《交通運(yùn)輸科學(xué)技術(shù)新成果推廣目錄》（２０２０）—第三部分隧道《高海拔不良地質(zhì)條件藏噶隧道圍巖穩(wěn)定和大變形控制關(guān)鍵技術(shù)》?

本期項(xiàng)目簡介

完成單位: 中鐵五局集團(tuán)有限公司、 中鐵五局集團(tuán)第一工程有限責(zé)任公司、 中南大學(xué)

主要完成人: 楊俊峰、 陳敏、 趙建斌、 楊錫斌、 黃光、 彭雨楊、 劉磊、 林巍杰

項(xiàng)目簡介

　　(一)項(xiàng)目背景

　　拉林鐵路藏嘎隧道位于青念青唐古拉山與喜馬拉雅山之間的藏南谷地高山區(qū),隧道施工期間常出現(xiàn)突泥涌水、圍巖大變形等異?，F(xiàn)象,嚴(yán)重影響施工安全及進(jìn)度。

　　(二)技術(shù)概況

　　(1)構(gòu)建了高海拔地區(qū)冰水堆積體隧道開挖精細(xì)化模擬及宏-細(xì)觀力學(xué)響應(yīng)分析體系。

　　(2)明確了高海拔地區(qū)冰水堆積體隧道圍巖加固標(biāo)準(zhǔn)及穩(wěn)定性控制技術(shù)。

　　(3)揭示了高海拔隧道節(jié)理化蝕變花崗巖地層圍巖大變形機(jī)理。

　　(4)研發(fā)了以長短錨桿、雙層支護(hù)為主的防抗結(jié)合的控制圍巖大變形綜合技術(shù)。

　　(5)總結(jié)了高海拔不良地質(zhì)條件隧道施工安全控制的成套工藝。

　　(三)適用范圍

　　適用于高海拔不良地質(zhì)條件下隧道圍巖穩(wěn)定和大變形控制。

　　(四)獲獎(jiǎng)情況

　　中國交通運(yùn)輸協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)。

項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

　　(1)構(gòu)建了高海拔地區(qū)冰水堆積體隧道開挖精細(xì)化模擬及宏-細(xì)觀力學(xué)響應(yīng)分析體系:基于數(shù)字圖像技術(shù),建立塊石數(shù)據(jù)庫,提出高海拔地區(qū)冰水堆積體精細(xì)化地層模型的構(gòu)建方法,提出了冰水堆積體隧道圍巖的宏、細(xì)觀破壞特征。

　　(2)明確了高海拔地區(qū)冰水堆積體隧道圍巖加固標(biāo)準(zhǔn)及穩(wěn)定性控制技術(shù):針對(duì)季節(jié)性降水對(duì)高海拔冰水堆積體工程特性的影響,提出了因季節(jié)而異的隧道圍巖加固方案。在此基礎(chǔ)上,研發(fā)了精密地質(zhì)預(yù)報(bào)、富水段落圍巖土壓測試等技術(shù)手段,建立了對(duì)富水軟弱冰水堆積體地層隧道圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)體系。

　　(3)揭示了高海拔隧道節(jié)理化蝕變花崗巖地層圍巖大變形機(jī)理:基于隧道監(jiān)控量測結(jié)果與數(shù)值模擬手段,分析了節(jié)理化蝕變花崗巖地層圍巖大變形特征,獲得了高海拔隧道節(jié)理化蝕變花崗巖地層圍巖大變形規(guī)律,并基于監(jiān)控量測結(jié)果提出了一種不同施工階段圍巖變形預(yù)測方法。

　　(4)研發(fā)了以長短錨桿、雙層支護(hù)為主的防抗結(jié)合的控制圍巖大變形綜合技術(shù):采用數(shù)值模擬與實(shí)測對(duì)比進(jìn)行了支護(hù)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化,提出了一種以長短錨桿、雙層支護(hù)為主的防抗結(jié)合的控制圍巖大變形綜合技術(shù)方法。

　　(5)總結(jié)了高海拔不良地質(zhì)條件隧道施工安全控制的成套工藝:藏噶隧道的施工過程中出現(xiàn)了突水涌泥、大變形、巖爆及高地溫等多種施工安全隱患。在此基礎(chǔ)上,采用成套工藝保障了高海拔不良地質(zhì)條件藏噶隧道的施工安全。

同類項(xiàng)目比較

　　(1)本技術(shù)采用數(shù)字圖像處理及蒙特卡洛隨機(jī)投放技術(shù)構(gòu)建塊石輪廓數(shù)據(jù)庫,首次基于多尺度分析以及局部粗粒化的等效思想,結(jié)合塊石真實(shí)輪廓形狀對(duì)工程尺度下的冰水堆積體地層模型進(jìn)行數(shù)值建模,在保證計(jì)算效率的基礎(chǔ)上精確反映冰水堆積體的細(xì)觀結(jié)構(gòu)及力學(xué)特征。

　　(2)本技術(shù)相較于國內(nèi)外冰水堆積體隧道開挖圍巖力學(xué)響應(yīng)研究,基于冰水堆積體地層精細(xì)化數(shù)值模型,分別采用有限差分法和顆粒離散元法進(jìn)行隧道開挖模擬,對(duì)開挖擾動(dòng)作用下滿足細(xì)觀特征的冰水堆積體隧道圍巖破壞特征及力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行宏-細(xì)觀分析。

　　(3)本技術(shù)相較于國內(nèi)外冰水堆積體段隧道圍巖加固及施工控制技術(shù)研究,基于工程水文地質(zhì)情況以及數(shù)值分析結(jié)果,提出相應(yīng)的圍巖加固標(biāo)準(zhǔn)。

　　(4)本技術(shù)相較于國內(nèi)外節(jié)理化蝕變花崗巖圍巖大變形特征及機(jī)理方面,基于監(jiān)測數(shù)據(jù)分析了節(jié)理化蝕變花崗巖圍巖大變形特征,并分別采用指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)模型對(duì)各階段的變形規(guī)律進(jìn)行描述;首次結(jié)合調(diào)研資料及藏噶隧道節(jié)理化蝕變花崗巖地層相關(guān)資料,分析了該地層隧道圍巖大變形機(jī)理,能夠較好地描述圍巖變形,分析圍巖變形機(jī)理,并可在后續(xù)施工過程對(duì)圍巖變形起到預(yù)測的作用。

　　(5)本技術(shù)相較于國內(nèi)外節(jié)理化蝕變花崗巖圍巖大變形的控制措施,采用應(yīng)變軟化本構(gòu)模型對(duì)節(jié)理化蝕變花崗巖圍巖的大變形進(jìn)行反演模擬,首次提出“調(diào)整邊墻曲率、加大預(yù)留變形量、長短錨桿結(jié)合、雙層初支支護(hù)體系冶的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,具有創(chuàng)新性與適用性。

　　(6)本技術(shù)相較于國內(nèi)外高海拔不良地質(zhì)條件隧道的施工安全控制工藝,采用針對(duì)性的爆破方案減小了巖爆對(duì)施工安全的影響;采用新型襯砌結(jié)構(gòu)與隔熱材料降低了施工環(huán)境溫度;密切結(jié)合熱害等級(jí),制定了系統(tǒng)的勞動(dòng)保障措施。

應(yīng)用案例

　　針對(duì)藏噶隧道高海拔隧道不良地質(zhì)施工環(huán)境,針對(duì)高地溫、巖爆等問題,形成了系統(tǒng)的勞動(dòng)保護(hù)措施,針對(duì)性地提出了施工工法,并提出系列支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化施工與養(yǎng)護(hù)措施。冰水沉積層與節(jié)理化蝕變花崗巖地層分別于2017年9月26日、2017年10月12日順利通過。

社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益

　　本項(xiàng)目的研發(fā)及應(yīng)用,確保了隧道典型不良地質(zhì)段施工人員安全,保證了隧道施工的安全、質(zhì)量、工期。研發(fā)及實(shí)施過程中,緊緊圍繞創(chuàng)建節(jié)約型企業(yè)、大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)管理思路,開展以“節(jié)能、減排、降耗、增效冶為主題的環(huán)保節(jié)能工作,通過采用先進(jìn)的施工技術(shù),環(huán)保得到了保證,同時(shí)降低了能源消耗,增加了企業(yè)效益,實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)保效益相統(tǒng)一。