《复杂黄土地质隧道的施工技术和地震动稳定评价方法》

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该项目属于土木工程专业范畴,其研究成果可广泛应用于铁路和公路等工程建设的诸多领域。

黄土有其独特的工程特性,在水和外力作用下,黄土隧道的施工难度、地震影响危害急剧增大。“5.12汶川”大地震造成大量的隧道塌方,使得铁路和公路交通中断等,给国家和人民的生命财产造成了巨大经济损失。项目组从2009年开始,在中国工程院郑颖人院士的指导下,由兰州理工大学、中铁二十一局集团有限公司等单位组成项目组进行科技攻关,对黄土隧道的施工技术和动力稳定评价方法展开了大量的研究,关键技术有:1)土石分界富水黄土隧道的施工技术;2)湿陷性黄土隧道的初期支护技术;3)基于地震负视的铁路隧道超前地质预报技术;4)湿陷性黄土隧道的排水技术;5)地震和列车等的多场耦合分析技术。

创新点为:1)依据黄土隧道围岩压力及应力变形特征,提出了不同施工方法的特点和适应性,为黄土隧道的设计和施工安全提供基础;2)提出了依据黄土年代、性质和含水率特征的围岩细化分级标准,设计了相应的支护参数并进行实际应用验证;3)针对黄土隧道土石分层富水围岩特点,设计了隧道支护结构和独立式盲管排水装置,开发了负视速度法超前地质预报、红外探水、超前探孔联合预报技术,形成了黄土隧道土石分层富水围岩施工技术;4)黄土隧道地震动稳定分析的动力有限元静力强度折减法;5)不同参数不同断面型式黄土隧道的动力稳定性分析;6)黄土隧道结构的多场耦合地震动稳定分析。

项目主要成果由中国科学院宋振骐院士组成的专家组进行了评审,达到国际先进水平。实践证明,获得的稳定分析方法开创了黄土隧道地震动安全评价的全新方法,对定量估计黄土隧道的地震动安全储备、保证正常的运营提供了一个新的有效途径,相关施工方法简便可行,明确了施工重点,防止了施工过程中产生较大变形造成坍塌或变形侵限而发生损失,保证了安全、平稳、快速和高效的施工,取得了很好的经济效益和社会效益,为同类工程建设积累了宝贵的实践经验。

该项目依托国家自然基金面上项目、教育部博士点(博导类)基金和中国铁建股份公司科技攻关项目。成果成功应用于天平铁路、宝兰客专、宁西铁路和蒙华铁路等,降低了隧道建设成本,保证了隧道在施工期间和运行期间的稳定。结合该项目,在国内外发表相关黄土隧道的论文21篇(其中SCI-2篇、EI-13篇、ISTP-2篇),出版专著2部,授权专利4项,省部级施工工法3项。

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