本期項目簡介

完成單位：山東省路橋集團有限公司、山東科技大學、山東大學

主要完成人：賀鵬，崔亞軍，劉性鋒，李為騰，張萬志，張建彪，朱衍海，蘇子龍，孔強，魏方永

項目簡介

（一）項目背景

　　近年來頻繁遭遇復合地層的東部沿海地區(qū)，隧道鉆爆法施工過程中圍巖漸進式變形破壞、大體量塌方等災害時常發(fā)生，造成了重大人員傷亡和惡劣社會影響。本項目旨在破解復合地層隧道圍巖等級穩(wěn)健評定與施工動態(tài)變更難題，攻克隧道靶向控制爆破自動化設計與大數(shù)據(jù)管控技術壁壘，突破復合地層隧道高風險段圍巖體協(xié)同穩(wěn)控支護技術瓶頸，為國內同類隧道修建過程中規(guī)避風險、優(yōu)化施工組織、節(jié)能減排提供技術保障。

（二）技術概況

　　主要研發(fā)了“隧道專用裂隙巖體結構信息智能解譯與圍巖分級云端交互系統(tǒng)”、“隧道施工全過程靶向控制爆破大數(shù)據(jù)管控平臺”、“復合地層隧道圍巖動參注漿-抗剪錨桿-高強拱架復合控制理論與綜合治理技術”。實現(xiàn)了巖體結構精細化自動獲取及量化表征，通過圍巖亞級分級可靠度分析，實現(xiàn)了隧道及地下巖體工程開挖全過程的巖體質量漸變態(tài)勢動態(tài)評估，為圍巖等級即時變更、開挖工法轉換及支護優(yōu)化提供了數(shù)據(jù)支撐。所研發(fā)系統(tǒng)可有效地對隧道修建過程中各開挖循環(huán)對象實施遠程、實時、動態(tài)爆破優(yōu)化、管理與控制，為復合地層隧道的靶向爆破參數(shù)優(yōu)化、爆破質量動態(tài)反饋與調控、施工全過程爆破大數(shù)據(jù)管智能決策等提供切實服務。

（三）適用范圍

　　本項目研究可為鉆爆法隧道修建中規(guī)避風險、優(yōu)化施工、節(jié)約成本提供重要技術保障，研究成果對國內同類公路、鐵路隧道及城市地鐵建設都具有極其重要的指導意義。

（四）獲獎情況

　　項目出版專著3部，SCI/EI論文28篇，行業(yè)工法3項，授權代表性發(fā)明專利10項、實用新型專利15項、軟件著作權4項；培養(yǎng)博士碩士23名，專業(yè)技術人才27名，培育“省級青創(chuàng)人才建設團隊”1個，舉辦技術培訓會32次，打造校企聯(lián)合教育實習基地3處，產(chǎn)生了積極學術與行業(yè)影響。

項目創(chuàng)新點

　　創(chuàng)新點一：破解了復合地層隧道圍巖等級穩(wěn)健評定與施工動態(tài)變更難題

　　開發(fā)了裂隙巖體圖像處理與結構信息多元解譯算法，實現(xiàn)了巖體結構“人臉識別”；提出了基于《工程巖體分級標準》BQ法的圍巖亞級分級可靠度評定工法，實現(xiàn)了復合地層隧道施工全過程中巖體質量態(tài)勢跟蹤與穩(wěn)健評判，集成開發(fā)了巖體結構信息智能解譯與圍巖分級云端交互系統(tǒng)；基于多源異構信息融合分析，實現(xiàn)了復合地層隧道圍巖變形響應預測模型，構建了隧道施工全過程動態(tài)變更許可機制與評估決策體系。

　　創(chuàng)新點二：攻克了隧道靶向控制爆破自動化設計與大數(shù)據(jù)管控技術壁壘

　　構建了隧道靶向爆破炮孔及裝藥參數(shù)數(shù)字量化技術體系，提出了復合地層隧道圍巖爆破開挖質量后效評估與動態(tài)反饋技術；提出了基于機器視覺的隧道掌子面炮孔參數(shù)智能獲取技術，耦合云服務、大數(shù)據(jù)與網(wǎng)頁加載技術，集成開發(fā)了復合地層隧道施工全過程靶向控制爆破大數(shù)據(jù)服務平臺。

　　創(chuàng)新點三：突破了復合地層隧道高風險段圍巖體協(xié)同穩(wěn)控支護技術瓶頸

　　提出了基于并行運算的裂隙網(wǎng)絡批量仿真模擬技術，揭示了復合地層隧道危石群空間形態(tài)演化規(guī)律與響應特征，建立了支護條件下關鍵塊體穩(wěn)定性評價的魯棒可靠度指標；提出了復合地層圍巖-支護結構耦合模型與鋼管混凝土拱架支護技術；建立了裂隙巖體跨尺度分析理論與優(yōu)化方法，構建了以“動參注漿-抗剪錨桿-高強拱架”為核心的復合地層隧道圍巖協(xié)同穩(wěn)控復合支護技術體系。

應用案例

　　本項目歷經(jīng)多年科技研發(fā)與工程實踐，整體研究成果在我國京滬高速、青島地鐵、濟南繞城高速超大斷面隧道群等系列國家重難點工程30余條高風險隧道中得到推廣應用。為復合地層隧道鉆爆開挖的靶向控制爆破與智能管理、施工全過程圍巖體地質災變協(xié)同防控提供了技術支持。研究成果也成功應用于山東濟泰高速、泰東高速、廣西浦清高速等工程中，避免了隧道圍巖體變形破壞、漸進性垮塌失穩(wěn)等工程災害事故發(fā)生，保障了隧道安全、高效爆破施工。

社會效益與經(jīng)濟效益

　　2018-2021年：京滬高速萊臨段改擴建工程青龍崮隧道節(jié)支5130萬元；濟南繞城高速濟南連接線工程老虎山隧道節(jié)支4300萬元；青島地鐵13號線中交隧道工程局節(jié)支5277.8萬元；濟泰高速公路兩條隧道節(jié)支7800萬元；榮烏高速濰日段工程大甕山隧道節(jié)支2240萬元；濟南繞城高速濟西二環(huán)工程三條隧道節(jié)支2760萬元；泰東高速公路三條隧道節(jié)支7560萬元；青島地鐵6號線節(jié)支5559.3萬元。項目同時也產(chǎn)生了積極學術與行業(yè)影響，通過項目產(chǎn)學研用一體化，有助于打造交通精品工程，服務“新基建”。