本期項目簡介

完成單位：山東省路橋集團(tuán)有限公司、山東科技大學(xué)、山東大學(xué)

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(qiáng)，魏方永

項目簡介

（一）項目背景

　　近年來頻繁遭遇復(fù)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(jìn)式變形破壞、大體量塌方等災(zāi)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(fù)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(shè)計與大數(shù)據(jù)管控技術(shù)壁壘，突破復(fù)合地層隧道高風(fēng)險段圍巖體協(xié)同穩(wěn)控支護(hù)技術(shù)瓶頸，為國內(nèi)同類隧道修建過程中規(guī)避風(fēng)險、優(yōu)化施工組織、節(jié)能減排提供技術(shù)保障。

（二）技術(shù)概況

　　主要研發(fā)了“隧道專用裂隙巖體結(jié)構(gòu)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(fù)合地層隧道圍巖動參注漿-抗剪錨桿-高強(qiáng)拱架復(fù)合控制理論與綜合治理技術(shù)”。實(shí)現(xiàn)了巖體結(jié)構(gòu)精細(xì)化自動獲取及量化表征，通過圍巖亞級分級可靠度分析，實(shí)現(xiàn)了隧道及地下巖體工程開挖全過程的巖體質(zhì)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(zhuǎn)換及支護(hù)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(shí)施遠(yuǎn)程、實(shí)時、動態(tài)爆破優(yōu)化、管理與控制，為復(fù)合地層隧道的靶向爆破參數(shù)優(yōu)化、爆破質(zhì)量動態(tài)反饋與調(diào)控、施工全過程爆破大數(shù)據(jù)管智能決策等提供切實(shí)服務(wù)。

（三）適用范圍

　　本項目研究可為鉆爆法隧道修建中規(guī)避風(fēng)險、優(yōu)化施工、節(jié)約成本提供重要技術(shù)保障，研究成果對國內(nèi)同類公路、鐵路隧道及城市地鐵建設(shè)都具有極其重要的指導(dǎo)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(quán)代表性發(fā)明專利10項、實(shí)用新型專利15項、軟件著作權(quán)4項；培養(yǎng)博士碩士23名，專業(yè)技術(shù)人才27名，培育“省級青創(chuàng)人才建設(shè)團(tuán)隊”1個，舉辦技術(shù)培訓(xùn)會32次，打造校企聯(lián)合教育實(shí)習(xí)基地3處，產(chǎn)生了積極學(xué)術(shù)與行業(yè)影響。

項目創(chuàng)新點(diǎn)

　　創(chuàng)新點(diǎn)一：破解了復(fù)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(jié)構(gòu)信息多元解譯算法，實(shí)現(xiàn)了巖體結(jié)構(gòu)“人臉識別”；提出了基于《工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》BQ法的圍巖亞級分級可靠度評定工法，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合地層隧道施工全過程中巖體質(zhì)量態(tài)勢跟蹤與穩(wěn)健評判，集成開發(fā)了巖體結(jié)構(gòu)信息智能解譯與圍巖分級云端交互系統(tǒng)；基于多源異構(gòu)信息融合分析，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合地層隧道圍巖變形響應(yīng)預(yù)測模型，構(gòu)建了隧道施工全過程動態(tài)變更許可機(jī)制與評估決策體系。

　　創(chuàng)新點(diǎn)二：攻克了隧道靶向控制爆破自動化設(shè)計與大數(shù)據(jù)管控技術(shù)壁壘

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

　　創(chuàng)新點(diǎn)三：突破了復(fù)合地層隧道高風(fēng)險段圍巖體協(xié)同穩(wěn)控支護(hù)技術(shù)瓶頸

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

應(yīng)用案例

　　本項目歷經(jīng)多年科技研發(fā)與工程實(shí)踐，整體研究成果在我國京滬高速、青島地鐵、濟(jì)南繞城高速超大斷面隧道群等系列國家重難點(diǎn)工程30余條高風(fēng)險隧道中得到推廣應(yīng)用。為復(fù)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(zhì)災(zāi)變協(xié)同防控提供了技術(shù)支持。研究成果也成功應(yīng)用于山東濟(jì)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(jìn)性垮塌失穩(wěn)等工程災(zāi)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(jì)效益

　　2018-2021年：京滬高速萊臨段改擴(kuò)建工程青龍崮隧道節(jié)支5130萬元；濟(jì)南繞城高速濟(jì)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(jì)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(jì)南繞城高速濟(jì)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(xué)術(shù)與行業(yè)影響，通過項目產(chǎn)學(xué)研用一體化，有助于打造交通精品工程，服務(wù)“新基建”。