《高速公路绿色隧道关键技术及工程示范》

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该项目研究属于交通运输领域。中国国土面积75%左右是山地或重丘,伴随山区高速公路长大隧道建设的快速发展,带来能源消耗、资源利用、环境影响等问题日益严峻,尤其是隧道工程对区域水环境生态影响的预防和控制更是世界性难题,国内外无理论和工程经验可以借鉴。因此,开展以降低长大隧道能耗、控制生态环境平衡、提升洞碴循环利用率等为主要内容的研究,对实现高速公路绿色隧道转型发展,具有重要的学术价值和重大的现实意义。该项目历时六年,采用理论分析、数值计算、模型试验和工程示范相结合的方法,通过隧道工程、环境工程、道路工程、机电工程等多专业交叉融合,围绕“节能、节水、节材、节地、环保”的绿色隧道建设主题,系统开展了通风与防救灾、区域水环境影响与控制、酸性洞碴综合利用、边坡生态恢复、智慧供配电等关键技术研究,形成了高速公路绿色隧道建设技术体系,出色地完成了交通运输部绿色公路工程示范,有力地推动了行业科技进步。

主要技术内容特点如下:

1.研发了长大隧道通风节能与防救灾新技术。首创了长大隧道单通道送风式纵向通风新模式,并揭示其节能机理,建立了基于通风能耗最小的长大隧道单通道送风式纵向通风计算理论与设计方法,开发了基于动态预警技术的长大隧道火灾排烟与疏散救援系统,降低通风能耗40%,提高防灾救援能力。

2.创立了隧道建设对区域水环境影响评价与控制新方法。提出采样数据稀缺条件下岩体渗透系数的确定方法,建立隧道对地下水环境影响的多尺度模型,创建隧道对地下水环境影响的定量化分析和评价方法,并提出基于地下水生态埋深指标的隧道防排水环保设计方法,攻克了隧道对地下水环境影响分析与评价的世界难题。

3.研发了酸性洞碴高性能综合利用成套技术及碴场生态防护关键技术。提出了热冲击与耐热老化集料试验方法,研发了酸性集料沥青混合料关键技术,开发了机制砂专用改性剂,解决了酸性洞碴利用率不高的难题,实际利用率达85.8%;探明了植物纤维毯理化性能及土壤改善机理,揭示了其水土保持能力和耗水规律,研发了基于秸秆植物纤维毯的多组合类型边坡生态防护技术,攻克了植被建植初期水土保持的技术难题。

4.创建了高速公路隧道分布式供电与智能控制技术。首次实现高速公路长大隧道(群)机电设施的单端远距离供电,解决了传统方式供电质量差、电缆用量大及险峻地形条件下变电站选址难题。提出基于脉冲宽度调制(PWM)技术的隧道照明智能控制方法,显著降低隧道能耗。

研究成果经鉴定总体达到国际先进水平,部分处于国际领先水平。依托工程岳武高速安徽段获2015年交通运输部绿色公路主题性项目第一名,国家财政奖励1098万元。创新成果节约依托工程建设成本7219万元,推广应用于安徽、云南、贵州、山西、河南、福建等地,产生经济效益约7.4亿元。

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