《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）—第三部分隧道《高海拔不良地质条件藏噶隧道围岩稳定和大变形控制关键技术》​

本期项目简介

完成单位: 中铁五局集团有限公司、 中铁五局集团第一工程有限责任公司、 中南大学

主要完成人: 杨俊峰、 陈敏、 赵建斌、 杨锡斌、 黄光、 彭雨杨、 刘磊、 林巍杰

项目简介

　　(一)项目背景

　　拉林铁路藏嘎隧道位于青念青唐古拉山与喜马拉雅山之间的藏南谷地高山区,隧道施工期间常出现突泥涌水、围岩大变形等异常现象,严重影响施工安全及进度。

　　(二)技术概况

　　(1)构建了高海拔地区冰水堆积体隧道开挖精细化模拟及宏-细观力学响应分析体系。

　　(2)明确了高海拔地区冰水堆积体隧道围岩加固标准及稳定性控制技术。

　　(3)揭示了高海拔隧道节理化蚀变花岗岩地层围岩大变形机理。

　　(4)研发了以长短锚杆、双层支护为主的防抗结合的控制围岩大变形综合技术。

　　(5)总结了高海拔不良地质条件隧道施工安全控制的成套工艺。

　　(三)适用范围

　　适用于高海拔不良地质条件下隧道围岩稳定和大变形控制。

　　(四)获奖情况

　　中国交通运输协会科学技术奖三等奖。

项目创新点

　　(1)构建了高海拔地区冰水堆积体隧道开挖精细化模拟及宏-细观力学响应分析体系:基于数字图像技术,建立块石数据库,提出高海拔地区冰水堆积体精细化地层模型的构建方法,提出了冰水堆积体隧道围岩的宏、细观破坏特征。

　　(2)明确了高海拔地区冰水堆积体隧道围岩加固标准及稳定性控制技术:针对季节性降水对高海拔冰水堆积体工程特性的影响,提出了因季节而异的隧道围岩加固方案。在此基础上,研发了精密地质预报、富水段落围岩土压测试等技术手段,建立了对富水软弱冰水堆积体地层隧道围岩稳定性评价体系。

　　(3)揭示了高海拔隧道节理化蚀变花岗岩地层围岩大变形机理:基于隧道监控量测结果与数值模拟手段,分析了节理化蚀变花岗岩地层围岩大变形特征,获得了高海拔隧道节理化蚀变花岗岩地层围岩大变形规律,并基于监控量测结果提出了一种不同施工阶段围岩变形预测方法。

　　(4)研发了以长短锚杆、双层支护为主的防抗结合的控制围岩大变形综合技术:采用数值模拟与实测对比进行了支护设计方案优化,提出了一种以长短锚杆、双层支护为主的防抗结合的控制围岩大变形综合技术方法。

　　(5)总结了高海拔不良地质条件隧道施工安全控制的成套工艺:藏噶隧道的施工过程中出现了突水涌泥、大变形、岩爆及高地温等多种施工安全隐患。在此基础上,采用成套工艺保障了高海拔不良地质条件藏噶隧道的施工安全。

同类项目比较

　　(1)本技术采用数字图像处理及蒙特卡洛随机投放技术构建块石轮廓数据库,首次基于多尺度分析以及局部粗粒化的等效思想,结合块石真实轮廓形状对工程尺度下的冰水堆积体地层模型进行数值建模,在保证计算效率的基础上精确反映冰水堆积体的细观结构及力学特征。

　　(2)本技术相较于国内外冰水堆积体隧道开挖围岩力学响应研究,基于冰水堆积体地层精细化数值模型,分别采用有限差分法和颗粒离散元法进行隧道开挖模拟,对开挖扰动作用下满足细观特征的冰水堆积体隧道围岩破坏特征及力学响应进行宏-细观分析。

　　(3)本技术相较于国内外冰水堆积体段隧道围岩加固及施工控制技术研究,基于工程水文地质情况以及数值分析结果,提出相应的围岩加固标准。

　　(4)本技术相较于国内外节理化蚀变花岗岩围岩大变形特征及机理方面,基于监测数据分析了节理化蚀变花岗岩围岩大变形特征,并分别采用指数函数、对数函数模型对各阶段的变形规律进行描述;首次结合调研资料及藏噶隧道节理化蚀变花岗岩地层相关资料,分析了该地层隧道围岩大变形机理,能够较好地描述围岩变形,分析围岩变形机理,并可在后续施工过程对围岩变形起到预测的作用。

　　(5)本技术相较于国内外节理化蚀变花岗岩围岩大变形的控制措施,采用应变软化本构模型对节理化蚀变花岗岩围岩的大变形进行反演模拟,首次提出“调整边墙曲率、加大预留变形量、长短锚杆结合、双层初支支护体系冶的优化设计方案,具有创新性与适用性。

　　(6)本技术相较于国内外高海拔不良地质条件隧道的施工安全控制工艺,采用针对性的爆破方案减小了岩爆对施工安全的影响;采用新型衬砌结构与隔热材料降低了施工环境温度;密切结合热害等级,制定了系统的劳动保障措施。

应用案例

　　针对藏噶隧道高海拔隧道不良地质施工环境,针对高地温、岩爆等问题,形成了系统的劳动保护措施,针对性地提出了施工工法,并提出系列支护结构的优化施工与养护措施。冰水沉积层与节理化蚀变花岗岩地层分别于2017年9月26日、2017年10月12日顺利通过。

社会效益与经济效益

　　本项目的研发及应用,确保了隧道典型不良地质段施工人员安全,保证了隧道施工的安全、质量、工期。研发及实施过程中,紧紧围绕创建节约型企业、大力发展循环经济的生产管理思路,开展以“节能、减排、降耗、增效冶为主题的环保节能工作,通过采用先进的施工技术,环保得到了保证,同时降低了能源消耗,增加了企业效益,实现了经济效益、社会效益和环保效益相统一。