《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）—第三部分隧道《高压富水高铁大断面隧道智能安全快速建造关键技术》​

本期项目简介

完成单位: 武广铁路客运专线有限责任公司、 中铁十一局集团有限公司、 中国矿业大学(北京)、 山东大学、 中铁十八局集团有限公司、西南交通大学、 杭州图强工程材料有限责任公司、中铁五局集团第二工程有限责任公司

主要完成人: 高军、 杨立云、 张旭东、 林晓、 谭发刚、 罗红明、 吴德兴、 王东旭、 李俊、熊晓晖、 徐腾辉、 黄正凯、 黎建华、 王永太、 吴航通

项目简介

　　富水、动压影响是隧道变形与破坏的根本原因。隧道破碎围岩由于高水压或强烈采动影响,围岩中稳定结构遭到破坏,自稳定性变差,易诱发重大工程灾害,成为安全施工的威胁重大的一种地质灾害和工程隐患和关键技术难题。现有高压富水隧道灾变机理、围岩沉降控制和软弱围岩全断面安全掘进施工技术难以满足高速铁路安全快速建造要求。中铁十一局等单位依托渝万、郑万、怀邵衡、渝黔、贵南、京广、合安九等十余条高铁隧道建设,开展了系统研究和工程实践,突破高压富水高铁大断面隧道智能安全快速建造的技术瓶颈,形成了高压富水高铁大断面隧道智能安全快速建造关键技术,应用于多项国家重点高铁工程。主要创新性成果如下:

　　(1)提出了基于三维高通量数据分析的破碎带动水量JPCG高精度测算方法,研发了CSH高压注浆技术,形成了破碎带动水处治技术体系。

　　(2)研发了动水破碎带超前预报可视化系统,实现了不良地质体的智能化精准预报。

　　(3)创新性建立了软弱围岩超前高压注浆、初期支护早高强喷射混凝土超欠挖控制、长大隧道远距离通风、涨壳式预应力中空注浆锚杆等施工工艺,实现了全断面隧道高效率、高质量施工。

　　(4)首次建立了富水破碎围岩隧道全断面机械化智能施工技术,攻克了高速铁路动水破碎围岩隧道全断面安全快速施工技术难题,实现了V级围岩高铁隧道全断面安全高效掘进施工。成果纳入8部规范,获国家级工法2项,省部级工法37项,授权发明专利38件,实用新型26件,软件著作权58项,出版专著10部,发表论文140篇。成果在渝万、郑万、贵南高铁等300多个高铁隧道建设中得到应用,创造产值503郾3亿元,实现利润58亿元,经专家评审,成果总体达到国际领先水平,对响应“一带一路冶倡议、川藏铁路建设,推动中国高铁走向世界具有重要意义。

项目创新点

　　(1)提出了基于三维高通量数据分析的破碎带动水量JPCG高精度测算方法,揭示全断面施工岩体变形力学行为机理,建立了拱顶的沉降作用隧道发生破坏的判据,为高压富水破碎带全断面施工围岩时空变形全过程控制奠定了理论基础。

　　(2)研发了动水破碎带超前预报可视化系统,建立了基于谱能比分析的弱信号提取技术,并实现了三维成像,实现多角度、影像化反映水体和破碎体分布范围和规模,实现智能化精准预报。

　　(3)创新性建立了软弱围岩超前高压注浆、初期支护早高强喷射混凝土超欠挖控制、涨壳式预应力中空注浆锚杆等施工新技术,实现了全断面隧道高效率、高质量施工。

　　(4)建立了动水破碎围岩隧道全断面机械化智能施工技术,开发了软弱破碎围岩隧道掘进爆破推理系统和爆破图表绘制系统的智能设计系统。建立了全断面施工模式的围岩稳定性和技术经济性评价体系。攻克了高速铁路动水破碎围岩隧道全断面安全快速施工技术难题,实现了V级全断面安全高效掘进。

同类项目比较

国内外同类项目的比较见表 1。

应用案例

　　在郑万高铁隧道建设中,对23个普通工法和21个全断面工法工作面施工统计分析,对单位产量折算费用进行经济分析评价。基于全断面的隧道施工技术效率提高了43%,隧道施工成本降低了26%,掘进作业率由21%提高到48%,IV、V级围岩月进度由台阶法平均60m改为全断面施工提升到115m,最高月进度达到130m,创造钻爆法施工世界纪录。大大缩短施工工期、节省建设投资。

社会效益与经济效益

　　研究成果已先后在我国四川、重庆、湖南、湖北、广东、云南、贵州等省区贵南、渝黔、渝万、京石武、武广、武九、合安九、郑万、怀韶衡等十余条复杂富水软弱破碎地质高铁隧道成功进行了推广应用,有效解决地质灾害防治难题,提高了生产能力和智能化水平,有力保证了复杂深部岩溶地质高铁隧道的安全快速建造。据已竣工验收的8家企业(35个标段)2015、2016、2017年合计完成高铁线路约450km,完成施工产值500亿元,完成运营收入630亿元。研究成果对于提高我国高铁隧道建造和运营安全水平和推动行业科技进步意义重大,具有广阔应用前景。在中国铁路建设的龙头企业的推广应用,攻克长大富水破碎带隧道全断面施工的世界性技术难题,取得重大经济效益和社会效益。