高风险隧道安全高效建造关键技术、装备及规模化应用

中铁十一局集团有限公司

 

高铁隧道安全高效建造是关系到国计民生的重大需求。随着交通强国建设发展，隧道数量与日俱增。传统建造技术精度低、速度慢，不能满足大规模隧道建设的迫切需求，隧道建造环境荷载复杂、规模类型多样，灾变智能感知预警与控制技术面临大变形稳定难、链式破坏孕灾过程多元信息预警难、一次性全断面开挖难等突出难题与挑战。目前发展高风险大断面高铁山岭隧道建造关键技术面临深部地质环境探治难、深埋隧道灾害预警难、高风险隧道智能安全高效建造难三大卡脖子难题。为此，项目开展技术攻关，取得创新性成果。

一、主要科技创新

项目组在国家重点研发计划973计划、国基金（重点、国际合作、优青、面上等）、湖北省杰青与创新群体等持续支持下，依托盾构及掘进技术国家重点实验室、岩土力学与工程国家重点实验室等平台，“学研产用”联合攻关，国际上首次提出“链式破坏孕灾”新理念，突破大跨度隧道大变形稳定增韧、链式破坏孕灾预警、V级围岩隧道安全高效开挖等关键技术，创建链式灾害隧道灾害智能感知预警与控制技术装备体系，在高铁隧道中实现规模化应用，实现高铁隧道建造技术智能化建造，创新了山岭隧道建造技术和理念。

首次创建了高风险隧道致灾破坏大变形稳定增韧技术。研制了隧道综合模拟系统，开展了灾害超前探测和机理研究，发展了全波形反演技术理论。率先发明了高风险复合灾害大跨度隧道链式破坏孕灾过程多元信息集成预警系统。揭示了大变形失稳灾变的三阶段破坏演进特征和应力驱动-层面控制效应。首创了高风险链式灾害隧道基于机械化智能建造技术，国际上首次研发了机械化智能全工序施工装备，攻克了V级围岩隧道安全高效一次性全断面开挖的世界性难题。

二、项目评价

该技术成果有效避免了工程灾害发生，显著提高了掘进效率，掘进作业率达到48%以上，使我国隧道建造速度居于世界第一提供了技术保障，实现高铁隧道钻爆法修建技术重大突破与创新，且完全自主创新；经专家评价，成果达到国际领先水平。

三、成果及效益

该项目获授权发明专利98件、授权国际专利10件，授权实用新型专利90件，发表论文200余篇，出版专著19部，软件著作权106项，入编国家标准3部、行业标准7部、国家级工法2项、省部级工法61部。

采用自创理论、模型等支撑下的技术，实现高效施工掘进；成果的转化程度高，达到回报级；整体提升了我国山岭隧道建造装备制造和掘进控制的技术水平，显著促进地下工程、地质学、爆破、高铁建造和装备等学科和行业科技进步，市场需求度高，实现高风险隧道的技术深度创新和技术升级选代，已实现规模化生产，经济效益和社会效益显著。

该成果成功应用于渝湘高铁重庆长江隧道，贵南高铁都安隧道、郑万高铁小三峡、苏家岩、高家坪、向家湾、楚峰隧道，大瑞高铁高黎贡山隧道等重点工程，部分技术推广到国际高铁建造领域，具有国际市场竞争优势。