守護(hù)四川藏區(qū)隧道安全線

文/四川藏區(qū)高速公路有限責(zé)任公司

獲獎(jiǎng)等級(jí)：特等獎(jiǎng)

項(xiàng)目名稱：四川藏區(qū)復(fù)雜環(huán)境高速公路隧道建設(shè)與運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)防控關(guān)鍵技術(shù)

←雅康高速隧道

←汶馬高速隧道

雅康、汶馬高速公路是四川藏區(qū)高速公路規(guī)劃中的重難點(diǎn)工程。這兩條線路地處青藏高原梯形過(guò)渡帶，深入藏區(qū)海拔陡增，沿線地形、地質(zhì)及氣候極其復(fù)雜，生態(tài)環(huán)境極其脆弱。其中，雅康高速線路總長(zhǎng)130.1公里，隧道總長(zhǎng)72公里；汶馬高速線路總長(zhǎng)172公里，隧道總長(zhǎng)97.4公里。兩線61座隧道總長(zhǎng)169.4公里，約占線路長(zhǎng)度的56%，隧道密集，特長(zhǎng)隧道多達(dá)22座。

四川藏區(qū)隧道的建設(shè)與營(yíng)運(yùn)面臨很多嚴(yán)峻問(wèn)題。地質(zhì)條件極其惡劣，深埋、長(zhǎng)大隧道施工風(fēng)險(xiǎn)極高，且大量穿越斷層破碎帶。由于高壓富水、變質(zhì)軟巖等地質(zhì)條件復(fù)雜多變的地層，施工中極易發(fā)生坍塌、突水涌泥、大變形、巖爆等災(zāi)害，隧道施工難度大，風(fēng)險(xiǎn)高。

同時(shí)，受重大風(fēng)險(xiǎn)源與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)持續(xù)影響，隧道群的結(jié)構(gòu)安全難以保障。受強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，區(qū)域地應(yīng)力環(huán)境極其復(fù)雜，且持續(xù)緩慢演化，加之沿線廣泛分布的重大風(fēng)險(xiǎn)源，隧道襯砌結(jié)構(gòu)在施工期和運(yùn)營(yíng)期都面臨巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

區(qū)域生態(tài)環(huán)境敏感脆弱，給隧道建設(shè)與運(yùn)營(yíng)帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)極高。線路穿越多處生態(tài)脆弱區(qū)，對(duì)水環(huán)境變化極其敏感。隧道施工與運(yùn)營(yíng)導(dǎo)致的地下水排放，破壞了地下水環(huán)境動(dòng)態(tài)平衡，將面臨水土流失、生態(tài)系統(tǒng)退化等風(fēng)險(xiǎn)。

超長(zhǎng)連續(xù)下坡隧道群路段路況復(fù)雜，行車安全難以控制。長(zhǎng)大縱坡、長(zhǎng)大隧道、隧道群組合出現(xiàn)，導(dǎo)致行車環(huán)境頻繁變化，極易誘發(fā)駕駛疲勞、制動(dòng)失效、超速失控等風(fēng)險(xiǎn)，行車安全問(wèn)題極為突出。

鑒于此，“四川藏區(qū)復(fù)雜環(huán)境高速公路隧道建設(shè)與運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)防控關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目組以四川藏區(qū)雅康、汶馬高速公路沿線隧道為依托工程，圍繞隧道施工風(fēng)險(xiǎn)防控技術(shù)、隧道群結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)、環(huán)境敏感區(qū)隧道防排水技術(shù)及長(zhǎng)大隧道與隧道群行車安全保障與節(jié)能控制技術(shù)等方面開(kāi)展了深入研究，形成了四川藏區(qū)復(fù)雜環(huán)境高速公路隧道建設(shè)與運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)防控關(guān)鍵技術(shù)。研究成果不僅直接解決了雅康、汶馬高速隧道建設(shè)及運(yùn)營(yíng)安全的技術(shù)難題，系列研究成果還為后期整個(gè)西部山區(qū)及藏區(qū)的大量隧道工程提供重要的技術(shù)參考，對(duì)今后西部交通基礎(chǔ)設(shè)施的全面建設(shè)具有重要的戰(zhàn)略意義和理論指導(dǎo)價(jià)值。

攻堅(jiān)克難結(jié)碩果

四川藏區(qū)行車環(huán)境特殊復(fù)雜，項(xiàng)目綜合采用了資料調(diào)研、理論分析、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、數(shù)值模擬和室內(nèi)模型試驗(yàn)相結(jié)合的手段，針對(duì)四川藏區(qū)復(fù)雜環(huán)境下高速公路隧道建設(shè)與運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)防控關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)展了深入研究。

惡劣地質(zhì)條件長(zhǎng)大山區(qū)隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)防控技術(shù)

項(xiàng)目考慮四川藏區(qū)工程地質(zhì)與水文地質(zhì)特征，剖析了隧道施工及運(yùn)營(yíng)典型重大風(fēng)險(xiǎn)源，探明了不同風(fēng)險(xiǎn)源的致災(zāi)機(jī)理；提出了針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源動(dòng)態(tài)調(diào)整的兩階段（施工準(zhǔn)備和施工過(guò)程）風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，建立了隧道施工大變形定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法；創(chuàng)建了基于坍塌征兆的觀測(cè)和監(jiān)測(cè)，以及隧道坍塌綜合分析預(yù)警模型，研發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的隧道施工監(jiān)測(cè)與坍塌動(dòng)態(tài)分析預(yù)警系統(tǒng)；提出了基于風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)的多風(fēng)險(xiǎn)源綜合施工防控措施，優(yōu)化了隧道典型風(fēng)險(xiǎn)事故應(yīng)急處置措施。

← 研究技術(shù)路線圖

惡劣地質(zhì)條件隧道群結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)

項(xiàng)目探明了四川藏區(qū)隧道在典型重大風(fēng)險(xiǎn)源影響下從施工期至運(yùn)營(yíng)期的結(jié)構(gòu)力學(xué)演變規(guī)律，重點(diǎn)分析了變質(zhì)軟巖流變效應(yīng)及襯砌結(jié)構(gòu)劣化影響下，隧道圍巖支護(hù)體系的時(shí)效作用機(jī)制。以此為基礎(chǔ)，考慮典型風(fēng)險(xiǎn)源的特征與致災(zāi)機(jī)理，提出了針對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)源監(jiān)測(cè)方案；為解決常用的埋入式元器件耐久性難以支撐隧道長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的難題，提出了埋入式（內(nèi)部應(yīng)力）與表貼式（表面應(yīng)變）元器件協(xié)同監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)隧道長(zhǎng)期結(jié)構(gòu)的受力監(jiān)測(cè)；建立了針對(duì)四川藏區(qū)高速公路隧道結(jié)構(gòu)安全的模糊綜合評(píng)價(jià)模型，提出了基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隧道結(jié)構(gòu)安全推演法則，研發(fā)了隧道群結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)與預(yù)警軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了兩線隧道群結(jié)構(gòu)安全的監(jiān)測(cè)、評(píng)估及預(yù)警。

生態(tài)敏感區(qū)高速公路隧道防排水技術(shù)

為防控由于隧道施工與運(yùn)營(yíng)中地下水過(guò)量排放導(dǎo)致水土流失、生態(tài)系統(tǒng)退化等生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，項(xiàng)目建立了基于物元可拓模型環(huán)境敏感區(qū)公路隧道地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法；提出了環(huán)境敏感區(qū)公路隧道地下水限量排放指標(biāo)實(shí)用計(jì)算方法，建立了符合生態(tài)環(huán)境防護(hù)理念的地下水處置措施；自主研發(fā)了生態(tài)敏感區(qū)公路隧道地下水流量無(wú)線自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，提出了基于衛(wèi)星遙感衛(wèi)片解譯進(jìn)行隧址區(qū)土壤水分及植被影響分析，從定量化的角度分析了隧道建設(shè)對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的影響。

科技支撐保安暢

研究成果直接應(yīng)用于四川藏區(qū)高速公路復(fù)雜環(huán)境長(zhǎng)大隧道及隧道群的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)的風(fēng)險(xiǎn)防控中，并在隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)防控、生態(tài)敏感區(qū)隧道環(huán)境保護(hù)、隧道群結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)、隧道群行車安全和照明節(jié)能控制等方面取得了良好效果。

項(xiàng)目提出的惡劣地質(zhì)條件下長(zhǎng)大山區(qū)公路隧道施工風(fēng)險(xiǎn)綜合防控技術(shù)，已應(yīng)用于二郎山隧道、鷓鴣山隧道、獅子坪隧道、卓克基隧道、飛仙關(guān)隧道等一大批雅康、汶馬高速上的隧道施工準(zhǔn)備與施工過(guò)程中，對(duì)大變形、巖爆、坍塌、突水涌泥等典型風(fēng)險(xiǎn)開(kāi)展了風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估，在兩個(gè)階段分別采取了分級(jí)防控措施，降低了施工中的風(fēng)險(xiǎn)和事故發(fā)生率。

研發(fā)的針對(duì)典型重大風(fēng)險(xiǎn)源的隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)部與襯砌表面協(xié)同監(jiān)測(cè)技術(shù)，成功應(yīng)用于鷓鴣山隧道（高地應(yīng)力、變質(zhì)軟巖）、獅子坪隧道（變質(zhì)軟巖、高壓富水）及二郎山隧道（高地應(yīng)力、斷層破碎帶、高壓富水）等雅康高速和汶馬高速公路上多座隧道從施工期至運(yùn)營(yíng)期的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)。提出的基于人工智能的隧道結(jié)構(gòu)安全推演方法和隧道結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)與預(yù)警平臺(tái)，為雅康、汶馬高速全線隧道結(jié)構(gòu)安全的保障工作提供了有力支撐，節(jié)省了大量運(yùn)營(yíng)期間的結(jié)構(gòu)檢測(cè)和監(jiān)測(cè)費(fèi)用，同時(shí)為后期兩線隧道及時(shí)開(kāi)展主動(dòng)維護(hù)提供了重要的理論依據(jù)與數(shù)據(jù)支撐。

符合生態(tài)環(huán)境防護(hù)理念的隧道防排水技術(shù)，已成功應(yīng)用于線路中包括二郎山隧道在內(nèi)的多座典型隧道，并根據(jù)隧道分段不同生態(tài)環(huán)境敏感程度采取了針對(duì)性堵排水措施，解決了二郎山隧道修建時(shí)的環(huán)境保護(hù)問(wèn)題，保障了生態(tài)敏感區(qū)土壤含水量與區(qū)域植被生態(tài)。隧道修建完成后87.7%區(qū)域的土壤含水量，較修建前變化小于2%，區(qū)域最大土壤水分變化不超過(guò)4.5%，節(jié)省了大量生態(tài)環(huán)境恢復(fù)所需的時(shí)間與費(fèi)用。

研發(fā)的視覺(jué)誘導(dǎo)動(dòng)態(tài)邊緣率控速系統(tǒng)已成功應(yīng)用于依托工程典型隧道中，解決了靜態(tài)邊緣率空間頻率相同，不同車速下針對(duì)性不強(qiáng)，降速效果弱的問(wèn)題，提高了安裝路段中駕駛員的速度感知能力。車速指標(biāo)85%位車速、平均車速、車速標(biāo)準(zhǔn)差分別降低了6.67%、7.96%、13.45%，有效降低了由超速引起的交通事故發(fā)生率，提升了隧道運(yùn)營(yíng)安全水平。

提出的長(zhǎng)大縱坡隧道交通風(fēng)險(xiǎn)主動(dòng)預(yù)防與被動(dòng)避險(xiǎn)協(xié)同控制技術(shù)在雅康高速公路隧道的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)階段得到了應(yīng)用，優(yōu)化了已探明行車風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的交安設(shè)施，并應(yīng)用了相應(yīng)的行車安全保障措施，極大地提高了隧道運(yùn)營(yíng)安全性，使交通事故率大幅下降。

匠心工藝顯成效

項(xiàng)目成果帶來(lái)了巨大的直接經(jīng)濟(jì)效益，降低了施工成本優(yōu)化了支護(hù)參數(shù)，并有效減少了施工安全風(fēng)險(xiǎn)與事故發(fā)生率，減少財(cái)產(chǎn)損失合計(jì)約4.89億元；降低了監(jiān)測(cè)及維護(hù)成本，在雅康、汶馬高速隧道的運(yùn)營(yíng)中節(jié)省了監(jiān)測(cè)及維護(hù)費(fèi)用1760萬(wàn)元；避免了隧址區(qū)地下水流失，節(jié)省各項(xiàng)環(huán)保治理費(fèi)用合計(jì)5850萬(wàn)元；優(yōu)化了隧道內(nèi)照明系統(tǒng)，減少了無(wú)效照明，考慮長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)中節(jié)能效果，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益31080萬(wàn)元。

與國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)對(duì)比

← 汶馬高速獅子坪隧道施工便橋?yàn)槿珖?guó)最長(zhǎng)施工便橋（3 6 3米）—全國(guó)最長(zhǎng)施工便道重載索道橋

雅康高速和汶馬高速分別是川藏高速公路南線和北線的重要組成部分，兩線的建成結(jié)束了甘孜州府和阿壩州府不通高速的歷史，對(duì)發(fā)展四川藏區(qū)經(jīng)濟(jì)，維護(hù)藏區(qū)繁榮穩(wěn)定，助力當(dāng)?shù)厝嗣駭[脫貧困有歷史性意義。項(xiàng)目的研究成果保障了二郎山隧道、獅子坪隧道、鷓鴣山隧道等重大工程相繼建成，支撐了兩條線路隧道的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)。

在多座典型隧道的施工中，應(yīng)用了惡劣地質(zhì)條件下的安全風(fēng)險(xiǎn)防控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了隧道施工風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)防控，保障了施工安全。研究成果還可向同區(qū)域正在建設(shè)與擬開(kāi)展建設(shè)的其他多條四川藏區(qū)高速公路，以及已全面開(kāi)工建設(shè)的川藏鐵路中的大量隧道工程推廣應(yīng)用。對(duì)于工程特點(diǎn)和建設(shè)運(yùn)營(yíng)條件極為相似的瀘石、久馬等其他四川藏區(qū)高速公路隧道的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，研究成果可直接應(yīng)用。對(duì)于川藏鐵路中的大量隧道，項(xiàng)目提出的“惡劣地質(zhì)條件長(zhǎng)大山區(qū)隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)防控技術(shù)”“惡劣地質(zhì)條件隧道群結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)”主要成果可為其施工安全防控與結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)提供直接指導(dǎo)與幫助。

蜀道投資集團(tuán)有限責(zé)任公司

蜀道投資集團(tuán)有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱“蜀道集團(tuán)”）是重組整合四川省交通投資集團(tuán)有限責(zé)任公司和四川省鐵路產(chǎn)業(yè)投資集團(tuán)有限責(zé)任公司，通過(guò)新設(shè)合并方式組建的四川省屬國(guó)有企業(yè)，于2021年5月28日揭牌成立。作為四川省交通強(qiáng)省建設(shè)的主力軍和排頭兵，蜀道集團(tuán)在交通基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)施工建設(shè)領(lǐng)域具有全球競(jìng)爭(zhēng)力，業(yè)務(wù)涵蓋公路鐵路投資建設(shè)運(yùn)營(yíng)、相關(guān)多元產(chǎn)業(yè)（交通工程建設(shè)、交通物流、交通服務(wù)、交通沿線新型城鎮(zhèn)化建設(shè)、工程設(shè)計(jì)咨詢等）、智慧交通、產(chǎn)融結(jié)合四大板塊。所屬各級(jí)全資和控股企業(yè)332家，業(yè)務(wù)遍及30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，員工約5萬(wàn)人；總資產(chǎn)突破1萬(wàn)億元，凈資產(chǎn)達(dá)3108億元。累計(jì)投資建設(shè)運(yùn)營(yíng)高速公路里程超1萬(wàn)公里，占全省的84%；投資建設(shè)運(yùn)營(yíng)鐵路里程約7000公里，占全省的75%。擁有4家AAA級(jí)境內(nèi)信用評(píng)級(jí)主體和四川路橋、四川成渝、蜀道裝備3家上市公司，綜合實(shí)力位列全國(guó)省級(jí)交通企業(yè)“第一方陣”。

“十三五”期間，蜀道集團(tuán)依托重大工程項(xiàng)目，組織開(kāi)展科技攻關(guān)，在高速公路建設(shè)等領(lǐng)域取得了一批重大科技創(chuàng)新成果，獲得發(fā)明專利44項(xiàng)，實(shí)用新型專利357項(xiàng)，軟件著作權(quán)28項(xiàng)，省部級(jí)工法319項(xiàng)。獲得省部級(jí)及行業(yè)協(xié)會(huì)獎(jiǎng)項(xiàng)30余項(xiàng)。

四川藏區(qū)高速公路有限責(zé)任公司

四川藏區(qū)高速公路有限責(zé)任（以下簡(jiǎn)稱“藏高公司”）成立于2013年8月，為蜀道投資集團(tuán)有限責(zé)任公司直屬企業(yè)。藏高公司注冊(cè)資本100億元，資產(chǎn)規(guī)模547億元，位居集團(tuán)第二，是四川唯一一家大量承擔(dān)四川涉藏地區(qū)高速公路項(xiàng)目投資、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理任務(wù)的國(guó)有企業(yè)。目前，藏高公司投資建設(shè)（含代建）及運(yùn)營(yíng)項(xiàng)目有雅康、汶馬、都汶、雅葉高速康定過(guò)境段、久馬、瀘石、康新7條高速公路，代建甘孜州國(guó)道318線康定折多山特長(zhǎng)隧道項(xiàng)目，總里程共計(jì)841公里，其中雅康、汶馬、都汶高速已建成通車。

藏高公司自成立之初，一直高度重視科技攻關(guān)工作，為解決高速公路項(xiàng)目投資建設(shè)及運(yùn)營(yíng)管理中存在的問(wèn)題，從“防災(zāi)減災(zāi)、生態(tài)環(huán)保、運(yùn)營(yíng)安全、經(jīng)濟(jì)節(jié)能、智慧建造、重大工程”等方面統(tǒng)籌規(guī)劃，并依托項(xiàng)目以聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)課題研究的方式逐步實(shí)施。同時(shí)，藏高公司積極承擔(dān)了國(guó)家級(jí)（重點(diǎn)專項(xiàng)）、省部級(jí)（西部課題項(xiàng)目和四川省重點(diǎn)科技項(xiàng)目）、廳級(jí)（交通科技項(xiàng)目）等有關(guān)課題研究。