《大断面隧道破碎围岩变形特性及施工关键技术》

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传统的两车道隧道已经不适应逐渐增加的交通需求,多车道的大断面公路隧道需求越来越迫切。许多结构新颖、规模空前的大断面隧道工程开始面临着极差的修建环境和恶劣的地质条件,如软弱围岩、破碎带、断层、高地应力、富水地层等。如何有效遏制隧道大变形、突涌水等灾害事故的发生,保障地下工程的安全高效施工,已成为隧道与地下工程研究领域亟需解决的关键科学技术难题。因此,中铁十四局集团有限公司、中铁十四局集团第二工程有限公司联合山东大学成立课题,依托潮惠高速公路莲花山2号隧道工程,针对大断面隧道施工扰动下围岩变形破坏机理、大断面隧道开挖围岩空洞充填注浆加固技术、大断面隧道变形演化特征与支护技术等方面开展了全面深刻的科技攻关,形成了大断面隧道碎裂围岩施工控制关键技术体系。

主要创新点如下:

1.深化了大断面隧道施工扰动下碎裂围岩变形破坏机理,建立了考虑动荷载作用的关键块理论。开展了单轴压缩条件下裂隙岩石试件碎裂变形光弹性试验及隧道开挖扰动下围岩变形破坏规律模型试验研究,揭示了裂隙对岩石强度的影响规律及大断面隧道在开挖扰动下的变形破坏规律;考虑动荷载的作用,建立了分析关键块形态、大小及分布规律的关键块理论。

2.研制了多种新型充填材料和注浆材料及配套的注浆材料和设备,解决了隧道超欠挖难题和防排水问题,有效提高了隧道围岩强度,保证了隧道的稳定性。研制了低密度、高延展性、高渗透性的高性能新型多孔泡沫充填材料,提出了新型多孔材料进行壁后充填技术;针对隧道围岩溶洞和空腔问题,研制了具有高膨胀性、高早强性、低密度、良好的水稳定性以及无毒害等特点的特种轻质聚氨酯泡沫塑料充填材料和配套的注浆设备,并建立了相应的注浆施工工艺。

3.突破了大断面碎裂围岩支护技术难题,建立了大断面特长隧道绿色环保施工成套工艺技术,提出了可控挤密劈裂注浆加固、“翼型”大锁脚支护和“钢拱架+钢格栅”刚柔联合支护技术、方法,形成了大断面隧道大变形控制对策;提出了软岩水压爆破减尘、湿喷混凝土降尘以及自动喷淋捕尘的隧道综合环保技术体系;研制了防水板自动铺挂台车,提高了防水板铺挂质量。

该项目研究成果成功应用于潮惠高速莲花山2号隧道施工中,该项目授权发明专利4项,实用新型专利5项,软件著作权1项,出版专著1部,发表论文10篇,形成省部级工法2项。该项目三年的整体技术应用共新增销售额59515万元,新增利润5699万元,新增税收5354万元。

该项目对复杂地质条件下大断面隧道安全快速施工起到了很好指导作用,对同类工程勘察、设计、施工起到了重要的指导与促进作用,为中国复杂地质条件下大断面隧道建设提供了有效的新理念、新工艺和新思路,最大限度提高了工程质量国家投资的效应。2018年8月24日,经中国岩石力学与工程学会鉴定,鉴定委员会一致认为:该项目研究成果总体上达到国际先进水平,其中高性能新型硅酸盐注浆加固材料达到了国际领先水平,一致同意通过鉴定。

成果说明

项目研究成果通过优化隧道支护型式,减少了支护材料的浪费,有效遏制了隧道大变形、突涌水等灾害事故的发生,改善了隧道中施工人员和机械的作业环境,提高了施工效率,节约了施工成本,保障了隧道工程的快速安全环保施工。成果已经在中铁十四局集团有限公司承建的多条隧道中成功应用,并在广东潮惠高速公路有限公司建设的工程中取了较显著的经济效益,授权发明专利4项,形成工法2项,发表论文多篇,整体技术现场应用三年以上,有效解决了复杂地质条件下大断面隧道安全快速施工技术难题,得到业内人士的一致好评。三年新增销售额59515万元,新

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