《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）—第三部分隧道《高角度逆冲富水富砂断裂密集破碎断层带隧道修建关键技术》

本期项目简介

完成单位: 中铁二十局集团第六工程有限公司、 中铁二十局集团有限公司、 中铁十六局集团有限公司

主要完成人: 张旭辉、 高雷州、 谢江胜、李胜义、 关为民、 刘德兵、 赵志辉、 胡晓辉、 林海、 袁战会、 朱红桃、 杨荣辉、 常运超、 张晓松、王四伟

项目简介

　　怀化至邵阳至衡阳铁路位于湖南省西南地区,正线全长318公里。由中铁二十局集团第六工程有限公司承建的岩鹰鞍隧道穿越湘西复杂艰险山区,该隧道共穿越7条断层,其中F4断层及影响带宽度达350m,断层带砂石混杂且高压富水,其规模及复杂程度均为国内外所罕见。由于原有隧道施工方法存在对灾害探测不准、危害评价不精确等问题,2016年1月施工中突发大量涌水涌砂并伴有坍塌事故,导致该隧道停工9个月。

　　项目成立专家组和技术攻关团队,制定了各类针对性的专项施工方案,并邀请国内专家进行多次论证,对富水富砂复杂地质条件潜在灾害预测和应急逃生、新型截泄水方法、开挖与支护等安全预控与保障技术开展了系统深入研究。最终克服了断层富水砂层地段施工难题,圆满地完成了施工任务。经湖南省建筑科学研究院有限公司成果鉴定,项目组总结提炼的“高角度逆冲富水富砂断层带隧道修建关键技术冶总体达到了国际先进水平。构建了隧道施工重大风险多手段、多层次、高精度、逐级递进的风险跟踪预判机制,解决了复杂地质隧道风险评价不准确问题;提出了复杂环境隧道施工风险监测监控感知与逃生路径抉择方法,解决了富水富砂复杂地质隧道风险应急决策难题,创新了富水富砂复杂地质隧道截、堵、排整套防排水施工技术,解决了高压水隧道施工技术难题;创新了湖南山区高速铁路富水富砂复杂地质隧道竖撑小错距三台阶四步法开挖方法和控制爆破技术,创造性运用了双层初期支技术,探明了双层初支结构下围岩与结构的力学行为及其演化规律,解决了复杂地质条件隧道围岩变形控制难题。

　　获得湖南省科技厅科技进步奖二等奖、中国交通运输协会科技进步奖一等奖,获得授权国家发明专利6项、实用新型专利10项,获得省级工法1项,出版专著1部,发表科技论文12篇。

项目创新点

　　(1)建立了湖南山区高速铁路富水富砂复杂地质隧道施工灾害串联模型预测方法,构建了隧道施工重大风险多手段、多层次、高精度、逐级递进的风险跟踪预判机制,解决了复杂地质隧道风险评价不准确问题;提出了复杂环境隧道施工风险监测监控感知与逃生路径抉择方法,解决了富水富砂复杂地质隧道风险应急决策难题。

　　(2)提出了湖南山区高速铁路隧道施工防排水截、堵、排新理念,构建了高位截水降压、注浆封堵、限量排放的防排水体系,创新了富水富砂复杂地质隧道截、堵、排整套防排水施工技术,解决了高压水隧道施工技术难题,为高压富水富砂复杂地质隧道较大断面开挖创造了条件,同时能有效减小高压水对运营期结构安全影响。

　　(3)创新了湖南山区高速铁路富水富砂复杂地质隧道竖撑小错距三台阶四步法开挖方法和控制爆破技术;研究了N层初期支护体系及其适用条件,创造性运用了双层初期支护技术,探明了双层初支结构下围岩与结构的力学行为及其演化规律,解决了复杂地质条件隧道围岩变形控制难题。

同类项目比较

　与国外同类技术相比, 指标评价见表 1。

应用案例

　　中铁二十局集团有限公司、中铁二十局集团第六工程有限公司综合运用理论分析、数值仿真和现场试验等手段,研究出了“高角度逆冲富水富砂断层带隧道修建关键技术冶。2016年5月至2018年11月,该成果在怀邵衡铁路有限责任公司建设的怀邵衡铁路上成功应用,2018年12月怀邵衡铁路通过了由中国铁路总公司组成的初步验收委员会验收;2019年6月至2020年2月,该成果应用于中国铁建大桥工程局集团有限公司修建的张吉怀铁路丁王隧道;2019年6月至2020年4月,该成果应用于中铁十二局集团有限公司修建的张吉怀铁路邓家坡隧道,取得了较好的经济、社会效益和生态与环境效益,具有极大的推广应用价值。

社会效益与经济效益

　　课题研究的高角度逆冲富水富砂断层带隧道修建关键技术,成功应用于怀邵衡铁路岩鹰鞍隧道F4断层带及张吉怀铁路隧道工程,保证了穿越高角度逆冲富水富砂断层带的岩鹰鞍隧道工程安全按期顺利建成,有效地保障了良好的作业秩序和良好的社会环境,推动了施工技术进步,为高角度逆冲富水富砂断层带隧道施工提供了成熟可靠技术,为我国政府从战略层面提出“一带一路冶倡议、高铁走出去及加快中西部交通枢纽的建设提供了成功经验。施工过程中获得了各方一致好评,确保了按期通车,社会效益显著。该技术的应用为怀邵衡铁路节约工程建设成本15902.9万元,为张吉怀铁路节约工程建设成本4100万元,合计20002.9万元,经济效益显著。