简介： 成果简介： 　　本项目的主要目标是依托京昆高速曹家庄小净距隧道施工，对节理岩体小净距隧道受力机理以及中立柱变形形态进行研究，找出一套小净距隧道施工安全控制的方法，将传统监测与小净距隧道变形监测结合，更好的满足施工安全的需要，主要有曹家庄小净距隧道掌子面节理特征精细化描述，曹家庄小净距隧道开挖过程中的围岩稳定性演化过程与施工优化。依据河北典型地层，探明具有节理岩体特征的小近距隧道稳定性演化过程中的节理面错动，引起的能量耗散，比较数值模拟和现场量测得到的洞周变形。研究不同施工顺序，得到曹家庄小净距隧道围岩稳定性差异，为支护结构的设计、施工提供科学依据。对小净距隧道中夹岩柱稳定性控制技术，通过对对拉锚杆、注浆加固两种控制方法的研究，结合工程实践，提成合理的加固控制手段，为今后小近距隧道设计、施工提供参考。结合地形偏压小净距隧道施工监测技术，根据地形偏压小净距隧道稳定性特点，建立小净距隧道合理施工期间稳定性监测方法和技术。   成果创新性： 采用研究方法经济可行。与以往研究相比，本课题从以下几点得到突破： 1、现场测量掌子面岩体的特征，绘制赤平投影图，得到优势节理面。开展非连续介质地层条件下隧道的失稳模式，特别是中夹岩柱的节理变形特性、力学响应，以及岩柱坍塌。依据河北典型地层，探明具有节理岩体特征的小净距隧道稳定性演化过程，优化施工顺序。 2、针对不同围岩级别、埋深、中夹岩柱厚度，以及偏压角度，采用非连续介质、连续介质相结合的方法进行数值模拟，得到关键性控制参数，为设计提供参考。同时，依据地形偏压小净距隧道受力特点，提出偏压小净距偏压隧道安全施工关键技术。 3、鉴于浅埋、偏压、小净距隧道的特点，研究不同地质结构条件下，节理岩体稳定性变化规律以及中夹岩柱受力特征，总结出一套适合河北地层典型节理特征的小净距隧道稳定性分析方法与控制技术，对结构优化施工具有重要的理论意义和工程实践价值。使隧道设计和施工逐渐向科学化、规范化和精细化发展，从整体上提高我国高速公路小净距隧道的修建技术水平。   成果独占性： 　　本项目研究依托京昆高速晋冀界石家庄段井陉县辛庄乡，曹家庄小净距隧道施工工程，针对浅埋、偏压、小净距隧道多个特点于一身，研究比较全面，适合在河北典型地区太行山脉岩性中使用，模型计算全面、模型设计简洁合理，配合施工单位一线的实际安全监控量测数据进行比对分析，从分析数据上看，两者数据吻合的较好，可以为类似工程施工采用。研究找出了不同围岩级别、埋深、中夹岩柱厚度，以及偏压角度，给小净距隧道安全施工带来的不同安全影响因素，在应用中可以将模型参数进行局部修改，就可以方便应用。同时，课题组还在现场测量掌子面岩体的特征，绘制赤平投影图，得到优势节理面。开展非连续介质地层条件下隧道的失稳模式，特别是中夹岩柱的节理变形特性、力学响应，以及岩柱坍塌。依据河北典型地层，探明具有节理岩体特征的小净距隧道稳定性演化过程，优化施工顺序。为安全施工提供保障，课题还针对小净距隧道中夹岩柱稳定性展开研究，并通过对对拉锚杆、注浆加固两种控制方法的研究，结合工程实践，提成合理的加固控制手段，为今后小净距隧道设计、施工提供参考。   成果盈利性： 　　本课题以京昆高速曹家庄小净距隧道为研究背景，该隧道施工过程中根据研究部分结果尽心了施工过程局部调整，施工步骤局部修正，安全上的到了保证，施工工期得到了保障，给施工单位节省了安全资金，带来了很好的效益，同时根据资料表明，2015年，河北省交通固定资产投资超千亿元，普通干线、农村公路和路网改造投资完成329亿元，超计划32亿元；地方铁路完成投资45亿元，是去年的5.6倍。高速公路新通车6条段、445公里，比计划增加95公里，总里程达到6333公里，稳居全国第二位。小净距隧道作为铁路、公路建设不可缺少的一部分，也得到快速发展，不可避免地穿越复杂地层，特别是地形偏压节理岩体地层，给小净距隧道的修建带来挑战。鉴于小净距隧道具有独立双洞和连拱隧道两者优点相结合的隧道布置形式的优点，以及河北交通快速发展的需要，可以预测高速公路小净距隧道安全施工关键技术具有较广应用前景，将产生巨大的经济效益。   成果持续性： 本课题高速公路小净距隧道安全施工关键技术研究以河北省太行山区独特的地理、地质条件进行的研究，小净距隧道的安全施工关键点与其他岩性差别大的地区的研究成果可能会有所区别，但鉴于河北地区独特的围岩特点，该研究成果已经能够基本满足河北省太行山区，普通围岩中的小净距隧道关键点。在如下3点中得到创新： 1、以京昆高速晋冀界石家庄段曹家庄小净距隧道施工技术方案为研究依托，已经探明了小净距隧道施工中围岩稳定性演化规律； 2、利用非连续介质方法，确定了中夹岩柱的应变能、系统动能，以及节理面摩擦产生的能量耗散，得到合理加固方法； 3、建立了考虑优势节理特征的数值力学模型，根据不同开挖方法，优化施工工序；并建立小净距隧道安全施工监测方法以及安全监测控制关键技术。   成果先进性： 　　国内有关小净距隧道的研究始于20世纪80年代，起初通过模型试验分析了层状岩体中开挖洞室的围岩扰动范围，并提出了两洞不产生相互影响的中间岩柱厚度。随后，众多学者开始关注小净距隧道建设问题。目前己建和在建的工程来看，公路隧道净距优化到何种程度最为有利，目前还没有形成统一的认识和结论，国内外众多学者和研究人员对此进行了大量的研究工作。本课题高速公路小净距隧道安全施工关键技术研究成果，结合建设的工程实例京昆高速晋冀界石家庄段曹家庄小净距隧道施工技术方案为研究依托，探明了围岩稳定性演化规律；研究了高边坡偏压节理岩体小净距隧道失稳模式与锚杆加固机理；小角度偏压节理岩体小净距隧道坍塌机理。利用非连续介质方法，确定了中夹岩柱的应变能、系统动能，以及节理面摩擦产生的能量耗散，得到合理加固方法。建立了考虑优势节理特征的数值力学模型，根据不同开挖方法，优化施工工序；并建立小净距隧道安全施工监测方法以及安全监测控制关键技术。该课题研究项目为高边坡、浅埋、偏压小净距隧道安全施工提供了新的方法，项目研究具有较高的理论和应用价值，有助于小净距隧道安全施工的技术发展。研究成果在国内处于领先的水平。   成熟度：04、仿真级：在实验室关键功能仿真验证结论成立   市场分析： 　　高速公路小净距隧道安全施工关键技术研究成果中的核心问题是利用理论方法和数值计算模拟并结合施工现场实例进行实测的手段，对所要设计和施工的小净距隧道进行数值计算分析，分析模型已经得到京昆高速曹家庄小净距隧道安全施工的验证，是合理和可靠的。目前国内还没有完全适合小净距隧道安全分析的成熟的计算模型，利用经验的设计还要靠施工现场进一步印证。目前河北省正全面展开高速公路的修建，而小净距隧道由于其独特的适应性和优越点，近年来在高等级公路建设中得到了越来越广泛的应用。随着我国大量高速公路的修建，尤其是特殊地区由于高速公路修建的阶段性、选线的问题开始突出，本课题以京昆高速超小净距隧道安全施工为例进行研究，设计采用的隧道模式为建在山崖上的小净距隧道形式，从施工角度考虑有较大的危险，本课题研究成果可作为山区小净距隧道设计和施工的参考。成果依据河北典型地层，探明具有节理岩体特征的小净距隧道稳定性演化过程，优化施工顺序。针对不同围岩级别、埋深、中夹岩柱厚度，以及偏压角度，进行数值模拟，得到关键性控制参数。使隧道设计和施工逐渐向科学化、规范化和精细化发展，从整体上提高我国高速公路小净距隧道的修建技术水平。   商业模式分析： 　　本课题研究过程中得到了建设单位和施工单位的大力配合，得到的实际测试数据真实可靠，采用数值计算的模型得到实测数据印证，边修改模型边进行施工和安全关键影响参数的分析和研究，在研究使用过程中，对在建项目进行了施工顺序的优化，以及施工方案上理论的有力支持，对结构优化施工具有重要的理论意义和工程实践价值。为施工单位在小净距隧道安全施工中起到很好的效果，节省了部分资金，避免出现各种由于施工产生的小净距隧道危险源，使得施工安全可控。研究过程中的资金由施工单位提供，一部分用于安全监测实测数据采集设备的布设，一部分用于分析模型的建立和科研成果的出版和发行。鉴于研究特点和实际投入情况，该研究成果尚不能完全适用于全地形，针对其他特殊围岩情况，尚需进一步研究和完善。   营销状况： 　　本课题研究成果高速公路小净距隧道安全施工关键技术，已经基本能够满足河北省典型地层小净距施工的安全控制，以及类似地层的安全施工理论与模型的建立。可以直接应用于国内和省内类似围岩特性的小净距或超小净距隧道施工安全施工中，同时课题组正进一步将研究成果结合国内大面积开工的城市轨道建设中。目前，全国多个大中城市的地铁施工正如火如荼的进行，在城市地层中如采用双洞小净距模式进行城市轨道交通建设，该研究成果可以作为研究原型，在此基础上，进一步探明施工影响因素，修改模型参数，作为城市轨道交通安全施工技术控制的理论和应用。该研究成果已经在中铁十八局集团有限公司施工的项目中开始得到局部应用，并针对不同的围岩特性和实际情况将研究成果进一步丰富和完善。