[00139213]膨胀性上覆湿陷性黄土隧道大变形演化机理及施工关键技术

在国家西部大开发战略的指导下,我国西部路网的覆盖面将进一步扩大。随着交通路网在西部的展开,可以预见将有更多的交通工程穿越黄土地区,黄土将成为西部隧道建设不可回避的工程地质背景。 自人类在黄土地区开展工程建设以来,黄土的力学特性及防护一直都是科学家们千百年来奋斗的科学问题。在工程施工前期,由于对黄土膨胀特性及围岩大变形机理认识不清,往往出现常规设计、施工无法保证隧道施工安全的问题。因此,研究膨胀性黄土隧道大变形演化特征,提出有效控制隧道大变形的施工关键技术是黄土地区隧道建设亟需解决的核心技术难题。 本项目以2011年度铁道部科技研究开发计划课题、2011年度总公司科技研究开发计划课题、山东省技术创新项目计划为支撑,依托中铁十四局集团多条膨胀性湿陷性黄土隧道,历经3年半的科技研发和工程实践,成功解决了膨胀性黄土隧道施工建设一系列理论、方法和技术关键性难题,取得了包括三台阶七步开挖工法优化,条带式“钢格栅+钢拱架”联合支护技术、“桥式”大锁脚支护技术、分离式喷射混凝土施工工艺和可控挤密劈裂注浆加固等创新性技术成果,形成了控制膨胀性黄土隧道大变形演化的施工关键技术,主要创新成果如下： （1）基于膨胀性黄土隧道塌方案例,揭示了膨胀性黄土隧道大变形演化特征及其诱发大体积塌方的破坏模式。建立了降雨诱发上覆湿陷性黄土湿陷开裂,形成入渗通道,引起隧道围岩膨胀性黄土膨胀泥化,导致隧道常规支护强度不够,引起隧道膨胀性围岩大变形演化发展,诱发大体积塌方的内在机制。 （2）首次利用热膨胀理论模拟隧道增湿膨胀变形对隧道膨胀力的影响,得到了含水率对膨胀力的影响规律,揭示了膨胀性黄土隧道大变形演化机理及其控制方法。 （3）改进了三台阶七步开挖工法,提出了条带式“钢格栅+钢拱架”联合支护技术,发明了“桥式”大锁脚支护技术,研制了分离式喷射混凝土用的液态速凝剂,提出了分离式喷射混凝土施工工艺和可控挤密劈裂注浆加固技术,形成了膨胀性黄土隧道控制大变形演化的施工关键技术。 （4）提出了膨胀性黄土隧道预警监测技术。结合工程实例,对塌方预警值进行工程验证,在预测膨胀性黄土塌方中取得了较好的预警作用。 研究成果填补了多项国内外技术空白,与国内同类技术相比均处于领先或先进水平,具有显著的先进性和独创性。经山东省科技厅鉴定,该成果总体上达到国际先进水平。发表学术论文27篇,出版专著1部,授权国家专利9项（其中发明专利5项）;获省级工法1个,总公司优秀工法1个;项目获中铁十四局集团科技进步特等奖1项。成果在中铁十四局多条膨胀性湿陷性黄土隧道施工中得到成功应用,确保了施工质量,提高了施工效率,缩短了施工工期,避免了经济损失,产生直接经济效益叁亿零贰佰贰拾陆万元。同时多次开展技术培训,有力的促进了行业科技进步,具有广阔的发展和应用前景。