《浅埋大跨海底钻爆法隧道建设关键技术》

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该项目属于隧道工程领域。中国海峡、海湾众多,随着经济社会发展,海底隧道已成为解决跨峡湾交通瓶颈的重大需求。海底隧道属于世界公认的建设难度大、风险高的工程领域。胶州湾隧道是中国最长(7800m)、世界上埋深最浅、断面最大的海底隧道。该项目以胶州湾隧道为依托,开展了国家“863”计划等28项课题研究,历时近十年,攻克了浅埋大跨海底钻爆法隧道的一系列难题,重点解决了海底隧道防突涌水和渗水量控制两项核心技术难题,为胶州湾海底隧道顺利建成起到了有力支撑,实现了中国海底隧道建造技术的突破,形成了中国海底隧道修建技术模式,主要创新如下:建立了海底隧道主动控制式防排水体系和结构设计理论,实现了高效防排水。针对地层条件制定了不同水文地质区段的排水量控制标准;建立了加固圈和初期支护渗流力学模型,提出了渗水量预测方法;揭示了隧道衬砌结构受力与排水量之间的动态关系,为隧道结构设计提供了依据;开发并应用了可维护式防排水系统。开发了全方位地质保障系统和周边快速注浆技术,实现了不良地质体的安全快速施工。构建了构造控水模式识别与洞内随钻超前探水相结合的地质保障系统;研发了凿岩台车快速注浆、施工过程机械化和定向断裂控制爆破技术;建立了海底隧道围岩失稳机理模型,制定了隧道安全的围岩变形控制标准,有效避免了海底隧道频突涌水事故,实现了全过程安全。揭示了浅埋超大断面隧道围岩力学转换的时空效应,提出了结构设计和围岩变形控制方法。建立了海底隧道最小岩石覆盖厚度的确定方法与判别准则;揭示了复杂浅埋大断面隧道围岩变形的时空演化机理,提出了隧道断面的优化设计方法和变形控制标准;确定了隧道结构设计参数和围岩变形的过程控制方案;提出了施工过程的安全性监测方案和应急预案。建立了基于工程全寿命的安全保障体系,创造了离风险重大工程建设管理新横式。以水致灾害作为核心风险,建立了包括精细化勘测、全寿命安全评估、风险监测、精细化质量控制与应急救援的管理体系,开发了隧道施工安全风险管理平台;建立了集超前预注浆加固、围岩损伤控制、多重防腐锚杆、C35湿喷混凝土、C50模筑混凝土、可维护式排水系统和健康监测于一体的保障体系,有效地保证了海底隧道工程的耐久性。该项目在胶州湾隧道工程中成功应用,工程工期提前3个月,节省投资约3.7亿元。运营后隧道排水量达到0.2m<'3>/d·m,为世界最好水平。项目成果在青岛地铁1号线过海段、湘江隧道建设中推广应用。中国著名隧道专家钱七虎院士、王梦恕院士、孙钧院士等均给予高度评价。该项目论文被SCI收录5篇、EI收录55篇,获授权发明专利7项,获山东省、青岛市科技进步一等奖2项,中国公路学会科技技术奖一等奖1项,工程获詹天佑大奖。

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