《地下工程平衡稳定理论与关键技术及工程应用》

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随着中国城镇化和区域协调发展快速推进,按照规划需求修建地下工程必能会穿越复杂工程环境和不良地质条件地段,导致地下工程施工中发生坍塌、渗漏水、地层变形过大等问题。综合统计表明各类坍塌事故的死亡人数中,地下工程所占比例高达32.6%,除工程环境条件和人为因素外,更重要原因是缺少工程人员易于掌握的地下工程平衡稳定理论与配套的关键技术。

项目组围绕地下工程结构平衡稳定与关键技术及结构安全防治等方面开展系统研究与实践约15年,取得以下成果:

(1)基于工程结构稳定平衡与变形协调控制方法(项目组完成并推广),完善了项目组已建立的地下工程平衡稳定理论及已提出的配套"开挖能量控制技术、强预支护技术、受力独立性综合技术、变形协调控制技术"等关键技术,有效控制地下工程预先或及时或固有形成有效承载结构层,设计施工过程中合理支护结构构造和结构力学方法保障施工过程时空效应的力学变形控制措施以及基本维持岩土体(围岩)的原始状态,才能合理发挥岩土体(围岩)的自承能力;

(2)提出地下工程结构可用"基本维持岩土体(围岩)的原始状态"判断是否满足变形协调控制条件和规划制定地下工程设计施工方案,有利于实际应用上述理论和关键技术;

(3)揭示开挖卸荷过程中围岩变形-破裂响应规律及其力学机理是施工期围岩灾变预测及风险控制的理论基础。开发了岩体卸荷力学试验测试新系统,阐明了卸荷条件下岩体强度、变形模量及泊松比等参数动态弱化规律,揭示了开挖卸荷条件下围岩峰前及峰后能量积聚、耗散及释放的转化机理,建立卸荷条件下围岩裂隙动态扩展及岩桥贯通模式,以及岩土体地下工程结构控制安全边界线与变形协调控制关系曲线,为规划制定合适的设计施工方案打下基础;

(4)建立了软土地层双圆盾构机偏转造成地表沉降及地下土体变形的理论模型,提出了邻近基坑施工对既有盾构隧道衬砌影响的变形协调控制标准,建立了城市地铁车站桩-梁-拱(PBA法)开挖方法的侧桩内力计算公式;在此基础上,开发了浅埋下穿高速公路大断面隧道的施工方法等多个新方法,创新了隧道坍腔充填泡沫 等多个新型结构,为地下工程变形协调控制提供了更多新技术。

研究成果已出版专著9本,其中Springer出版专著1本,发表论文120余篇,其中SCI/EI收录论文100篇,已获专利授权17项,其中国家发明专利15项。研究成果已获得深基坑工程、隧道工程建设领域广泛认同并得到很好的应用验证,提高公路行业地下工程建设的技术水平,取得了良好的社会、经济、生态效益,具有广泛的应用价值。成果应用已取得重大经济效益,新增直接经济效益1.42余亿,新增利税1772余万元,创造间接经济效益2.27余亿。

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