项目1华南富水花岗岩地区隧道工程突水突泥灾变机理与控制技术

项目名称：华南富水花岗岩地区隧道突水突泥灾变机理与控制技术 提名单位：中国科学院武汉分院 提名意见： 该项目在科技部973课题、国家自然科学基金及十余项重大工程等项目资助下，组织科研、设计及施工等5家单位开展联合科研攻关与工程实践，围绕华南富水风化花岗岩地区重大工程建设中突水突泥灾变机理及控制技术中的关键难题，通过系统的室内试验、理论研究、数值仿真、现场监测与反馈分析等，自主研发了隧道突水突泥与动水注浆试验系统、浆液抗分散性与凝胶特性测试系统，建立了华南富水风化花岗岩基于应力-渗流-侵蚀耦合分析的突水突泥灾变演化模型、失稳条件及其数值仿真技术；研制了新型动水注浆材料，发展了复合帷幕注浆技术并建立了注浆效果综合评价方法；形成了富水风化花岗岩隧道突水突泥灾害防治技术体系。项目研究成果在广西岑水高速均昌隧道、厦门翔安海底隧道、广东潮惠高速莲花山1号隧道、广东汕湛高速水墩隧道等工程中得到了应用，产生了显著的经济效益和社会效益。项目形成交通部行业规范1项，省部级工法1项，授权国家发明专利15项，出版专著2部，发表SCI、EI 100余篇，有力促进了行业科技进步，在隧道突水突泥灾害防治领域起到了重要的引领和示范作用。 提名该项目为湖北省科学技术一等奖。 项目简介： 本项目属于城镇化与城市发展科学技术领域。随着我国“一带一路”战略实施及交通、水利等基础设施建设的发展，隧道突水突泥灾害频发，富水风化花岗岩地层由于其独特的工程地质与物理力学特性，为突水突泥灾害安全防治造成了严峻挑战。项目组自2010年以来，在科技部973课题、国家自然科学基金及十余项重大工程等项目资助下，通过室内试验、理论研究、数值仿真、现场监测与反馈分析等方法，自主研发了隧道突水突泥与动水注浆试验系统、浆液抗分散性与凝胶特性测试系统，建立了基于应力-渗流-侵蚀耦合分析的突水突泥灾变演化模型、失稳条件及其数值仿真技术；研制了新型动水注浆材料，发展了复合帷幕注浆技术并建立了注浆效果综合评价方法；形成了富水风化花岗岩隧道突水突泥灾害防治技术体系。主要创新成果如下： （1）揭示了华南富水风化花岗岩地层隧道突水突泥灾变演化机理。 研制了隧道突水突泥灾变演化模型试验系统；揭示了应力-渗流-侵蚀耦合条件下富水风化花岗岩隧道突水突泥灾变演化过程；提出了富水风化花岗岩隧道突水突泥灾害过程中颗粒起动运移判据；建立了突水突泥灾害渗流-应力-侵蚀耦合灾变演化理论模型及仿真方法。 （2）解决了富水风化花岗岩隧道注浆堵水加固的关键技术难题。 研发了新型动水水泥基抗分散注浆材料与水泥基高早强型堵水加固材料；建立了动水条件下综合考虑浆液粘度时变、抗分散及凝胶特性的注浆浆液加固性能的评价新方法；揭示了富水风化花岗岩地层注浆堵水加固机理。 （3）攻克了富水风化花岗岩隧道突水突泥灾害控制核心技术难题。 建立了富水风化花岗岩隧道突水突泥灾害控制决策模型，研发了富水风化花岗岩隧道注浆堵水加固新工艺，形成了富水风化花岗岩隧道动态信息化注浆与注浆效果综合评价技术体系。 项目研究成果在广西岑水高速均昌隧道、厦门翔安海底隧道、广东潮惠高速莲花山1号隧道、广东汕湛高速水墩隧道等工程中得到了应用，产生了显著的经济效益和社会效益。 客观评价： 1. 科技部973课题验收评价意见 科技部组织专家对项目核心国家973 课题《深长隧道突水突泥灾害控制理论与协同治理技术》进行了会议验收，课题评价为优秀。验收意见为：“该项目研制了隧道突水突泥灾害治理模型试验系统，开发了新型动水注浆材料，开展了动水注浆材料性能测试与注浆机理研究，针对典型隧道突水突泥灾害建立了控制决策模型与协同治理技术体系，并将研究成果应用于岑水高速均昌隧道、吉莲高速永莲隧道、龙永高速大坝隧道、成兰铁路跃龙门隧道等多座隧道突水突泥灾害防治实践。全面完成了课题计划任务书规定的研究任务，达到了预期目标。” 2. 项目成果情况 本项目成交通部行业规范1项，省部级工法1项，授权国家发明专利15项，发表SCI、EI 论文100余篇，主要发表在《Tunnelling and Underground Space Technology》、《Bulletin of Engineering Geology and the Environment》及《岩石力学与工程学报》等国内外知名刊物。 3. 行业评价 本项研究成果解决了华南富水花岗岩地区隧道突水突泥灾变机理与控制关键技术难题，形成了富水花岗岩隧道突水突泥灾害防治新理念、新材料、新工艺与新技术，并成功应用于多座隧道突水突泥灾害防治实践。代表性工程评价如下： （1）广西岑溪至水汶高速公路建设指挥部：“中国科学院武汉岩土力学所等单位提出富水风化花岗岩隧道突水突泥灾害防治技术，有效指导了均昌隧道富水风化花岗岩不良地质段落突水突泥灾害处治设计方案与施工实践，解决了富水风化花岗岩隧道突水突泥灾害防治关键技术难题；针对大流量高水压突水突泥灾害注浆难题，研发的新型动水注浆材料与复合帷幕注浆技术有效保障了帷幕注浆实施效果；建立提出的动态信息化注浆与注浆效果综合评价技术体系，保障了均昌隧道帷幕注浆的安全顺利实施。节约突水突泥灾害处治费用8000余万元，节约工期6个月，并显著改善了隧道运营环境。” （2）厦门翔安海底隧道指挥部：“采纳了中国科学院武汉岩土力学研究所、中交第二公路勘察设计研究院有限公司等单位提出的富水花岗岩风化槽超前注浆堵水加固方案，及时调整了隧道开挖支护方案，避免了隧道突水突泥灾害的发生。本项技术的实施，节约工期3个月，本项成果直接服务本工程的设计和施工，确保了工程的顺利贯通。本项成果将对我国华南富水花岗岩地区隧道突水突泥灾害防治的勘察、设计、施工起到重要的推进作用。” 推广应用情况： 本项研究成果解决了华南富水花岗岩地区隧道突水突泥灾变机理与控制关键技术难题，形成了富水花岗岩隧道突水突泥灾害防治新理念、新材料、新工艺与新技术。 项目研究成果在广西岑水高速均昌隧道、厦门翔安海底隧道、广东潮惠高速莲花山1号隧道、广东汕湛高速水墩隧道等工程中得到了应用，产生了显著的经济效益和社会效益。 目前正在广东惠清高速公路南昆山隧道、厦门海沧海底隧道等富水花岗岩隧道工程中推广应用。 本项成果整体提升了富水花岗岩隧道突水突泥灾变演化机理的分析方法、注浆材料与注浆工艺水平及控制技术体系，累计创造经济效益超过1.5亿元。施工中有效控制了突水突泥灾害的发生，保障了人员设备安全，经济社会效益显著。 主要完成人情况： 姓 名 陈卫忠 性别 男 排名 1 国籍 中国 工作单位 中国科学院武汉岩土力学研究所 行政职务   二级单位 岩土力学与工程国家重点实验室 技术职称 研究员 完成单位 中国科学院武汉岩土力学研究所 所在地 湖北武汉 单位性质 非转制研究院所 参与本项目的起止时间 2010-01-01至2017-12-31 对本项目主要学术贡献： （1）项目研究总负责人，负责本项目的总体设计与组织实施； （2）对创新点1、2、3 均有贡献，主要科技贡献包括： ① 提出了富水风化花岗岩隧道突水突泥灾变演化过程分析方法； ② 揭示了富水风化花岗岩注浆堵水加固机理； ③ 建立了富水风化花岗岩隧道突水突泥灾害控制决策模型。                 姓 名 袁敬强 性别 男 排名 2 国籍 中国 工作单位 中国科学院武汉岩土力学研究所 行政职务   二级单位 岩土力学与工程国家重点实验室 技术职称 助理研究员 完成单位 中国科学院武汉岩土力学研究所 所在地 湖北武汉 单位性质 非转制研究院所 参与本项目的起止时间 2010-01-01至2017-12-31 对本项目主要学术贡献： （1）研制了隧道突水突泥灾变演化模型试验系统； （2）建立了动水条件下综合考虑浆液粘度时变、抗分散及凝胶特性的注浆浆液加固性能的评价新方法； （3）揭示了富水风化花岗岩地层注浆堵水加固机理。 对创新点1、2、3均有贡献。                 姓 名 程勇 性别 男 排名 3 国籍 中国 工作单位 中交第二公路勘察设计研究院有限公司 行政职务 分院院长 二级单位 隧道与地下工程设计院 技术职称 教授级高工 完成单位 中交第二公路勘察设计研究院有限公司 所在地 湖北武汉 单位性质 国有企业 参与本项目的起止时间 2010-01-01至2017-12-31 对本项目主要学术贡献： 研发了富水风化花岗岩隧道注浆堵水加固新工艺，参与编制了《公路水下隧道设计规范》，对创新点2、3均有贡献。                 姓 名 黄世武 性别 男 排名 4 国籍 中国 工作单位 广西信达高速公路有限公司 行政职务 董事长 二级单位   技术职称 教授级高工 完成单位 广西信达高速公路有限公司 所在地 广西南宁 单位性质 国有企业 参与本项目的起止时间 2013-01-01至2017-12-31 对本项目主要学术贡献： 组织开展了广西岑水高速均昌隧道富水风化花岗岩不良地质段突水突泥灾害设计、施工与质量控制等工作，对创新点2、3有突出贡献。                 姓 名 杨磊 性别 男 排名 5 国籍 中国 工作单位 山东大学 行政职务   二级单位 岩土与结构工程研究中心 技术职称 副教授 完成单位 山东大学 所在地 山东济南 单位性质 学校 参与本项目的起止时间 2014-01-01至2017-12-31 对本项目主要学术贡献： 研制了新型动水注浆材料及注浆工艺，对创新点2、3有突出贡献。                 姓 名 周小生 性别 男 排名 6 国籍 中国 工作单位 广西信达高速公路有限公司 行政职务 部长 二级单位   技术职称 高工 完成单位 广西信达高速公路有限公司 所在地 广西南宁 单位性质 国有企业 参与本项目的起止时间 2013-01-01至2017-12-31 对本项目主要学术贡献： 共同建立了富水风化花岗岩隧道动态信息化注浆与注浆效果综合评价技术体系，对创新点3有突出贡献。                 姓 名 吴定略 性别 男 排名 7 国籍 中国 工作单位 广东省长大公路工程有限公司 行政职务 分公司总工 二级单位 第四分公司 技术职称 高工 完成单位 广东省长大公路工程有限公司 所在地 广东广州 单位性质 国有企业 参与本项目的起止时间 2014-01-01至2017-12-31 对本项目主要学术贡献： 负责富水风化花岗岩隧道突水突泥灾害治理技术应用实践与优化完善，对创新点3有突出贡献。                 姓 名 李昕 性别 男 排名 8 国籍 中国 工作单位 中交第二公路勘察设计研究院有限公司 行政职务 分院总工 二级单位 隧道与地下工程设计院 技术职称 教高 完成单位 中交第二公路勘察设计研究院有限公司 所在地 湖北武汉 单位性质 国有企业 参与本项目的起止时间 2010-01-01至2017-12-31 对本项目主要学术贡献： 研发了富水风化花岗岩隧道注浆堵水加固新工艺，参与编制了《公路水下隧道设计规范》，对创新点2有突出贡献。                 姓 名 刘人太 性别 男 排名 9 国籍 中国 工作单位 山东大学 行政职务   二级单位 岩土与结构工程研究中心 技术职称 副教授 完成单位 山东大学 所在地 山东济南 单位性质 学校 参与本项目的起止时间 2014-01-01至2017-12-31 对本项目主要学术贡献： 研制了新型动水注浆材料及注浆工艺，对创新点2、3有突出贡献。