通过开展工法比选和支护时机优化试验，建立了IV级围岩半部CD工法，极大地缩短了拆撑时间，减少了临时支撑用量，相较于CD工法，每10米可缩短工期半天，节约成本约1.2万元。通过开展工法比选和支护时机优化数值试验，建立了基于洞周正交位移比率展布规律的围岩稳定性判别方法，制定了施工过程围岩稳定性位移管理基准。引进三臂液压凿岩台车和湿喷机械手，形成了超大断面隧道快速施工与围岩变形控制成套技术。通过工法、工艺创新，建立了一套集光爆一次成型、拱架机械安装、二衬智能养护、电缆槽台车作业等于一体的机械化作业流水线，使施工效率提高26%，成为保障工期的重要举措。

隧道断层破碎带与隐伏溶洞围岩稳定性及灾害控制技术

上图：2016年11月3日，小岭隧道在6座隧道中率先实现全线贯通。

下图：2017年7月19日，项目控制性重点工程、济南绕城高速济南连接线最长的隧道——老虎山隧道左洞顺利贯通，至此，项目6座隧道全部贯通。

当掌子面逐渐靠近断层等风险源时，围岩变形和受力变化剧烈。采用“连续-非连续数值分析方法”，开展隧道穿越断层等施工过程模拟，揭示了整个过程围岩荷载释放与变形时空演化规律，建立了围岩整体荷载释放率计算方法。隧道沿线水平层状岩体发育，施工中存在板状巨石垮塌等风险。研发了岩体结构信息扫描装备，每次爆破后进行采集，连续构建三维地质模型，通过不稳定块体搜索方法，实现了掌子面附近不稳定块体的准确判识与垮塌预警。引进德国巴斯夫、瓦克技术，联合革新了系列化新型喷射混凝土与防水材料及配套工艺，创造性提出了“初喷混凝增韧-韧性高黏防水喷涂-二衬厚度控制”的新型结构形式，有效降低了隧道沿线薄弱部位运营期渗漏水风险。

隧道群施工全过程安全管理与风险决策系统

针对该项目安全风险高的特点，开发了隧道群施工全过程安全管理与风险决策系统，施工过程中动态获取地质、环境、人员、物资等综合信息，进行大数据挖掘和风险辨识，提前发现和规避安全事故，最终形成了一套集视频监控、施工综合信息反馈、动态风险评估于一体的大数据管理平台与应急决策系统。

设计施工总承包 入股施工一体化模式

该项目在山东省首次采用了公路工程设计施工总承包模式，并推行入股施工一体化，吸引了中国中铁四局集团有限公司、中国建筑股份有限公司入股并参与建设。在不增加山东高速集团有限公司负债水平的前提下，通过外围资金带动项目陆续融资23亿元，大大缓解了集团的资本压力。项目建成后由山东高速集团按正常银行利率逐步回购对方股权，施工总承包单位通过优化设计及施工组织管理取得效益，山东高速集团通过资产规模、收益权获得效益。这种方式以时间换空间，缓解了融资困难，降低了负债率和成本费用，为高效完成建设任务提供了有力保障。

港沟隧道左线于2017年1月16日贯通，实现了京沪高速济南连接线首座长隧道贯通，目前装饰和绿化等工作也即将完成。项目6座隧道内部均以蓝、白、绿三种颜色为主，寓意蓝天白云，给司乘人员带来愉悦的感受。

2016年12月，依托该项目的《高速建设企业基于设计施工总承包项目投资控制管理》荣获第30届山东省企业管理创新一等奖，基于该项目的《山东高速集团“入股施工一体化”模式研究》荣获山东高速集团2015年度调研成果一等奖。该模式改变了以往概算超估算，预算超概算，结算超预算的情况，大幅提高了项目法人工作效率和降低了管理投入，直接经济效益优势明显。由此在山东高速集团内部形成了大型基础设施项目的新型管理模式，并在后续的同类项目中得到全面推广。

“采用设计施工总承包、入股施工一体化模式，提高了各项目部的积极性，项目公司和三大项目部相处很融洽，大家劲往一处使，心往一处想，各个项目部都努力创新科研和管理，最大可能提高施工效率，确保在工期内完成项目任务。”项目公司董事长刘洪武对该模式赞不绝口。

全面推行1234管理标准 夯实质量基础

要想打造样板工程，质量管理很关键。在紧张的施工过程中，如何保障该项目的质量管理？项目公司副总经理赵然告诉记者，为夯实工程质量基础，项目公司全面推行了1234管理标准。

“1”是指“一个平台”：在重大结构物施工现场建立质量安全曝光平台，对现场的质量问题及时曝光并整改闭合，对相关责任人予以处罚。

项目成功研发了超大断面隧道约束混凝土支护体系

燕山立交在现浇箱梁施工中采用新型承插式盘扣支架，相比碗扣式支架，钢材强度高，立杆最大荷载达 20 吨；空间用钢量节约 50% 以上，10 米高度支架每孔（30 米）可节约 30 个人工，每联减少支架租赁费用约 15 万元。

项目成功研究并推行隧道光面爆破施工，安全性、施工效果及施工效率均得到大幅提升。

项目创新研发了钻孔式数字扫描探查装备，图为钻孔式数字化扫描原理。

“2”是指“两个标准化”：场站标准化与工艺标准化齐头并进。项目驻地、隧道洞口、搅拌站、钢筋加工场等场站按照标准化设计建造。工艺标准化方面，自主研发并推广防水板挂设定位、防水板超声波焊接、止水带焊接及固定、仰拱钢筋定位、电缆槽台车作业、二衬智能养生等工艺，取得了良好效果。

“3”是指“三项制度”：原材料留样制度、质量可追溯制度、首件工程认可制度。原材料留样制度要求各施工单位，按照标准化要求设置原材料留样室，并建立原材料进场及责任台账，确保施工质量在原材料上的可追溯性。质量可追溯制度要求施工中所有工序环节都要建立质量溯源台账，各工序环节如开挖、立架、锚杆打设、初喷混凝土、挂防水板、二衬施做等都要留存影像资料并有质量责任人确认签字，把具体操作人、检测人、监督人等均记录在册，便于质量追责和考核。在计量支付时必须附齐相关质量溯源台账后方可予以计量。首件工程认可制度立足于“预防为主、试点先导、以点带面、全面推广”的原则，综合总结与评价首件工程的各项技术、质量等指标，及时预防和纠正后续生产中可能出现的各种质量问题，提升整体工程的品质。

“4”是指“四项微攻关”：一是项目自主研发了隧道初期支护拱架安装机器人，可大幅降低施工安全风险，每循环用工数量由原来的11人减少到4人，作业效率提高25%；二是项目自主研发了隧道二衬混凝土自动喷淋养护台车，显著提高了二衬混凝土养护效果，解决了隧道二衬养护难题；三是应用BIM技术指导隧道机电安装施工，此项技术在2016年中国BIM技术交流会暨优秀案例展示会上荣获“最佳BIM专项应用二等奖”；四是基于项目研发的“隧道二次衬砌模板台车用堵头模板、堵头节点及封堵方法”获得国家发明专利授权，该发明是一种钢木组合的模板形式，克服拼接木模存在的诸多缺陷，可大幅提升二衬施作工效，提高二衬施工缝处施工质量。

完善安全管理制度 强化施工风险管控

“项目公司高度重视安全管理，为贯彻落实安全生产责任制，增补制定了《分项工程开工安全工程师签认制度》《重大事故隐患清单管理制度》《隧道工程质量安全动态管理实施办法》等10余项创新型管理制度。”赵然介绍道。

赵然说，施工安全管理大多属于动态管理，项目公司推行了《轮值安全员制度》。轮值安全员由工程技术管理相关人员轮流担任，安全管理主管每日下班前在微信群内公布次日的轮值安全员，当日轮值安全员在轮值期间只对项目经理负责，其职责为安全督查曝光工作，整改由现场生产管理负责人和安全管理人员监督施工队伍落实。轮值安全员制度的核心是无责任曝光。通过实施轮值安全员制度，多重监督，不留死角，构建全员抓安全的态势，提高施工队伍安全意识和整改的积极性。

施工风险管控也是项目公司重点抓的一项工作。隧道开工伊始，项目公司组织召开施工安全风险评估专家论证会，根据隧道地质条件、开挖断面、隧道长度、洞口形式及特征、气候与地形等按权重进行打分，开展静态风险评估。

结合实际情况，项目公司建立了安全风险管控和隐患排查治理双重预防机制工作方案，从排查风险点、制定风险分级四色图、风险公告警示、消除隐患、应急管理、防控职业病等方面着手，突出预防为主、关口前移，把握安全生产工作的主动权。

在隧道施工过程中还开展了动态风险评估，主要是在隧道开挖过程中，根据超前预报、监控量测、围岩判定、地质调查等数据结合现场实际情况动态分析、评价项目风险并做出应对控制措施，形成动态风险评估报告，提交施工、监理、建设单位，及时采取相应措施，确保风险受控。

三大项目部创新成果精彩纷呈

在采访中，记者听到最多的话就是任务重，工期紧，必须提高施工效率，必须加快施工进度。为确保2017年年底实现通车，三大项目部卯足了劲，开展了多项创新。

工艺创新 保质量保工期

山东高速路桥集团股份有限公司项目部项目经理吕新建坦言，面对项目“三大两高”、工期极其紧张的挑战，他一度“压力山大”，甚至晚上经常睡不着觉。在经过深入调研，摸清重点、难点后，项目部制定了一系列创新方案，决心以此保障项目的顺利、高效开展。

项目部联合高校、设计院等业内知名单位，以“超大断面公路隧道施工”为特色，开展了“复杂地层超大断面小净距隧道中夹岩墙稳定性与围岩变形控制”等6项科研课题。与高校签署了“隧道围岩分级与质量评价”“隧道工程安全风险管理与控制”技术服务协议，根据围岩变化实时调整施工参数、优化施工方法，组织动态设计、动态施工，取得了良好的经济与社会效益。

在施工工艺方面，老虎山隧道进洞后穿越300多米残蚀坡积土段落，施工难度大、风险高，是制约全线能否按计划通车的“卡脖子工程”。项目部根据围岩变化，灵活采用双侧壁导坑法、交叉中隔壁 (CRD) 法、中隔壁 (CD) 法，在确保安全的前提下组织动态施工。项目部果断决策，在老虎山隧道右线ZK2+800（距进口850米）处加设导洞，增加正洞工作面，加快施工进度。

上图：项目通过组织专家召开座谈会等形式，对建设全过程把脉问诊。

下图：项目通过模型试验，建立了非对称深、浅埋超大断面小净距隧道围岩压力计算方法，填补了设计规范中大跨隧道中夹岩墙承载力计算的空白。

在设备使用方面，引进了自动化程度较高的“大型喷射混凝土施工机械手”，提高了施工效率，加快了工程进度。相较于小型湿喷机，喷射机械手能够通过速凝剂自动配比系统将速凝剂掺量控制在设计范围内，保障混凝土质量。同时，每一循环喷射时间由原来的5.5小时缩短到3.5小时，用工数量由原来的8人减少到2人。

引进钢板冲床机对隧道钢拱架连接钢板冲眼加工，改变了普通钻眼机作业完成后周边有毛刺出现，造成连接钢板连接不密贴的情况。该设备兼具切割钢板条功能，切割面整齐光滑。

引进自行轨道式火焰切割机，切割钢板后切割面光滑整齐，改变了原有人工切割钢板变成锯齿状的情况，极大提高了连接钢板的精度。同时降低了工人的劳动强度，提高了作业效率。

针对隧道跨度大、初支钢拱架自重大、工人施工困难、施工时间长，项目部自主研发了隧道初期支护钢拱架拼装机器人，缩短初期支护闭合时间，增加施工安全系数，提高工作效率。

针对隧道二衬台车堵头端模采用小木模环形拼装，环向中埋式止水带施工，易造成隧道二衬渗漏水，项目部研发了双L型衬砌钢端模，保证二衬中埋式止水带施工质量，提高了隧道防水施工质量。

路面工程方面，项目部专门调拨了中大抗离析超级“变形金刚”摊铺机，该摊铺机最大摊铺宽度可达19.5米，实现了全幅宽一机摊铺，消除并机接缝，确保路面平整均匀，节约后期养护成本，缩短工期。

小岭分离立交左右幅上部构造均为5米×30米预应力混凝土简支转连续小箱梁。为节约存梁空间，加快施工进度，预制箱梁采用预制与架设同步作业方式，使用双梁式架桥机施工。经验证，架桥机架设比传统吊机架设施工成本减少约25%，架设速度提高50%左右。

项目部加大投入，为每个隧道配备了路面专用模板、带排振的三辊轴摊铺机以及双盘座驾式抹光机。尤其采用双盘座驾式抹光机施工，增强了对地面的压实，提浆速度快，该机器还有喷水装置和照明设计，大大减轻了劳动强度，提高了工作效率。

左上：项目研发的泥浆分离设备，获得国家实用技术发明专利。

左下：项目自主研发了隧道初期支护钢拱架拼装机器人，减轻工人劳动强度，大幅提高施工效率。

右图：燕山立交高架桥沥青摊铺采用超级“变形金刚”沥青摊铺机，实现了全幅宽一机摊铺。

项目部还研发了一种泥浆分离循环设备，获得国家实用新型专利授权，相较于传统泥浆池，泥浆外运减少一半，极大地降低了外运成本，清孔效率提高3倍，节省施工用水。综合比较，每桩节约成本约0.15万元。

精细化管理 实现“五化”目标

中国中铁四局集团有限公司项目部深入开展精细化管理，以“五化”（标准化、机械化、信息化、集约化、专业化）为目标，努力打造精细化管理典范。安装使用了监控量测信息和智能门禁管理系统，涵盖施工人员车辆进出管理、洞内人员定位、掌子面视频监控、LED大屏显示、烟尘报警、有害气体检测、一氧化碳检测、班前讲话等功能。

据该项目部总工余诚介绍，项目部成功研究并强力推行隧道光面爆破施工，为加快进度和降低成本提供了技术保障。经过反复培训和试验，形成了从爆破设计、快速放样、准确打眼、合理装药和连线一整套超大断面石灰岩隧道光面爆破施工技术。使用该技术，隧道每一循环降低超挖58%，喷射混凝土降低损耗55%，节约成本0.66万元, 每循环加快进度3小时。进行光面爆破后隧道岩面整体光滑，松散损伤围岩明显减少，安全性和施工功效均得到大幅提升。

积极使用三臂凿岩台车、湿喷机械手、二衬环向止水带钢端模、整体式水沟电缆槽、轨道式火焰切割机等新型隧道工程设备，创新使用防水板红外线发射装置、止水带焊接机、防水板超声波焊接机、仰拱钢筋定位卡具等新型工艺。

科研攻关 提高施工效率

中国建筑股份有限公司项目部制定了隧道标准化工序作业时间，并配套工序奖惩措施，大大加快了工序循环时间。其中，CD工法最快月进尺达到70米，台阶法最快月进尺达到120米，创造了国内目前超大跨度隧道人工钻爆法施工的最快速度。

该项目部工程技术部长刘国晓告诉记者，项目部开展了“复杂地质条件超大断面隧道约束混凝土支护体系”研究，采用约束混凝土支护替代传统型钢拱架，有效解决了大跨度隧道施工中钢拱架变形以及喷射混凝土脱落问题。同时，研发了多功能拱架安装设备及配套设备，实现约束混凝土拱架快速机械化作业。使用后，缩短拱架安装作业时间37%至50%，每一循环节约施工时间2小时；减少工人数量约50%，每延米节约成本500元。

上图：中铁四局集团有限公司积极打造花园式幸福项目部

下图：山东路桥集团股份有限公司举行“五一”国际劳动节文艺晚会

为掌握现场第一手数据，为施工工艺调整、施工质量把控提供试验支撑，2016年1月，项目部成立了中心试验室并投入使用。主要负责全标段混凝土配比选定、混凝土试件强度检测、胶凝材料检测、预应力材料检测、路基路面材料检测、土工材料检测等试验任务。

项目部通过“超大断面约束混凝土支护体系研究及应用”“聚能水压爆破技术应用”等课题研究，“智能喷淋台车”“防水板超声波焊接技术”“电缆槽移动模板台架”等10多项技术的开发和应用，大大提高了施工效率，降低了施工成本。

“通过建设单位、监理单位、总承包单位及合作科研单位等多方的共同努力，6座隧道已于今年7月全部安全顺利贯通，目前正在加紧开展后期装饰、绿化等工作。经过2年多的科研攻关与工程现场实践，积累了一些研究数据与管理经验，希望能够为今后的公路双向八车道隧道建设提供借鉴。”赵然表示。