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交通运输部科技计划项目成果-大相岭泥巴山深埋特长隧道关键技术研究

来源:四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院     阅读次数:38     发布时间:2015-08-14

一、项目研究内容

1、项目背景

雅安至泸沽段高速公路地处雅安市南部、凉山州北部,是国家高速公路网首都放射线-北京至昆明高速公路的重要组成部分,也是四川省高速公路网中的主干线之一。大相岭泥巴山隧道是雅泸高速公路上的控制性工程,长达10km,为上下行分离的双洞单向交通隧道。泥巴山隧道具有以下特点:

(1)埋深特大,且山体宽厚。泥巴山隧道最大埋深达1650m,山顶起伏小,埋深超过1000m长度和宽度超过5.1km,占隧道总长度51%。

(2)地形地貌复杂。隧道穿越山体地形复杂,沟壑交错,在约300km2范围内,没有一条可以通行车辆的公路。

(3)气候分区明显。泥巴山横跨雅安市中部,是雅安市南北不同的自然地理和气候的主要分界线。

由于以上特点,隧道勘察设计存在以下问题:

(1)通风井深度极大。泥巴山隧道埋深大,山体宽厚,通风井位置选择极其困难,通风井深度极大。隧道竖井深度将超过1000m,无轨运输斜井长度将超过1500m,对隧道营运通风的影响巨大。

(2)地面风机房布设和营运管理困难。由于泥巴山隧道雅安端气候条件恶劣,积雪期长,上山公路修建困难,设置地面风机房,营运管理十分困难。

(3)隧道埋深大,构造复杂,植被茂密,位于无人区,所面临的工程地质问题众多。

2、项目主要研究内容

(1)泥巴山隧道通风井经济断面积和经济风速研究;

(2)泥巴山隧道内外环境变化对通风防灾影响研究;

(3)泥巴山隧道风机优化配置技术研究;

(4)泥巴山隧道地下风机房环境控制及防灾技术研究;

(5)泥巴山隧道综合勘察技术研究;

(6)泥巴山隧道岩爆和断裂涌水研究。

3、项目主要研究目标

预期技术水平总体达到国内领先水平,争取达到国际先进水平。

4、研究手段与技术路线

本项目针对泥巴山隧道的关键技术进行研究,并根据研究内容分六个子课题。本项目总体研究技术路线如下:

3.png

图1       项目总体研究技术路线图

二、研究成果

通过项目组近四年的系统研究,全面完成了项目研究大纲及合同书的相关要求,获得以下主要成果:

1、研究成果

(1)建立了基于DTM模型的隧道通风井井位多因素全组合智能比选方法及以全寿命经济效益为目标的通风井经济断面和风速优化方法。研发了“特长深埋隧道通风井优选系统软件”。

4.png

(2)对三个已运营的典型隧道以及在建的泥巴山隧道进行了现场实测,取得了相关参数数据。

(3)在现场测试的基础上,通过理论分析及三维数值计算,建立了基于超静压差、风墙式压差以及热位差三要素的隧道内自然风计算公式。

(4)基于95%保证率的分段纵向式通风下各个区段自然风设计值的确定方法。

(5)建立了特长深埋隧道分段纵向式通风条件下有效利用自然通风的节能设计模式及实施方法。

(6)建立了提高多台并联轴流风机效率的设计方法。

(7)建立了特长深埋隧道有人和无人职守地下风机房内环境标准。

(8)通过理论分析和模型试验,建立了隧道正常运营下地下风机房有害气体浓度的计算方法。

(9)建立了隧道火灾模式下地下风机房温度及烟气浓度计算方法。

(10)建立了地下风机房通风设计方法。

(11)提出岩体构造损伤概念,定义了构造损伤系数表达岩体构造损伤程度,采用综合评分方法,进行构造损伤指标的判定。

(12)提出了岩体构造损伤分区划分和判定方法,以及基于构造损伤分区的深埋特长隧道综合勘察技术。

(13)提出了岩爆分析的“岩石变形能潜势指标法”。

(14)提出了隧道围岩大变形判别的定量指标。

(15)提出了大相岭泥巴山隧道控水构造模式。

2、编制指南

(1)编制了“地下风机房设计指南”。

(2)编制了“深埋特长隧道综合勘察技术指南”

三、成果应用情况及产生的效益

1、经济社会效益

本项目以西南在建最长的深埋特长隧道-大相岭泥巴山隧道为工程依托,立足于工程建设的需要,结合泥巴山隧道工程特点进行研究,其研究成果具有较强的实用性以及显著的经济、社会、环境效益。

2、人才培养

本科研课题为西部交通建设项目,参研人员全部为西部地区人员,项目组为认真落实通过西部科技建设项目加强对西部人才培养的有关指示精神,努力为相关研究人员提供良好的研究条件,鼓励和激励研究人员充分发挥各自的特长和创新能力,创造良好的成才环境。

3、推广应用情况

本项目研究成果直接应用于大相岭泥巴山隧道勘察、设计、施工、运营各阶段,取得了良好的经济、社会和环境效益。

4、推广应用前景

本科研成果不仅指导了大相岭泥巴山隧道勘察与设计,还应用到了其它特长隧道建设和管理中,如正在施工的西南最长隧道的米仓山隧道,具有十分广阔的应用市场和推广前景。


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