科技助力大跨分岔隧道安全施工

文/ 供圖 | 招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)有限公司 李科

總體框架

分岔隧道是線路分合流常見結(jié)構(gòu)形式，由大跨過渡段和結(jié)構(gòu)分岔段組成，廣泛應(yīng)用于城市樞紐隧道和展線受限的山嶺隧道。在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等重大項(xiàng)目的支持下，項(xiàng)目組聚焦分岔隧道設(shè)計(jì)施工安全保障的關(guān)鍵問題，通過近10年的持續(xù)研發(fā)與積累，形成了以分岔系統(tǒng)方案、主動(dòng)支護(hù)結(jié)構(gòu)、高效開挖方法、智能監(jiān)測(cè)裝備等為代表的創(chuàng)新成果。

針對(duì)高鐵隧道大跨過渡段結(jié)構(gòu)布設(shè)問題，項(xiàng)目提出了基于“全局最小擾動(dòng)”的大跨過渡段結(jié)構(gòu)布設(shè)與長(zhǎng)度取定方法。針對(duì)結(jié)構(gòu)分岔段近接隧道頻繁擾動(dòng)問題，項(xiàng)目提出了考慮圍巖級(jí)別、新建和既有隧道跨度、埋深等因素的近接影響分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)與分岔隧道安全嚴(yán)控范圍。

項(xiàng)目針對(duì)斷裂構(gòu)造條件下復(fù)雜地壓求取需求，提出了基于位移不連續(xù)法的地應(yīng)力反演方法和基于Hoek-Brown準(zhǔn)則與地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)（GSI）的荷載計(jì)算方法，并結(jié)合灰度關(guān)聯(lián)分析，得出了荷載主要影響因素與程度。

項(xiàng)目針對(duì)分岔大跨隧道施工安全保障需求，提出了“外錨”替“內(nèi)撐”的預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)體系；結(jié)合工程差異需求，提出了“靴型大邊墻與加勁拱組合工法”“預(yù)應(yīng)力錨索+預(yù)留核心土法”“分岔隧道快速貫通回挖施工工法”；結(jié)合分岔段擾動(dòng)控制需求，提出了爆破優(yōu)算方法與控制標(biāo)準(zhǔn)。

項(xiàng)目研發(fā)了基于圖像視覺的圍巖變形和結(jié)構(gòu)缺陷靶向監(jiān)測(cè)裝備，提出了基于“能量+變形+損傷”的多參數(shù)圍巖穩(wěn)定性判別方法，研發(fā)了基于擴(kuò)頻通訊技術(shù)的隧道施工安全互饋式預(yù)警裝置，并結(jié)合軟件開發(fā)形成了施工安全實(shí)時(shí)在線“監(jiān)測(cè)-分析-預(yù)警-反饋”系統(tǒng)。

項(xiàng)目研究成果已在北京、重慶、福建、貴州等多個(gè)省份成功應(yīng)用，獲授權(quán)專利35項(xiàng)、軟件著作權(quán)5項(xiàng)，主參編行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)6部、地方標(biāo)準(zhǔn)2部，出版專著9部，發(fā)表論文85篇，研究成果經(jīng)中國(guó)公路學(xué)會(huì)評(píng)定為國(guó)際先進(jìn)水平，經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益顯著，推廣應(yīng)用前景廣闊。

分岔小間距近接影響分區(qū)

分岔隧道荷載優(yōu)化計(jì)算方法及工程應(yīng)用