复杂地质条件下特长隧道施工技术研究申报书

课题申报书一、课题需求分析1.课题研究意义国道G577精河至伊宁县公路工程项目，该项目特长隧道15254米/2座，其中北天山隧道全长12100m，苏布台3#隧道全长3154m。

北天山隧道主体地处北天山造山带核部，出露地层较老，地质构造较复杂，地层变形较强烈，褶皱发育，地层倾角一般为50-60°，地层走向变化快，断层也较发育，隧道经过三条区域性断层，分别为F14、F15、F16，形成时代老，隧道延伸方位基本垂直于地层走向，与断层呈大角度斜交关系。

该工程主要为基岩孔隙裂隙、岩溶裂隙水，以碳酸盐岩岩溶裂隙水为主要类型，富水性强，局部地段地下水具承压性。

该段主要不良地质现象主要为泥石流、滑坡。

根据收集资料及调查精伊霍铁路北天山特长隧道施工及运营状况，对该隧道进行涌水量预测，其正常涌水量为128000m3/d。

苏布台3#隧道进口采用端墙式洞门，出口采用明洞式洞门。

隧道洞身段围岩主要为强-中风化砾岩，基岩节理裂隙发育，岩体破碎-较破碎，自稳能力差，隧道开挖后处理不当易发生坍塌，雨季施工洞室会有渗水现象。

隧道出口浅埋段围岩主要为粉土、砾石及强风化砾岩，粉土及砾石为坡洪积形成，松散-稍密，岩体破碎、自稳能力差，隧道开挖后易产生坍塌，侧壁易失稳。

特长隧道工程项目，且项目位于新疆地区，地质条件复杂，施工难度大，技术含量高，安全风险高。

同时在软弱围岩的高地应力作用下、断层破碎带的松弛变形以及挤压或膨胀变形，都会引起隧道围岩的大变形，极易发生岩爆，引起大塌方，伴随大规模涌水，如果不加控制或控制不及时，就会造成不可预计的安全风险。

近年来，隧道施工事故频发，常规的围岩检测不能做到实时检测，实时指导现场施工。

而通过信息化监控手段，能有效地对隧道围岩时行监测，实时监控进洞作业的人员、机械设备的分布和空间位置，确保施工安全。

针对项目特长隧道复杂的地质条件，有必要对特长隧道施工进行技术研究，确保项目安全、顺利完成，同时形成一套适宜的，行之有效的、全面成熟的隧道施工技术，为今后隧道施工提供借鉴，实现标杆引领。

2.相关领域国内外技术现状、发展趋势（1）特长隧道施工组织管理随着中国公路、铁路事业的大发展，隧道施工组织管理也日趋成熟，但这些隧道大多数都是短隧道或中长隧道，涉及到的特长隧道很少，穿越断裂带富水大应力特长隧道更是少有涉及。

随着中国一带一路规划战略和中西部大发展战略的实施，今后施工中，会遇到越来越多的特长隧道，因此，根据现有的隧道施工组织管理知识，结合本工程的实际情况，总结出特长隧道施工组织协调管理、资源配备及施工工效等一系列技术资料，对日后类似特长隧道施工提供巨大的管理和技术上的支持。

（2）特长隧道不同围岩类别施工工艺研究针对特长隧道不同围岩类别，根据隧道不同的施工工艺与掘进方法，从施工安全、施工效率方面着手，总结一套适宜的，不同围岩类别的行之有效的、成熟的隧道施工工艺，为今后隧道施工提供借鉴。

（3）特殊地质条件下特长隧道施工技术研究隧道涌水、突泥、涌砂一直隧道施工中的关键技术难题之一，国内外对此做了大量的研究工作，包括超前地质预报、注浆加固、泄压引流、截排结合等，对这些技术难题有了一定的处理措施。

该工程主要为岩溶裂隙水，以碳酸盐岩岩溶裂隙水为主要类型，富水性强，对该隧道进行涌水量预测，其正常涌水量为128000m3/d，同时隧道处于破碎断裂带等不良地质发育，溶雪期间破碎断裂带容易发生大规模涌水、突泥、涌砂情况。

工程地质构造较复杂，地层变形较强烈，褶皱发育，地层走向变化快，断层也较发育，破碎断裂带较多，破碎带施工不当容易造成施工安全事故。

软弱围岩的高地应力下作用、断层破碎带的松弛变形以及挤压或膨胀变形，都会引起隧道围岩的大变形，变形初期不仅变形的绝对值很大，变形速度也很大，极易发生岩爆，引起大塌方，伴随大规模涌水，如果不加控制或控制不及时，就会造成不可预计的后果。

国内对于岩爆和大变形的防治已经有了一定的研究，比如加固围岩、改善围岩应力条件、改变围岩性质、超前打孔减小应力、完善施工方法等，但仍需加强该方面技术的标准性、规范性及系统性。

在以往技术研究的基础上，结合本工程的实际情况，形成一套针对特殊地质条件下特长隧道施工技术，以保证该工程和以后类似工程安全、顺利施工。

（4）特长隧道洞内施工环境控制研究北天山隧道设计正常涌水量128000m3/d，施工过程中涌水排放问题是影响隧道施工的关键因素之一，尤其两座斜井反坡排水距离长、涌水量大，这是在其他类似公路隧道中很少遇见的，抽水设备选用、配置及过程管理不当，极有可能造成淹井等事故。

北天山隧道进口独头掘进距离长达3.5公里以上，斜井独头施工约4公里，过程中施工通风是关键，洞内施工环境主要是粉尘、机械设备尾气等污染，确定合理的通风方案，既能保证洞内施工环境优良，确保施工进度，也能大大节约用电。

特长隧道施工照明是施工保证的重要影响因素，如何确保特长隧道照明及应急措施是需要总结研究的一项课题。

北天山隧道作为全局首次施工的最长隧道，结合局标杆工地实施要求，怎样在特长隧道洞内管理，为类似工程提供标杆指引。

（5）特长隧道信息化监控技术研究特长隧道信息化监控技术，包括人员安全、围岩监测、施工进度、灾后应急响应与救援等一系列信息技术。

隧道施工过程中采取人员、设备定位技术，能实时监控进洞作业的所有人员、机械设备的分布和空间位置，便于施工管理和灾后救援实施。

近年来，隧道施工“关门”事故频发，多数是仰拱开挖时边墙收敛下沉引起的，常规采用的围岩检测不能做到实时检测，不能起到指导现场施工的作用。

因此，在仰拱施工时采用一种实时监测设备，能有效解决这一问题，大大减少隧道施工过程中围岩收敛变形造成的塌方、“关门”事故。

随着科技的不断发展，隧道施工的视频监控系统、人员识别及定位系统、监控量测系统及应急响应系统也都得到了快速的发展。

但各系统的发展仍不完善，且各系统发挥作用的协同性并不理想。

3.课题单位现有工作基础依托国道G577精河至伊宁县公路工程项目特长隧道工程，通过技术攻关和研发，形成超长隧道施工提供了一套较完整的、合理的施工技术，对特长隧道施工组织管理、安全、质量、环境管理都有重要意义。

课题实施的社会、经济效益通过对本课题的研究，为我局隧道及特长大隧道施工积累经验，培养大批施工技术人员；通过多工作面合理优化施工组织及资源配置，及不同围岩下施工工艺的优化调整，很大程度减少了施工过程中的工艺改变造成的资源浪费，有助于提高生产效率，缩短工期，节约成本，可以使项目保质、安全的完成施工作业任务，减少安全事故的发生。

同时对日后类似工程的施工也有重大的技术经济效益，有助于提高公司在相关领域的竞争力。

二、课题目标及主要研究内容1.课题实施的主要研发目标通过科研课题的研究，掌握特长隧道不同围岩类别施工工艺，解决复杂地质条件下公路特长隧道组织管理、涌水突泥和涌砂处理、溶雪期断层破碎带施工、岩爆及大变形等技术难题，优化特长隧道洞内施工环境控制，强化特长隧道信息化监控技术，高效优质、安全环保地完成施工任务，实现项目完美履约。

为今后类似工程施工提供技术依据，提炼、总结并推广应用技术成果，培养锻炼技术人才队伍。

2.研究与开发的具体内容（1）特长隧道施工组织管理1、特长隧道多个掌子面施工组织协调管理的分析研究2、特长隧道资源组织、工效分析研究（2）特长隧道不同围岩类别施工工艺研究1、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩不同施工工艺研究；2、特殊地质围岩施工工艺研究。

（3）特殊地质条件下特长隧道施工技术研究1、溶雪期特长隧道涌水、突泥、涌砂处理技术研究2、断层破碎带施工技术分析研究3、隧道控制爆破技术研究4、岩爆、隧道围岩大变形控制技术研究（4）特长隧道洞内施工环境控制研究1、特长隧道排水技术研究2、特长隧道通风技术研究3、特长隧道照明技术研究4、特长隧道标杆工地建设（5）特长隧道信息化监控技术研究1、特长隧道信息化安全监控技术研究2、特长隧道监控量测技术研究3. 技术路线在调查和收集国内外特长隧道有关资料的基础上，通过室内试验研究和理论分析，结合现场试验和实测数据，掌握“特长隧道施工组织管理”、“特长隧道不同围岩类别施工工艺”、“特殊地质条件下特长隧道施工技术”、“特长隧道洞内施工环境控制”、“特长隧道信息化监控技术”等技术难题。

在此基础上，形成相关技术成果。

4. 技术难点、创新点：1、隧道超长距离反坡持续排水施工技术；2、特长隧道长距离独头掘进通风技术；3、大埋深隧道高地应力地段岩爆防治技术；4、大断层富水软弱围岩大变形控制施工技术；5、隧道控制爆破技术；6、特长隧道多工作面掘进施工运输车辆调度管理技术；7、解决长大隧道控制测量技术；8、建立特长隧道信息化监控预警系统；9、提出特长隧道独头掘进洞内作业空气控制标准。

5. 进度计划（各阶段性的研究内容、目标、成果等）（1）课题研究完成年限课题完成年限：2017年9月—2022年12月（2）课题分阶段任务安排第一阶段：2017年09月～2017年12月，项目策划、分工，搜集与本工程相关的法律法规、标准、规范、图集等，调研国内外类似施工技术的发展研究现状，进行资料分析和筛选，提出科技创新实施重点内容，启动科技研发项目。

第二阶段：2018年1月～2020年12月，结合前期收集的资料与现场施工条件，分析论证并制定详尽的技术方案，针对各科技创新点开展现场试验，组织落实现场施工应用，进行阶段性的基础资料和数据收集。

第三阶段：2021年1月～2021年12月，对收集的资料数据分门别类进行汇总，运用统计手段开展数据的深度挖掘，对实施效果进行分析评价，总结经验教训。

第四阶段：2022年1月～2022年12月，深度提炼科研成果，编写和申报工法，撰写论文，编制综合研究报告，整理形成完整的验收资料，准备项目验收。

三、课题经费预算表四、课题的组织管理及相关保障、支撑条件1.课题的组织构架与管理措施本课题成立科技创新领导小组，由各项目部及各公司具体实施，实行目标责任制，任务层层分解到人，根据计划安排定期考核进展情况，保证研发课题按时完成，取得预期成果。

2.主要研究团队人员3.单位开展课题研究具备的条件本课题由课题负责人组织，抽调专业的技术人员组成课题小组进行研发设计，建立专门的经费台账对课题经费进行管理，确保各项研究内容的经费使用。

公司及项目拥有一大批公路隧道施工的专业技术人员，多次组织参与过科技创新项目研发工作，人才结构年轻，工作、学习积极性较高，敢于攻坚、创新，且均具备有扎实理论基础的和丰富的实践经验。

4.课题实施风险与不确定性技术方面：复杂地质条件下的特长隧道施工对于局尚属首例，需要一个学习、消化、吸收的过程，存在一定的技术风险；经济方面：资金因素是科研项目能否顺利实施的关键因素；管理方面：自然环境制约造成管理保障困难，在拖累项目进度的同时，也将不可避免地影响到课题研究的进展。