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高速铁路大断面黄土隧道建设成套技术及应用

发布:2021-04-16 阅读:

  发展高速铁路是我国推动经济社会发展、保护生态环境、促进国际交流和落实可持续发展要求的重要战略决策。在我国的高速铁路网规划中(规模达 2 万 km 以上),穿越黄土地区的高速铁路超过 2000km。


  本项目依托的郑州至西安高速铁路,是我国“四纵四横”高速铁路网的重要组成部分,是世界上第一条长距离穿越黄土地区的高速铁路。郑西高铁全长 458km,设计速度 350km/h,共有28 座黄土隧道,累计长 53km。该工程黄土隧道建设主要面临五大难题:一是隧道开挖断面大(最大 174 ㎡),变形控制难;二是隧道长,采用传统施工方法进度慢,落实工期要求难;三是高速铁路隧底工后沉降控制标准高(不大于 15mm),实现难度大;四是下穿既有公路和铁路的工点多(10 处),限制地表下沉影响相关工程和周边环境,控制要求高、难度大;五是软-流塑状黄土隧道多(5 座),稳定性差,施工难度极大。国内外既有的隧道设计理论、修建技术不能满足高速铁路大断面黄土隧道建设的需要,为此,要求本项目针对黄土隧道空间变形机理、设计方法和施工技术等关键问题开展科学研究,保障安全、优质建成郑西高速铁路。经过课题组和建设人员的共同努力,如期完成了科学研究和工程建设任务。自 2010 年 2 月通车以来,郑西高铁运营状况良好,社会经济效益显著。项目的主要技术创新成果有:


  1. 构建了大断面黄土隧道稳定控制技术体系。揭示了大断面黄土隧道围岩工程特性、变形规律及地表裂缝形成机理,创建了大断面黄土隧道围岩亚分级方法,提出了大断面黄土隧道围岩荷载计算方法,为大断面黄土隧道设计与施工奠定了理论基础。


  2.创建了大断面黄土隧道空间变形控制设计方法。探明了大断面黄土隧道锚杆、钢架、喷混凝土支护体系的力学特征,创建了控制大断面黄土隧道空间变形的新型支护体系,提出了大断面黄土隧道预留变形控制标准。


  3.创立了以三台阶七步开挖施工工法为核心的大断面黄土隧道施工新技术。研发了三台阶七步开挖施工工法(国家级),提出了大断面黄土隧道施工稳定性控制的关键技术,建立了大断面黄土隧道安全施工技术标准。


  本项目已获国家专利 12 项(其中发明专利 2 项),国家级工法 1 项,省部级工法 2 项,制定《铁路黄土隧道技术规范》等两项标准,编制标准设计 1 项,发表论文 70 多 篇,论著 1 部。研究成果在郑西高速铁路黄土隧道建设中广泛应用,节约工程投资 19.5 亿元,并在兰新、宝兰等西部地区高速铁路黄土隧道建设中得到全面推广应用,研发的三台阶七步开挖施工工法已推广应用到其他地区的铁路大断面软弱围岩隧道的建设中,累计长度超过 1000km。环境效益、经济效益和社会效益显著。全部研究成果通过了原铁道部组织的专家评审,总体达到国际先进水平,其中多项关键技术达到国际领先水平。


  本项目研究成果实现了大断面黄土隧道修建技术的重大突破,丰富和发展了我国隧道建设技术,对今后大断面黄土隧道建设有引领和示范作用,对黄土地区修建大空间地下工程有借鉴意义。


  该项目荣获2015年度国家科技进步二等奖,主要完成单位有铁道部经济规划研究院、中铁二院工程集团有限责任公司、中铁第一勘察设计院集团有限公司、郑西铁路客运专线有限责任公司、中铁十二局集团有限公司、石家庄铁道大学、西南交通大学、北京交通大学、中铁西南科学研究院有限公司、兰州交通大学。主要完成人有赵勇、喻渝、李国良、栗恒满、霍玉华、倪光斌、朱永全、王明年、谭忠盛、肖广智、杨建民、王新东、宋冶、李德武、赵华锋。




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