项目编号I16-2017-019
项目名称复杂条件下大型海底隧道钻爆法建造关键技术研究及应用
候选单位北京交通大学
青岛国信胶州湾交通有限公司
厦门路桥工程投资发展有限公司
候选人张顶立 郭衍敬 曲立清 陈铁林 房 倩 张建斌 张成平 苏 洁 侯艳娟 李鹏飞 黄明琦 宋浩然 李 兵 李新宇 文 明
项目简介    我国海峡、海湾众多,海底隧道已成为解决跨峡湾交通瓶颈的重大需求。海底隧道多采用钻爆法施工,建设难度大、风险高,其核心问题是施工中突涌水事故的防治和运营中排水量的控制。国外海底隧道修建中曾出现过多次灾难性的突涌水事故,运营中排水量很大,如日本青函隧道发生4次重大突涌水事故,运营初期排水量高达60000m3/d。为此,在国家“863”计划、国家自然科学基金项目等支持下,通过理论研究与实践,取得了系统的研究成果,为我国厦门翔安海底隧道和青岛胶州湾海底隧道工程建设起了关键作用。 (1)揭示了海底隧道突水机理,提出了海底隧道安全性的变形控制方法。建立海底隧道三种突水模式的力学模型,提出隧道围岩变形与海床安全性的动态关系,实现施工过程的精细化控制;明确将水致灾害作为海底隧道的核心安全风险,建立隧道极限顶板厚度的概念,提升海底隧道钻爆法施工的适应性。 (2)建立不良地质条件下大断面海底隧道安全施工技术体系。为控制海底隧道突涌水,开发复合注浆新技术。通过工艺复合和材料复合,融合了劈裂与挤密作用,实现对劈裂、挤压注浆的分阶段控制,形成的复合结构体可满足地层加固与堵水的差异性要求,使海底隧道不良地质段的安全施工成为可能。提出以堵水率、加固体强度和完整性作为注浆效果的评价指标,提高了可靠性。 (3)提出了基于排水量控制的隧道设计方法,明确了围岩加固圈堵水的主体地位,实现了可主动控制的“堵水限排“。按照原始渗水量划分隧道围岩等级,据此制定排水量控制标准,通过“地层-结构“水耦合模型的分析,得出了加固圈和初期支护水荷载的计算方法;基于加固圈形成机理及作用特性的分析,提出了加固圈和初期支护内侧渗水量预测方法;建立了二次衬砌安全储备系数与隧道排水量之间的动态关系,为隧道结构设计提供了依据。 (4)创立基于核心风险的安全保障体系,形成高风险重大工程管理新模式。以突涌水为海底隧道核心风险,并将其作为建设全过程的安全控制主线,从地质勘察、建造技术、工程质量控制和建设管理等方面实现了对重大隐患的全过程控制,形成了高风险重大工程建设管理的模式。 以不良地层的科学加固、施工过程的精细化控制和渗水量的高效防控技术为核心,形成了我国海底隧道钻爆法修建的技术体系,解决了海底隧道不良地质段的安全施工和隧道排水量的可靠控制等关键技术难题。近年来主办海底隧道国际会议2次,发表SCI、EI收录70余篇,获国家发明专利授权10余项,获软件著作权3项。

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