《交通運輸科學(xué)技術(shù)新成果推廣目錄》（２０２０）—第三部分隧道《高角度逆沖富水富砂斷裂密集破碎斷層帶隧道修建關(guān)鍵技術(shù)》

本期項目簡介

完成單位: 中鐵二十局集團第六工程有限公司、 中鐵二十局集團有限公司、 中鐵十六局集團有限公司

主要完成人: 張旭輝、 高雷州、 謝江勝、李勝義、 關(guān)為民、 劉德兵、 趙志輝、 胡曉輝、 林海、 袁戰(zhàn)會、 朱紅桃、 楊榮輝、 常運超、 張曉松、王四偉

項目簡介

　　懷化至邵陽至衡陽鐵路位于湖南省西南地區(qū),正線全長318公里。由中鐵二十局集團第六工程有限公司承建的巖鷹鞍隧道穿越湘西復(fù)雜艱險山區(qū),該隧道共穿越7條斷層,其中F4斷層及影響帶寬度達350m,斷層帶砂石混雜且高壓富水,其規(guī)模及復(fù)雜程度均為國內(nèi)外所罕見。由于原有隧道施工方法存在對災(zāi)害探測不準(zhǔn)、危害評價不精確等問題,2016年1月施工中突發(fā)大量涌水涌砂并伴有坍塌事故,導(dǎo)致該隧道停工9個月。

　　項目成立專家組和技術(shù)攻關(guān)團隊,制定了各類針對性的專項施工方案,并邀請國內(nèi)專家進行多次論證,對富水富砂復(fù)雜地質(zhì)條件潛在災(zāi)害預(yù)測和應(yīng)急逃生、新型截泄水方法、開挖與支護等安全預(yù)控與保障技術(shù)開展了系統(tǒng)深入研究。最終克服了斷層富水砂層地段施工難題,圓滿地完成了施工任務(wù)。經(jīng)湖南省建筑科學(xué)研究院有限公司成果鑒定,項目組總結(jié)提煉的“高角度逆沖富水富砂斷層帶隧道修建關(guān)鍵技術(shù)冶總體達到了國際先進水平。構(gòu)建了隧道施工重大風(fēng)險多手段、多層次、高精度、逐級遞進的風(fēng)險跟蹤預(yù)判機制,解決了復(fù)雜地質(zhì)隧道風(fēng)險評價不準(zhǔn)確問題;提出了復(fù)雜環(huán)境隧道施工風(fēng)險監(jiān)測監(jiān)控感知與逃生路徑抉擇方法,解決了富水富砂復(fù)雜地質(zhì)隧道風(fēng)險應(yīng)急決策難題,創(chuàng)新了富水富砂復(fù)雜地質(zhì)隧道截、堵、排整套防排水施工技術(shù),解決了高壓水隧道施工技術(shù)難題;創(chuàng)新了湖南山區(qū)高速鐵路富水富砂復(fù)雜地質(zhì)隧道豎撐小錯距三臺階四步法開挖方法和控制爆破技術(shù),創(chuàng)造性運用了雙層初期支技術(shù),探明了雙層初支結(jié)構(gòu)下圍巖與結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為及其演化規(guī)律,解決了復(fù)雜地質(zhì)條件隧道圍巖變形控制難題。

　　獲得湖南省科技廳科技進步獎二等獎、中國交通運輸協(xié)會科技進步獎一等獎,獲得授權(quán)國家發(fā)明專利6項、實用新型專利10項,獲得省級工法1項,出版專著1部,發(fā)表科技論文12篇。

項目創(chuàng)新點

　　(1)建立了湖南山區(qū)高速鐵路富水富砂復(fù)雜地質(zhì)隧道施工災(zāi)害串聯(lián)模型預(yù)測方法,構(gòu)建了隧道施工重大風(fēng)險多手段、多層次、高精度、逐級遞進的風(fēng)險跟蹤預(yù)判機制,解決了復(fù)雜地質(zhì)隧道風(fēng)險評價不準(zhǔn)確問題;提出了復(fù)雜環(huán)境隧道施工風(fēng)險監(jiān)測監(jiān)控感知與逃生路徑抉擇方法,解決了富水富砂復(fù)雜地質(zhì)隧道風(fēng)險應(yīng)急決策難題。

　　(2)提出了湖南山區(qū)高速鐵路隧道施工防排水截、堵、排新理念,構(gòu)建了高位截水降壓、注漿封堵、限量排放的防排水體系,創(chuàng)新了富水富砂復(fù)雜地質(zhì)隧道截、堵、排整套防排水施工技術(shù),解決了高壓水隧道施工技術(shù)難題,為高壓富水富砂復(fù)雜地質(zhì)隧道較大斷面開挖創(chuàng)造了條件,同時能有效減小高壓水對運營期結(jié)構(gòu)安全影響。

　　(3)創(chuàng)新了湖南山區(qū)高速鐵路富水富砂復(fù)雜地質(zhì)隧道豎撐小錯距三臺階四步法開挖方法和控制爆破技術(shù);研究了N層初期支護體系及其適用條件,創(chuàng)造性運用了雙層初期支護技術(shù),探明了雙層初支結(jié)構(gòu)下圍巖與結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為及其演化規(guī)律,解決了復(fù)雜地質(zhì)條件隧道圍巖變形控制難題。

同類項目比較

　與國外同類技術(shù)相比, 指標(biāo)評價見表 1。

應(yīng)用案例

　　中鐵二十局集團有限公司、中鐵二十局集團第六工程有限公司綜合運用理論分析、數(shù)值仿真和現(xiàn)場試驗等手段,研究出了“高角度逆沖富水富砂斷層帶隧道修建關(guān)鍵技術(shù)冶。2016年5月至2018年11月,該成果在懷邵衡鐵路有限責(zé)任公司建設(shè)的懷邵衡鐵路上成功應(yīng)用,2018年12月懷邵衡鐵路通過了由中國鐵路總公司組成的初步驗收委員會驗收;2019年6月至2020年2月,該成果應(yīng)用于中國鐵建大橋工程局集團有限公司修建的張吉懷鐵路丁王隧道;2019年6月至2020年4月,該成果應(yīng)用于中鐵十二局集團有限公司修建的張吉懷鐵路鄧家坡隧道,取得了較好的經(jīng)濟、社會效益和生態(tài)與環(huán)境效益,具有極大的推廣應(yīng)用價值。

社會效益與經(jīng)濟效益

　　課題研究的高角度逆沖富水富砂斷層帶隧道修建關(guān)鍵技術(shù),成功應(yīng)用于懷邵衡鐵路巖鷹鞍隧道F4斷層帶及張吉懷鐵路隧道工程,保證了穿越高角度逆沖富水富砂斷層帶的巖鷹鞍隧道工程安全按期順利建成,有效地保障了良好的作業(yè)秩序和良好的社會環(huán)境,推動了施工技術(shù)進步,為高角度逆沖富水富砂斷層帶隧道施工提供了成熟可靠技術(shù),為我國政府從戰(zhàn)略層面提出“一帶一路冶倡議、高鐵走出去及加快中西部交通樞紐的建設(shè)提供了成功經(jīng)驗。施工過程中獲得了各方一致好評,確保了按期通車,社會效益顯著。該技術(shù)的應(yīng)用為懷邵衡鐵路節(jié)約工程建設(shè)成本15902.9萬元,為張吉懷鐵路節(jié)約工程建設(shè)成本4100萬元,合計20002.9萬元,經(jīng)濟效益顯著。