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滇藏高海拔寒区特长公路隧道关键技术研究
发布:admin 发布时间:2016-06-28 浏览次数:3152


一、立项背景

    本项目属交通部西部交通建设科技项目,研究期限2011年~2015年。项目针对滇藏高海拔冻土地区特殊地理、气候及工程条件下所面临的隧道设计、施工、运营和养护的技术难题开展研究,旨在为高海拔冻土地区公路交通系统的便利、安全畅通提供保障,改善隧道的运行环境。

    该项目以云南省迪庆藏族自治州香格里拉至德钦公路白茫雪山1#隧道为依托,,隧址区自然气候条件较为特殊,“立体气候”明显,属于寒温带山地季风气候,气温随海拔高度增加而降低。研究为解决白茫雪山1#隧道设计、施工和运营中的技术问题是非常必要的,将为高海拔冻土地区公路交通系统的便利、安全畅通提供保障,为推动西部不发达地区经济发展和社会进步做出贡献,研究成果具有重大的应用价值和广泛的推广前景。

    香格里拉至德钦公路段隧道已经于2010年开始建设,隧道工程建设进度与项目科研进度的协调吻合,能为借助于依托工程开展科研工作,同时,项目科研工作可以及时地应用于依托工程,为依托工程的设计、施工和养护提高技术支撑和保障。


白茫山1#隧道施工现场



二、研究目的

    滇藏地区物产富饶,旅游资源十分丰富,但由于交通运输条件的限制,区域内经济发展相对落后,在高海拔冻土地区建成便利的公路交通系统,是推动该地区经济发展和社会进步的必然环节。开展“滇藏高海拔寒区特长公路隧道关键技术研究”,将解决特殊地理、气候及工程条件下所面临的隧道设计、施工、运营和养护的技术难题,将为今后在高海拔寒区修建公路隧道积累宝贵的工程经验。高海拔寒区特长公路隧道智能养护决策系统的开发和应用,将大大提高高海拔寒区隧道运营养护管理的技术水平以及养护决策的科学性,为高海拔冻土地区公路交通系统的便利、安全畅通提供保障,改善隧道的运行环境。

三、主要研究内容

    (一)高海拔寒区特长单洞双向公路隧道防抗冻研究

    1、寒区单洞双向公路隧道洞内外气象、衬砌及围岩温度场;

    2、寒区公路隧道围岩冻融圈计算方法;

    3、寒区单洞双向公路隧道隔热层厚度和长度计算方法;

    4、考虑冻胀及冻融作用的寒区隧道衬砌结构荷载计算;

    5、寒区隧道结构设计方法研究。


    (二)高海拔寒区特长公路隧道施工技术研究

    1、高海拔寒区特长公路隧道施工技术和施工组织要求,以及劳动保障要求;

    2、高海拔寒区特长公路隧道施工监测技术。


保温层及排水板铺设                  数字化火灾疏散救援系统


    (三)高海拔寒区特长单洞双向公路隧道防灾救援技术研究

    1、高海拔寒区特长隧道火灾烟气蔓延规律;

    2、高海拔寒区特长单洞双向公路隧道动态反馈式火灾疏散技术;

    3、综合考虑人员疏散逃生通道(平导)设置、烟气蔓延特点及高寒缺氧条件的特长单洞双向公路隧道火灾疏散救援系统研究。

    (四)高海拔寒区特长公路隧道智能养护决策系统开发

    1、公路隧道基本信息和养护信息数据库及三维场景浏览系统;

    2、高海拔寒区特长公路隧道洞内外气象和温度场监测系统;

    3、公路隧道智能养护决策系统开发。


智能养护决策系统



四、取得的主要成果

    项目已获得国家专利4项,发表论文7篇,培养了一批科技人才,推动了行业和区域科技进步与发展。项目研究成果总体达到国际先进水平,其中保温层设计计算方法与冻胀荷载的计算方法达到国际领先水平。

    项目在大量文献研究和现场调研的基础上,通过试验研究、理论分析、有限元数值模拟计算、现场监测等研究方法,针对高海拔寒区特长单洞双向公路隧道防抗冻研究、施工技术研究、防灾救援技术研究和智能养护决策系统开发进行了系统深入的研究,并在依托工程的建设中得到成功的应用,具有巨大的社会经济效益。

五、社会经济效益

    (一)经济效益

    1、创新性提出了围岩冻胀性评估标准和不均匀冻胀力的计算方法,通过对冻害事故的预防及调整了保温层铺设方案,减少了隧道运营时的维修费用,极大地节约了工程成本。高海拔寒区特长单洞双向公路隧道防抗冻研究将针对隧道的地形地貌特征、地质条件、气候条件及工程条件等多方面因素,采取相应的防冻措施,真正做到“对症下药”,最终避免或减缓隧道冻害的发生,确保衬砌结构安全,延长隧道的服役寿命,降低寒区隧道因冻害所引起的维护费用。在隧道结构防抗冻设计方面,根据围岩冻胀性评估以及衬砌所受冻胀力量值计算结果,非冻土段隧道在不铺设保温层时衬砌所受冻胀力基本可忽略。根据该研究成果,调整了衬砌的抗冻胀力设计,并保温层的铺设方案改为在进出口1km范围内铺设保温层,减少保温层铺设长度3810m,直接节省工程投资2000多万元。

    2、保证了施工作业人员的安全和施工效率,降低了施工成本。高海拔寒冷地区有气温低、空气稀薄、含氧量低的特点。白茫雪山1#隧道洞出口设计高程4113.15~4069.99m,大气压力60.2kpa,相当于海平面大气压的60%,事实上,在隧道施工过程中尽管有通风设备输入新鲜空气,但含氧量还会更低,在4100米高度,隧道深处在通风状态下氧气含量不到平原的55%。自然状况下氧含量严重不达标。长期在缺氧条件下施工,不但影响人员工作效率,更重要的是对工作人员的身体健康造成危害。项目组依据工程特点和实际情况,采取合理的供氧方式及建立完善的供氧制度,保证了在隧道掌子面增氧后,氧气环境相当于从4100米高度降低到3600米高度,氧气含量相当于达到平原的65%,一般情况下,在这一高度从事体力劳动的工作人员不会有明显高原反应,进而保证了施工人员的安全、身体健康和生产效率。

    3、建立了高海拔寒区特长单洞双向公路隧道的动态火情监控及数字化火灾疏散救援体系,有效减少了火灾发生所造成的人员伤亡及财产损失。通过开展高海拔季节性冻土区单洞双向特长公路隧道防灾减灾技术研究,可以提升高海拔季节性冻特长隧道的防灾能力,降低隧道发生灾害的危险性,保证特长隧道的安全运行,促进当地经济的发展;同时,完善有效的防灾减灾技术也可以极大的降低甚至消除隧道由于不幸发生灾害而引起的人员伤亡、财产损失,以及由于停顿运行而引起的经济损失。在解决高海拔季节性冻土区的特长隧道的防灾问题的同时,也会极大地促进我国特长隧道防灾减灾技术的发展,完善我国特长隧道防灾减灾的技术体系和标准,具有重大的社会经济效益。

    4、开发了高海拔寒区公路隧道智能养护系统,能够及时的掌握隧道病害,快速制定养护方案,避免或减缓冻害造成的损失。在隧道养护方面,采用了高海拔寒区公路隧道智能养护系统,利用信息化手段记录和管理“白茫雪山1号”隧道建造和运营全生命周期内产生的相关信息,并通过虚拟现实技术,实现隧道及相关信息的三维虚拟浏览。这样养护人员能第一时间制定出相应病害的养护方案,将冻害造成的损失降为最低。同时保证隧道处于健康的工作状态,延长隧道使用寿命。

    (二)社会效益

    1、优化了高海拔寒区隧道施工设备和人员的配置,提高了施工劳动效率,保障施工人员的安全和健康。

    2、通过对国内外既有运营隧道病害调查和机理分析,在施工阶段积极从多方面采取措施,积极进行冻害预防,一方面可以保证通行于隧道中车辆和行人的安全,防止因路面结冰、洞壁挂冰等给车辆和行人造成伤害,另一方面,隧道运营中,尽量做到不维修和少维修,从而保证隧道所处多山地区的正常交通、方便群众出行,避免运营隧道反复维修给群众出行带来诸多不便。

    3、白茫雪山1#隧道的顺利的通车,大大缩短了区间公路的行车旅程,给所处多山地区的群众出行带来了极大便利。隧道所在的公路段是云南省公路网中“三纵三横”的重要路段,南北向贯穿迪庆州,是州内唯一的交通“大动脉”,是迪庆州乃至云南省的交通干线和重要旅游线路,也是云南省与四川、西藏两省的重要联络通道的一部分。隧道的全线贯通将对促进云南省旅游、迪庆州与外界的经济联系,推动民族地区经济社会发展具有重要意义。








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