《交通運輸科學(xué)技術(shù)新成果推廣目錄》（２０２０）—第三部分隧道《高壓富水高鐵大斷面隧道智能安全快速建造關(guān)鍵技術(shù)》?

本期項目簡介

完成單位: 武廣鐵路客運專線有限責(zé)任公司、 中鐵十一局集團(tuán)有限公司、 中國礦業(yè)大學(xué)(北京)、 山東大學(xué)、 中鐵十八局集團(tuán)有限公司、西南交通大學(xué)、 杭州圖強(qiáng)工程材料有限責(zé)任公司、中鐵五局集團(tuán)第二工程有限責(zé)任公司

主要完成人: 高軍、 楊立云、 張旭東、 林曉、 譚發(fā)剛、 羅紅明、 吳德興、 王東旭、 李俊、熊曉暉、 徐騰輝、 黃正凱、 黎建華、 王永太、 吳航通

項目簡介

　　富水、動壓影響是隧道變形與破壞的根本原因。隧道破碎圍巖由于高水壓或強(qiáng)烈采動影響,圍巖中穩(wěn)定結(jié)構(gòu)遭到破壞,自穩(wěn)定性變差,易誘發(fā)重大工程災(zāi)害,成為安全施工的威脅重大的一種地質(zhì)災(zāi)害和工程隱患和關(guān)鍵技術(shù)難題?，F(xiàn)有高壓富水隧道災(zāi)變機(jī)理、圍巖沉降控制和軟弱圍巖全斷面安全掘進(jìn)施工技術(shù)難以滿足高速鐵路安全快速建造要求。中鐵十一局等單位依托渝萬、鄭萬、懷邵衡、渝黔、貴南、京廣、合安九等十余條高鐵隧道建設(shè),開展了系統(tǒng)研究和工程實踐,突破高壓富水高鐵大斷面隧道智能安全快速建造的技術(shù)瓶頸,形成了高壓富水高鐵大斷面隧道智能安全快速建造關(guān)鍵技術(shù),應(yīng)用于多項國家重點高鐵工程。主要創(chuàng)新性成果如下:

　　(1)提出了基于三維高通量數(shù)據(jù)分析的破碎帶動水量JPCG高精度測算方法,研發(fā)了CSH高壓注漿技術(shù),形成了破碎帶動水處治技術(shù)體系。

　　(2)研發(fā)了動水破碎帶超前預(yù)報可視化系統(tǒng),實現(xiàn)了不良地質(zhì)體的智能化精準(zhǔn)預(yù)報。

　　(3)創(chuàng)新性建立了軟弱圍巖超前高壓注漿、初期支護(hù)早高強(qiáng)噴射混凝土超欠挖控制、長大隧道遠(yuǎn)距離通風(fēng)、漲殼式預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿等施工工藝,實現(xiàn)了全斷面隧道高效率、高質(zhì)量施工。

　　(4)首次建立了富水破碎圍巖隧道全斷面機(jī)械化智能施工技術(shù),攻克了高速鐵路動水破碎圍巖隧道全斷面安全快速施工技術(shù)難題,實現(xiàn)了V級圍巖高鐵隧道全斷面安全高效掘進(jìn)施工。成果納入8部規(guī)范,獲國家級工法2項,省部級工法37項,授權(quán)發(fā)明專利38件,實用新型26件,軟件著作權(quán)58項,出版專著10部,發(fā)表論文140篇。成果在渝萬、鄭萬、貴南高鐵等300多個高鐵隧道建設(shè)中得到應(yīng)用,創(chuàng)造產(chǎn)值503郾3億元,實現(xiàn)利潤58億元,經(jīng)專家評審,成果總體達(dá)到國際領(lǐng)先水平,對響應(yīng)“一帶一路冶倡議、川藏鐵路建設(shè),推動中國高鐵走向世界具有重要意義。

項目創(chuàng)新點

　　(1)提出了基于三維高通量數(shù)據(jù)分析的破碎帶動水量JPCG高精度測算方法,揭示全斷面施工巖體變形力學(xué)行為機(jī)理,建立了拱頂?shù)某两底饔盟淼腊l(fā)生破壞的判據(jù),為高壓富水破碎帶全斷面施工圍巖時空變形全過程控制奠定了理論基礎(chǔ)。

　　(2)研發(fā)了動水破碎帶超前預(yù)報可視化系統(tǒng),建立了基于譜能比分析的弱信號提取技術(shù),并實現(xiàn)了三維成像,實現(xiàn)多角度、影像化反映水體和破碎體分布范圍和規(guī)模,實現(xiàn)智能化精準(zhǔn)預(yù)報。

　　(3)創(chuàng)新性建立了軟弱圍巖超前高壓注漿、初期支護(hù)早高強(qiáng)噴射混凝土超欠挖控制、漲殼式預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿等施工新技術(shù),實現(xiàn)了全斷面隧道高效率、高質(zhì)量施工。

　　(4)建立了動水破碎圍巖隧道全斷面機(jī)械化智能施工技術(shù),開發(fā)了軟弱破碎圍巖隧道掘進(jìn)爆破推理系統(tǒng)和爆破圖表繪制系統(tǒng)的智能設(shè)計系統(tǒng)。建立了全斷面施工模式的圍巖穩(wěn)定性和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評價體系。攻克了高速鐵路動水破碎圍巖隧道全斷面安全快速施工技術(shù)難題,實現(xiàn)了V級全斷面安全高效掘進(jìn)。

同類項目比較

國內(nèi)外同類項目的比較見表 1。

應(yīng)用案例

　　在鄭萬高鐵隧道建設(shè)中,對23個普通工法和21個全斷面工法工作面施工統(tǒng)計分析,對單位產(chǎn)量折算費用進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析評價。基于全斷面的隧道施工技術(shù)效率提高了43%,隧道施工成本降低了26%,掘進(jìn)作業(yè)率由21%提高到48%,IV、V級圍巖月進(jìn)度由臺階法平均60m改為全斷面施工提升到115m,最高月進(jìn)度達(dá)到130m,創(chuàng)造鉆爆法施工世界紀(jì)錄。大大縮短施工工期、節(jié)省建設(shè)投資。

社會效益與經(jīng)濟(jì)效益

　　研究成果已先后在我國四川、重慶、湖南、湖北、廣東、云南、貴州等省區(qū)貴南、渝黔、渝萬、京石武、武廣、武九、合安九、鄭萬、懷韶衡等十余條復(fù)雜富水軟弱破碎地質(zhì)高鐵隧道成功進(jìn)行了推廣應(yīng)用,有效解決地質(zhì)災(zāi)害防治難題,提高了生產(chǎn)能力和智能化水平,有力保證了復(fù)雜深部巖溶地質(zhì)高鐵隧道的安全快速建造。據(jù)已竣工驗收的8家企業(yè)(35個標(biāo)段)2015、2016、2017年合計完成高鐵線路約450km,完成施工產(chǎn)值500億元,完成運營收入630億元。研究成果對于提高我國高鐵隧道建造和運營安全水平和推動行業(yè)科技進(jìn)步意義重大,具有廣闊應(yīng)用前景。在中國鐵路建設(shè)的龍頭企業(yè)的推廣應(yīng)用,攻克長大富水破碎帶隧道全斷面施工的世界性技術(shù)難題,取得重大經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。