《交通運輸科學(xué)技術(shù)新成果推廣目錄》（２０２０）—第三部分隧道《復(fù)雜山區(qū)軟弱地層隧道圍巖漸進失穩(wěn)機理與快速施工關(guān)鍵技術(shù)》

本期項目簡介

完成單位: 中鐵隧道集團二處有限公司、中鐵隧道局集團有限公司、 西南石油大學(xué)

主要完成人: 胡啟軍、 胡忠寶、 于家武、裴生平、 李志軍、 何樂平、 張成勇、 劉遠新、 李亮亮、 駱保軍

項目簡介

　　(一)項目背景

　　我國軟弱地層分布十分廣泛,在“一帶一路冶倡議、西部大開發(fā)等戰(zhàn)略對區(qū)域基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求的引導(dǎo)下,富水、高寒等復(fù)雜山區(qū)環(huán)境下軟弱地層隧道工程數(shù)量與日俱增,加之隧道工程體量也越來越大,大跨、深埋、超長等超常規(guī)模隧道工程屢見不鮮,給我國隧道工程建設(shè)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。長期以來,諸多學(xué)者已針對軟弱地層隧道建設(shè)取得了系列有價值的理論與技術(shù)成果,但對于復(fù)雜山區(qū)環(huán)境下大型軟弱地層隧道圍巖漸進失穩(wěn)機理與快速施工技術(shù)仍缺乏普遍適用的圍巖失穩(wěn)破壞理論、建造技術(shù)及裝備體系、安全監(jiān)測技術(shù)。因此,系統(tǒng)性研究復(fù)雜山區(qū)軟弱地層隧道圍巖漸進失穩(wěn)機理與快速施工關(guān)鍵技術(shù),對于有效支撐我國軟弱地層隧道工程安全、快速、智慧建設(shè)具有重要意義。

　　(二)技術(shù)概況

　　本項目主要立足于復(fù)雜山區(qū)軟弱地層隧道建造全過程。為保障隧道建造全過程財產(chǎn)和施工人員生命安全,首先結(jié)合隧道軟弱圍巖結(jié)構(gòu)面位移軟化“鏈式傳遞冶的時間效應(yīng)特征,揭示了軟弱地層隧道圍巖漸進失穩(wěn)機理,為隧道圍巖穩(wěn)定性控制技術(shù)提供了理論指導(dǎo);然后基于隧道圍巖漸進失穩(wěn)機理,研發(fā)了軟弱圍巖隧道開挖-支護、防排水等快速施工成套技術(shù),實現(xiàn)了軟弱巖體隧道的安全快速施工;最后研發(fā)了機器視覺表面變形與光纖光柵深部變形技術(shù)聯(lián)合的隧道施工監(jiān)測技術(shù)體系,實現(xiàn)了隧道建造過程中圍巖變形的無人化實時監(jiān)測。

　　(三)適用范圍

　　本項目主要適用于指導(dǎo)復(fù)雜山區(qū)軟弱巖體地層隧道施工過程中圍巖穩(wěn)定性控制與安全快速施工。

　　(四)獲獎情況

　　本項目研究內(nèi)容獲2020年度中國交通運輸協(xié)會科技進步二等獎。

項目創(chuàng)新點

　　(1)結(jié)合隧道軟弱圍巖結(jié)構(gòu)面位移軟化“鏈式傳遞冶的時間效應(yīng)特征,揭示了軟弱地層隧道圍巖漸進失穩(wěn)機理。

　　(2)研發(fā)了軟弱圍巖隧道開挖-支護、防排水、通風(fēng)等快速施工成套技術(shù),研制了適用于多場景的軟弱地層隧道多功能、便捷化成套建造裝備,解決了軟弱地層隧道的安全快速施工難題,提升了隧道機械化施工水平。

　　(3)研發(fā)了機器視覺表面變形監(jiān)測與深部變形光纖監(jiān)測聯(lián)合的隧道施工監(jiān)測技術(shù)體系,開發(fā)了隧道圍巖變形實時共享與安全風(fēng)險智慧管控平臺。

同類項目比較

國內(nèi)外同類項目的對比見表 1。

應(yīng)用案例

　　(一)大小鉆頭組合擴孔提高軟巖隧道單根錨索鉆孔效率方法針對軟巖大變形隧道錨索成孔問題,采用組合鉆頭進行鉆孔,原理是大小鉆頭組合,小鉆頭在前,大鉆頭在后進行擴孔,組合鉆頭具有導(dǎo)向性,解決了孔道彎曲的問題,技術(shù)成功應(yīng)用于渭武高速木寨嶺隧道。

　　(二)富水地層的斷面設(shè)水倉抽排水方法利用隧底仰拱填充空間縱向設(shè)置數(shù)個獨立大容量水倉,最大抽排能力達7820m3/h,消除了富水隧道淹井風(fēng)險,實現(xiàn)施工及運營兩個時期的順利排水,成果應(yīng)用于京張鐵路正盤臺隧道。

社會效益與經(jīng)濟效益

　　(一)社會效益

　　本項目的完成,對沖破南海封鎖線,帶動“一帶一路冶沿線經(jīng)濟發(fā)展有著深遠的意義,是維護國家統(tǒng)一、邊疆穩(wěn)定的關(guān)鍵國防工程建設(shè)。同時,本項目積極響應(yīng)黨和國家打贏脫貧攻堅戰(zhàn)、防疫復(fù)工的號召,做到防疫與生產(chǎn)兩不誤、兩手抓、兩促進,把影響施工進度因素降到最低。未來,本項目研究成果可為世界復(fù)雜環(huán)境下大型軟弱地層隧道工程建設(shè)提供中國方案,助推世界軟弱地層隧道工程走向更安全、更快速、更智慧的時代。

　　(二)經(jīng)濟效益

　　項目成果成功應(yīng)用于蘭渝鐵路木寨嶺隧道、川藏鐵路嘎拉山隧道、麗香鐵路中義隧道等多個國家戰(zhàn)略層面的關(guān)鍵鐵路、公路線控制工程。近三年累計為應(yīng)用單位新增銷售額252383.88萬元、新增稅收9002.43萬元、新增利潤達到49935.90萬元。