由于厦门、青岛等地修建的海底隧道具有地质条件极其复杂、覆盖层较薄及隧道断面超大的突出特点， 由此我国技术团队需要在核心技术方面实现原始创新， 并吸收国内外先进技术实现集成创新， 从而在隧道突涌水和排水量控制方面实现技术突破 。
知难而上、创新突破， 引领世界水平
在胶州湾修建海底隧道是一件非常棘手而又危险的事 。
张顶立告诉采访人员， 胶州湾海域地质条件特别复杂， 包括沧口断裂带在内的几条区域性大断裂带， 经多次、多角度活动， 形成胶州湾湾口的地质地貌， 而断层是隧道建设中的巨大障碍 。
据统计， 胶州湾海底隧道所经海域， 要穿越5个大的断裂带， 包括北西方面、北东方面各两条， 先后有18条地质断层横架在隧道上方， 这些断层之间交叉分割非常复杂 。 这种地质条件下建隧道， 难度可想而知 。
翔安海底隧道先后穿越3条风化深槽和1条风化囊， 地质条件极其复杂且透水性强， 曾修建挪威奥斯陆海底隧道和青函隧道的专家察看了地层结构后摇头说， “这个工程是海底隧道钻爆法修建的禁区” 。
外国专家的否定， 并没有让中国团队退缩 。 “针对海底隧道工程特点， 我们提出了结构界面滑移、地层坍塌和水力劈裂等3种突水模式， 建立了相应模式的突水机理模型 。 ”张顶立说 。
项目团队开发了以超前地质预报为核心的地质保障系统， 针对海底隧道突水模式和机理提出了灾害预测方法；开发基于复合注浆原理的周边帷幕注浆技术， 提高了地层加固可靠性和堵水效率；建立了不良地质段的隧道施工技术及监测方案， 创新了施工技术体系 。
项目团队还按照地层条件， 建立了隧道涌水量分级方案， 揭示了排水量—地层加固标准—结构荷载的动态关系， 提出主动控制的海底隧道“堵水限排”设计理念和方法， 明确了围岩初期支护的主体作用， 实现对排水量的主动控制， 并开发了可维护防排水系统 。
“对于海底隧道， 由于承受持续高水压作用且水量补给无限， 若采用全封堵方案则造成水荷载过大结构无法承受， 而全排放方案则因排水量过大经济上无法承受 。 ”张顶立说 。
据了解， 实施了新的技术后， 堵水效果显著改善， 排水量控制在0.2m3/（d·m）以内， 实测二衬结构水压力近乎为零， 隧道不良地质段结构安全状态良好 。
项目团队还提出以隧道突涌水事故和排水量控制为核心的安全风险新理念， 提出了基于安全系数的隧道平纵断面设计方法， 创建了服务隧洞超前的三孔布置形式， 建立了不同围岩条件下钻爆法与浅埋暗挖法相结合的大断面海底隧道工法模式， 形成高风险重大工程建设管理的新模式， 实现了海底隧道施工零死亡和高效率 。
如果说， 日本的青函隧道和挪威的奥斯陆海底隧道曾经代表了当时的世界水平， 那么这个大旗现在由中国来扛 。
张顶立认为， 日本青函隧道在全断面注浆技术， 尤其是钻注装备方面取得了较大的进步， 但在注浆效果方面存在较大的问题， 这是没有实现安全施工的主要原因 。 奥斯陆海底隧道没能成功采用注浆技术， 而是采用了价格昂贵的地层冻结技术， 不适宜大范围使用 。
“我们针对我国海底隧道的工程和地质特点， 以及国外隧道修建中的问题进行研究， 形成的核心技术成功地指导了厦门翔安和青岛胶州湾海底隧道工程的顺利建成， 刷新了多项技术指标， 该成果代表了当今该技术领域的世界水平 。 ”张顶立说 。
我国海底隧道建设的开拓者
项目研究成果形成了复杂条件下海底隧道钻爆法建造技术体系， 直接应用于厦门翔安海底隧道工程建设全过程， 成功破解了世界级技术难题和消除了特大建设风险， 建成国内第一座海底隧道， 也是世界最大断面钻爆法海底隧道， 取得高难度、高风险海底隧道施工零死亡的佳绩 。 迄今投入使用已近8年， 根据管养单位反馈， 隧道结构物和附属设施各项使用功能正常， 通车运营情况良好， 综合效益显著 。
