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守护四川藏区隧道安全线
作者:文/四川藏区高速公路有限责任公司 来源:《中国公路》 时间:2022-06-13

获奖等级:特等奖

项目名称:四川藏区复杂环境高速公路隧道建设与运营安全风险防控关键技术

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雅康高速隧道

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汶马高速隧道

雅康、汶马高速公路是四川藏区高速公路规划中的重难点工程。这两条线路地处青藏高原梯形过渡带,深入藏区海拔陡增,沿线地形、地质及气候极其复杂,生态环境极其脆弱。其中,雅康高速线路总长130.1公里,隧道总长72公里;汶马高速线路总长172公里,隧道总长97.4公里。两线61座隧道总长169.4公里,约占线路长度的56%,隧道密集,特长隧道多达22座。

四川藏区隧道的建设与营运面临很多严峻问题。地质条件极其恶劣,深埋、长大隧道施工风险极高,且大量穿越断层破碎带。由于高压富水、变质软岩等地质条件复杂多变的地层,施工中极易发生坍塌、突水涌泥、大变形、岩爆等灾害,隧道施工难度大,风险高。

同时,受重大风险源与构造运动持续影响,隧道群的结构安全难以保障。受强烈构造运动影响,区域地应力环境极其复杂,且持续缓慢演化,加之沿线广泛分布的重大风险源,隧道衬砌结构在施工期和运营期都面临巨大的安全风险。

区域生态环境敏感脆弱,给隧道建设与运营带来的生态环境风险极高。线路穿越多处生态脆弱区,对水环境变化极其敏感。隧道施工与运营导致的地下水排放,破坏了地下水环境动态平衡,将面临水土流失、生态系统退化等风险。

超长连续下坡隧道群路段路况复杂,行车安全难以控制。长大纵坡、长大隧道、隧道群组合出现,导致行车环境频繁变化,极易诱发驾驶疲劳、制动失效、超速失控等风险,行车安全问题极为突出。

鉴于此,“四川藏区复杂环境高速公路隧道建设与运营安全风险防控关键技术”项目组以四川藏区雅康、汶马高速公路沿线隧道为依托工程,围绕隧道施工风险防控技术、隧道群结构安全监测技术、环境敏感区隧道防排水技术及长大隧道与隧道群行车安全保障与节能控制技术等方面开展了深入研究,形成了四川藏区复杂环境高速公路隧道建设与运营安全风险防控关键技术。研究成果不仅直接解决了雅康、汶马高速隧道建设及运营安全的技术难题,系列研究成果还为后期整个西部山区及藏区的大量隧道工程提供重要的技术参考,对今后西部交通基础设施的全面建设具有重要的战略意义和理论指导价值。


攻坚克难结硕果


四川藏区行车环境特殊复杂,项目综合采用了资料调研、理论分析、现场监测、数值模拟和室内模型试验相结合的手段,针对四川藏区复杂环境下高速公路隧道建设与运营安全风险防控关键技术开展了深入研究。

恶劣地质条件长大山区隧道施工安全风险防控技术

项目考虑四川藏区工程地质与水文地质特征,剖析了隧道施工及运营典型重大风险源,探明了不同风险源的致灾机理;提出了针对风险源动态调整的两阶段(施工准备和施工过程)风险评估方法,建立了隧道施工大变形定量风险评估方法;创建了基于坍塌征兆的观测和监测,以及隧道坍塌综合分析预警模型,研发了具有自主知识产权的隧道施工监测与坍塌动态分析预警系统;提出了基于风险分级的多风险源综合施工防控措施,优化了隧道典型风险事故应急处置措施。

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研究技术路线图

恶劣地质条件隧道群结构安全监测技术

项目探明了四川藏区隧道在典型重大风险源影响下从施工期至运营期的结构力学演变规律,重点分析了变质软岩流变效应及衬砌结构劣化影响下,隧道围岩支护体系的时效作用机制。以此为基础,考虑典型风险源的特征与致灾机理,提出了针对不同风险源监测方案;为解决常用的埋入式元器件耐久性难以支撑隧道长期监测的难题,提出了埋入式(内部应力)与表贴式(表面应变)元器件协同监测技术,实现了对隧道长期结构的受力监测;建立了针对四川藏区高速公路隧道结构安全的模糊综合评价模型,提出了基于模糊神经网络的隧道结构安全推演法则,研发了隧道群结构安全评价与预警软件平台,实现了两线隧道群结构安全的监测、评估及预警。

生态敏感区高速公路隧道防排水技术

为防控由于隧道施工与运营中地下水过量排放导致水土流失、生态系统退化等生态环境风险,项目建立了基于物元可拓模型环境敏感区公路隧道地下水环境影响评价方法;提出了环境敏感区公路隧道地下水限量排放指标实用计算方法,建立了符合生态环境防护理念的地下水处置措施;自主研发了生态敏感区公路隧道地下水流量无线自动监测设备,提出了基于卫星遥感卫片解译进行隧址区土壤水分及植被影响分析,从定量化的角度分析了隧道建设对区域生态环境质量的影响。


科技支撑保安畅


研究成果直接应用于四川藏区高速公路复杂环境长大隧道及隧道群的建设与运营的风险防控中,并在隧道施工安全风险防控、生态敏感区隧道环境保护、隧道群结构健康监测与评价、隧道群行车安全和照明节能控制等方面取得了良好效果。

项目提出的恶劣地质条件下长大山区公路隧道施工风险综合防控技术,已应用于二郎山隧道、鹧鸪山隧道、狮子坪隧道、卓克基隧道、飞仙关隧道等一大批雅康、汶马高速上的隧道施工准备与施工过程中,对大变形、岩爆、坍塌、突水涌泥等典型风险开展了风险等级评估,在两个阶段分别采取了分级防控措施,降低了施工中的风险和事故发生率。

研发的针对典型重大风险源的隧道结构内部与衬砌表面协同监测技术,成功应用于鹧鸪山隧道(高地应力、变质软岩)、狮子坪隧道(变质软岩、高压富水)及二郎山隧道(高地应力、断层破碎带、高压富水)等雅康高速和汶马高速公路上多座隧道从施工期至运营期的结构监测。提出的基于人工智能的隧道结构安全推演方法和隧道结构安全评价与预警平台,为雅康、汶马高速全线隧道结构安全的保障工作提供了有力支撑,节省了大量运营期间的结构检测和监测费用,同时为后期两线隧道及时开展主动维护提供了重要的理论依据与数据支撑。

符合生态环境防护理念的隧道防排水技术,已成功应用于线路中包括二郎山隧道在内的多座典型隧道,并根据隧道分段不同生态环境敏感程度采取了针对性堵排水措施,解决了二郎山隧道修建时的环境保护问题,保障了生态敏感区土壤含水量与区域植被生态。隧道修建完成后87.7%区域的土壤含水量,较修建前变化小于2%,区域最大土壤水分变化不超过4.5%,节省了大量生态环境恢复所需的时间与费用。

研发的视觉诱导动态边缘率控速系统已成功应用于依托工程典型隧道中,解决了静态边缘率空间频率相同,不同车速下针对性不强,降速效果弱的问题,提高了安装路段中驾驶员的速度感知能力。车速指标85%位车速、平均车速、车速标准差分别降低了6.67%、7.96%、 13.45%,有效降低了由超速引起的交通事故发生率,提升了隧道运营安全水平。

提出的长大纵坡隧道交通风险主动预防与被动避险协同控制技术在雅康高速公路隧道的设计、施工、运营阶段得到了应用,优化了已探明行车风险点的交安设施,并应用了相应的行车安全保障措施,极大地提高了隧道运营安全性,使交通事故率大幅下降。

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匠心工艺显成效


项目成果带来了巨大的直接经济效益,降低了施工成本优化了支护参数,并有效减少了施工安全风险与事故发生率,减少财产损失合计约4.89亿元;降低了监测及维护成本,在雅康、汶马高速隧道的运营中节省了监测及维护费用1760万元;避免了隧址区地下水流失,节省各项环保治理费用合计5850万元;优化了隧道内照明系统,减少了无效照明,考虑长期运营中节能效果,实现经济效益31080万元。

雅康高速和汶马高速分别是川藏高速公路南线和北线的重要组成部分,两线的建成结束了甘孜州府和阿坝州府不通高速的历史,对发展四川藏区经济,维护藏区繁荣稳定,助力当地人民摆脱贫困有历史性意义。项目的研究成果保障了二郎山隧道、狮子坪隧道、鹧鸪山隧道等重大工程相继建成,支撑了两条线路隧道的建设和运营。

在多座典型隧道的施工中,应用了恶劣地质条件下的安全风险防控技术,实现了隧道施工风险的动态防控,保障了施工安全。研究成果还可向同区域正在建设与拟开展建设的其他多条四川藏区高速公路,以及已全面开工建设的川藏铁路中的大量隧道工程推广应用。对于工程特点和建设运营条件极为相似的泸石、久马等其他四川藏区高速公路隧道的建设和运营,研究成果可直接应用。对于川藏铁路中的大量隧道,项目提出的“恶劣地质条件长大山区隧道施工安全风险防控技术”“恶劣地质条件隧道群结构安全监测技术”主要成果可为其施工安全防控与结构监测提供直接指导与帮助。

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汶马高速狮子坪隧道施工便桥为全国最长施工便桥(363米)——全国最长施工便桥重载索道桥

蜀道投资集团有限责任公司

蜀道投资集团有限责任公司(以下简称“蜀道集团”)是重组整合四川省交通投资集团有限责任公司和四川省铁路产业投资集团有限责任公司,通过新设合并方式组建的四川省属国有企业,于2021年5月28日揭牌成立。作为四川省交通强省建设的主力军和排头兵,蜀道集团在交通基础设施设计施工建设领域具有全球竞争力,业务涵盖公路铁路投资建设运营、相关多元产业(交通工程建设、交通物流、交通服务、交通沿线新型城镇化建设、工程设计咨询等)、智慧交通、产融结合四大板块。所属各级全资和控股企业332家,业务遍及30多个国家和地区,员工约5万人;总资产突破1万亿元,净资产达3108亿元。累计投资建设运营高速公路里程超1万公里,占全省的84%;投资建设运营铁路里程约7000公里,占全省的75%。拥有4家AAA级境内信用评级主体和四川路桥、四川成渝、蜀道装备3家上市公司,综合实力位列全国省级交通企业“第一方阵”。

“十三五”期间,蜀道集团依托重大工程项目,组织开展科技攻关,在高速公路建设等领域取得了一批重大科技创新成果,获得发明专利44项,实用新型专利357项,软件著作权28项,省部级工法319项。获得省部级及行业协会奖项30余项。

四川藏区高速公路有限责任公司

四川藏区高速公路有限责任 (以下简称“藏高公司”)成立于2013年8月,为蜀道投资集团有限责任公司直属企业。藏高公司注册资本100亿元,资产规模547亿元,位居集团第二,是四川唯一一家大量承担四川涉藏地区高速公路项目投资、建设和运营管理任务的国有企业。目前,藏高公司投资建设(含代建)及运营项目有雅康、汶马、都汶、雅叶高速康定过境段、久马、泸石、康新7条高速公路,代建甘孜州国道318线康定折多山特长隧道项目,总里程共计841公里,其中雅康、汶马、都汶高速已建成通车。

藏高公司自成立之初,一直高度重视科技攻关工作,为解决高速公路项目投资建设及运营管理中存在的问题,从“防灾减灾、生态环保、运营安全、经济节能、智慧建造、重大工程”等方面统筹规划,并依托项目以联合技术攻关课题研究的方式逐步实施。同时,藏高公司积极承担了国家级(重点专项)、省部级(西部课题项目和四川省重点科技项目)、厅级(交通科技项目)等有关课题研究。

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【编辑:朱海洲】

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