《地下工程穿越高速铁路的精细化控制技术及应用》

点击下载 ⇩

该项目属于土木建筑工程领域。铁路是国民经济的大动脉,高速铁路是技术创新与铁路现代化的时代标志。我国髙铁运营里程超过2.6万公里,运营和在建规模均为世界第一,随着城镇化战略的推进,道路、地铁等基础设施地下穿越高铁的需求剧增。下穿铁路施工受行车动荷载和开挖耦合影响,变形控制难,容易造成脱轨翻车、坍塌等事故,致使铁路运输和工程建设中断,是国际公认的工程难题。2017年德国进行下穿普速铁路施工时发生坍塌,导致欧洲铁路干线中断52天,隧道被迫改建。与下穿普铁相比,下穿高铁无砟轨道变形控制更严,仅允许轨面变形2mm,传统技术无法实现,在国际上尚无先例。为满足高铁网络化运营安全与基础设施互联互通的国家重大需求,经过近20年的探索与攻关,发明形成了下穿铁路的全套关键技术,实现了下穿铁路施工由列车限速45km/h到300km/h不限速,率先突破下穿高铁施工禁区。实现了设计方法系统化、控制技术自动化、关键装置智能化的重大突破,主要发明点如下:

1.揭示了开挖土体应力释放和变形自锁机理,率先构建了“车-轨-路-下穿工程”四要素耦合动力学模型,创立了系统动力学设计理论,发明了分区加固、刚柔复合结构隔离、棚架法等不限速下穿铁路设计技术,形成“三级八类”设计模式。首创了不限速下穿高铁设计方法,主编了首部《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》行业标准。

2.基于开挖应力动态平衡的理念,发明了轨区高精度自动监测(精测)、精细化施工自动补偿(精控)、实时自动预警(精管)三大施工控制技术,自动监测精度达0.5mm,下穿高铁施工的变形小于2mm,为隧道施工变形控制的国际最高水平。形成了国家级《旋喷桩内插型钢施工工法》等成套技术体系。

3.发明了开挖应力:自平衡的智能化装置:①盾构机土仓渣土性状智能感控装置,实现渣土分区实时自动改良;②水平循环置换成桩装置,实现微扰动水平加固,方向偏差小于桩长的0.2%;③长管棚智能化导向定位纠偏装置,偏差小于管长的0.1%。装置的智能调控水平国际领先,突破了传统机械施工对铁路严重干扰的重大设备瓶颈。成果纳入《全断面隧道掘进机检验与验收通用规范》。

该成果实现了下穿铁路从列车限速到不限速、普铁到高铁、短距离小断面到长距离大跨度的三大跨越。成果应用于下穿京沪、京广、沪昆、哈大等高铁工程500多项,创造了一次性穿越距离最长(26股道)、速度最髙(300km/h)、高铁线路最密集和高铁咽喉区道岔4项国际工程纪录,保障了我国高速铁路网的畅通运行和各地涉铁基础设施的贯通,并实现技术输出到新加坡、沙特等海外工程。近三年累计新增产值91.5亿元。经济、社会、生态效益显著。

获授权发明专利23项、软件著作权4项、工法3项、指南2项,制定行业标准1部,出版专著3部,发表论文60余篇、他引1100余次。获省部级科学技术一等奖3项。业内四位院士认为成果“具有重大的创新与突破,填补了有关髙铁运维标准体系的空白,引领了国际地下穿越技术的发展,应用前景广阔”。

  1. 下载详细PDF版/Doc版

提示:为方便大家复制编辑,博主已将PDF文件制作为Word/Doc格式文件。