深长隧道富水破碎围岩失稳灾变机理及关键探治技术

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在西部陆海新通道、“一带一路”等国家重大战略的强力驱动下，我国重大交通工程建设正以前所未有的速度推进。西南、西北地区，受地形高差显著影响，隧道工程建设需求激增。然而，这些区域地质条件极为复杂，深长隧道在建设过程中常常遭遇断层破碎带、富水围岩等不良地质状况，由此引发破碎围岩大变形、突水突泥等地质灾害，以及衬砌结构开裂、渗漏水等工程病害。因此，深长隧道施工面临高发灾害风险和严峻安全挑战，成为制约深长隧道穿越富水破碎围岩灾害控制与安全建造的主要技术障碍。

一、主要科技创新

本项目依托国家自然科学基金、国家重点研发计划以及众多重大工程科技项目，紧密围绕深长隧道穿越富水破碎围岩灾害控制与安全建造的迫切需求，创新了深长隧道富水破碎围岩失稳灾变机理及关键探治技术体系，取得了一系列具有自主知识产权的原创性成果。主要创新成果如下：

（1）研发了具有自主知识产权的变频瞬变电磁仪，提出了数字钻进信息自动采集及精细化智能识别隧道破碎围岩含水体的方法，创新了基于反射系数的地质界面反演和多源物探数据融合技术，实现了深长隧道富水破碎围岩精准探测。

（2）研发了模拟复杂地质隧道开挖渗流变化的三轴渗透试验系统，探明了三维空间破碎围岩损伤破坏和非线性渗透失稳演化规律，揭示了深长隧道富水破碎围岩失稳灾变机理并提出了灾变临界判识方法。

（3）研发了隧道富水破碎围岩超前分区疏水帷幕注浆和快速组合支护技术，建立了隧道突水突泥灾害风险判识和智慧决策模型，开发了隧道突水灾害监测预警系统，实现了深长隧道富水破碎围岩施工的安全防控。

二、项目评价

该项目成果总体达到了国际先进水平。其中，基于反射系数的地质界面反演和多源物探数据融合技术、深长隧道富水破碎围岩灾变临界判识方法更是达到了国际领先水平，充分彰显了项目完成单位在深长隧道富水破碎围岩探治技术领域的强大实力和创新能力。

三、成果及效益

项目成果在我国新成昆铁路民太隧道、包银铁路贺兰山隧道、西渝高铁华蓥山隧道等11座隧道中成功应用，累计产生经济效益超10.35亿元，为相关工程建设节约了大量成本，创造了显著的经济效益。项目团队共发表论文31篇，其中SCI/EI论文26篇、核心论文5篇；授权国家专利39项，其中发明专利24项；获得软件著作权1项、省级工法1部、团体标准1项。这些成果的推广应用，推动了深长隧道建设由传统的被动防治向精准预控的转变，有力支撑了深长隧道的高质量建造，为我国交通基础设施建设事业的发展做出了重要贡献。