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科研动态

秦岭终南山深埋特长公路隧道2号竖井下洞群建造关键技术研究

发布日期:2019-05-20 点击量:

终南山公路隧道2号竖井及其下洞群工程是已建秦岭公路隧道通风安全系统的重大工程。2号竖井下洞群埋深大,多次跨越既有隧道;空间结构复杂,应力高;围岩坚硬,岩爆易发。竖井下洞群施工时安全跨越既有隧道是地下隧道建设领域的重大难题。国内外关于直径大于10米深埋竖井下洞群多次跨越既有隧道的安全施工尚无成熟经验可借鉴。研究深埋高应力、坚硬围岩条件下多次跨越既有隧道洞群空间结构应力分布规律、岩爆预测与防治技术以及洞群安全施工方法,对隧道施工建造领域科技进步具有重要理论意义和工程实用价值。
难题一:深埋高应力坚硬工程岩体结构和地质缺陷具有隐蔽性、不确定性和时空变异性,岩爆灾害易发,如何识别与控制岩爆是难题。
难题二:洞群多次跨越既有隧道,若不能遏制洞群施工过程中对既有隧道的扰动破坏,则会造成灾难性后果,安全施工难度极大。
难题三:大跨变截面四连拱隧道洞群处于高应力岩爆易发区域,空间结构应力畸变显著,施工方法优化与动态控制是难题。
难题四:硬岩条件下大直径(10m以上)深竖井下洞群高效施工安全保障技术不足,保障安全施工与提高建造效率是难题。
围绕四大难题,明确攻关方向、研究关键技术、实现攻关目标。
1、针对深埋多次跨越既有隧道洞群,采用模型试验与理论分析相结合的方法,探索了高应力区岩爆发生机理和分布规律,提出了短进尺、弱爆破、浅孔爆破与控制超欠挖综合岩爆预防措施。揭示了深埋多次跨越既有隧道洞群围岩应力分布规律;提出隧道岩爆发生临界条件,定量划分岩爆强度与区域;提出短进尺、弱爆破、浅孔爆破与控制超欠挖的岩爆灾害预防措施.
2、自主设计研发高应力坚硬岩体隧道结构三维模型试验技术,为支护设计优化与岩爆灾害防治提供了理论依据和科学支撑。高应力坚硬岩体隧道结构三维模型试验装置系统;三维模型尺寸4.42×2.9×1.95m,最大垂直应力40MPa,测试系统包括应力、变形、内部动态损伤声发射(AE)、非开挖光学钻孔窥视观测等,揭示深埋洞群在动静多级组合加载条件和不同开挖模式下硬岩力学与变形动态演化规律,为工法优化创新与高应力坚硬岩体灾害防治提供科学支撑。
3、揭示了深埋隧道施工扰动应力的时空特征与演化规律,形成了多次跨越既有隧道施工技术、大跨渐变四联拱隧道施工技术和小断面大坡度隧道等成套施工技术,为洞群安全施工提供了技术支撑。提出多次跨越既有隧道爆破技术;大跨渐变四联拱隧道施工技术;小断面大坡度隧道施工技术.
4、针对成套硬岩施工保障技术不足问题,研究解决变角度有限空间开挖施工与灾害防治时空协同机制,保障了深埋高应力多次跨越既有隧道洞群的安全施工,提高了综合效率。自主研发声光电综合数字化现场探测技术;角度、有限空间施工保障技术.
本项目解决了大直径(12.4m)深竖井(661m)下隧道洞群岩爆预测与控制技术难题,成功遏制了岩爆灾害的发生,使本项目工程实现了安全施工“零死亡”。
2、本项目工程开挖段最高月进尺80.0m,月滑模衬砌236.0m,提前3个月实现竖井下隧道洞群安全贯通建成,创三项中国企业新纪录。
3、本项目研制的针对直径(12.4m)深竖井(661m)下洞群安全高效施工配套技术(ZL200920032511.6、ZL200920157250.0、ZL200920148453.3)及工法(GGG(中企)D1138-2009、GGG(中企)D2140-2009)属世界先进水平。
4、专家鉴定评价:达到国际先进水平。
本项目在深埋公路隧道安全高效建造关键技术方面取得系统性和开创性突破,创建工法2项;创全国记录3项;申获专利4项;公开发表论文10余篇。本项目直接节约工程费用1407.5万元。本成果成功应用于终南山隧道2号竖井下洞群工程施工,并在秦岭隧道1号和3号竖井工程施工中推广应用,取得了很好的效果。隧道竖井及其下洞群结构的安全高效建造技术不仅可产生很大的经济效益,而且具有重大的社会效益。本成果为隧道工程安全高效建设提供了重要科学技术支撑,对促进隧道建设领域科技进步将发挥重要作用。该项成果不仅可应用于公路隧道建设,而且在铁路、水电、矿山和城市地铁等领域具有广泛的推广应用前景。秦岭隧道竖井工程的建成,受到多家媒体报导。