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连拱隧道建设关键技术的推广应用研究
发布:admin 发布时间:2016-06-29 浏览次数:2710



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2007年~2010年。连拱隧道结构型式经过一段时间的研究和工程实践,已取得了诸多研究成果,积累了较多设计与施工方面的实践经验。

    我国是一个多山的国家,山丘区面积占全国总面积的75%,而西部地区更是崇山峻岭。近年来,随着我国交通基础设施建设规模的逐步扩大,特别是西部大开发战略的实施,公路隧道修建的数量也日益增多,新的隧道结构型式和相应的施工方法也不断涌现,连拱隧道即是其中之一。全国范围内,特别是在中西部地区,由于受地形等条件的限制,连拱隧道结构型式应用较多,往往成为高速公路隧道的主体型式。例如云南的元磨高速公路,全线23座隧道中,连拱隧道数量达到了16座,占70%,充分说明了连拱隧道作为一种新兴的结构型式,有很好的实用性和适应性,可产生较大的社会经济效益。可以预见,在今后相当长的一个时期,连拱隧道在我国特别是西部地区仍然将大量采用。

   

连拱隧道示意图

二、研究目的

    与传统的分幅修建隧道相比,连拱隧道在线路平面、洞口位置等的选择上均较分幅修建隧道优越,而且自由度较大;同时考虑到隧道分修的双洞进出口各有较长的连接引线,引起的土地征用增多、前后段桥路工程增加、洞身附属工程增加等一系列问题,连拱隧道综合造价往往较单跨结构低。但由于连拱隧道隧道跨度大、结构复杂等不利因素,工程设计与施工单位者由于缺少连拱隧道相关设计与施工理论和工程实践经验,加之已有工程实践资料面向社会的信息化工作还不到位,很少有第一手相关资料可查,往往对连拱隧道结构型式望而却步。

    对此问题,西部交通建设科技项目“连拱隧道建设关键技术的研究”,解决了目前连拱隧道建设中存在的关键问题,弥补了国内外在这方面的空白,对今后类似工程的修建将有积极的参考价值;对丰富和发展公路隧道的设计与施工方法,亦具有十分重要的意义。

    如前面所述,仅仅在依托工程中,该研究成果就产生直接经济效益1800万元以上,可以预见,在该成果的进一步推广应用中,将会产生更多更大的经济效益和社会效益,如果本项目研究成果大规模推广到全国实施,可以产生达数亿元的经济效益。

    综上所述,连拱隧道在技术及经济上的优越性是显而易见的,具有巨大的市场需求,但其相关设计与施工理论还未能被广大工程建设人员掌握,其优越性还未能被大家充分认识。所以,进一步验证、总结和深化连拱隧道研究成果,形成连拱隧道建设的相关指南和专著,建设连拱隧道统一的信息化平台和学习交流平台,将有关成果在云南、贵州、四川、湖南等进行技术交流与成果推广迫在眉睫。

三、主要研究内容

    (一)已有成果再验证及深化研究

    进一步验证连拱隧道成果,完善并提升连拱隧道的设计与施工理论与方法,为成果的体系化和进一步推广奠定基础。主要包括:

    1、依托工程的连拱隧道长期监测研究;

    2、依托工程的连拱隧道性态现场调研与验证分析;

    3、其他已建连拱隧道性态现场调研与验证分析;

    4、在建连拱隧道的调研及专项监测与分析研究;

    5、连拱隧道适用条件的深化研究。

    (二)连拱隧道设计与施工理论与方法的体系化研究

    完善原有设计准则、施工技术规程、设计图集,明确连拱隧道在具体条件下的设计理论、结构选型和施工方法,为设计与施工人员提供设计与施工的书籍、参考依据和标准,以及使设计与施工人员有章可循,在无相关经验时,亦能进行连拱隧道的设计与施工。

    1、编撰专著《连拱隧道设计施工关键技术》;

    2、编撰《连拱隧道设计施工指南》;

    3、编撰《连拱隧道设计图集》。

    (三)连拱隧道软件的专业化研究与技术推广

    在原有软件基础上完善同济曙光软件图形平台和数值平台,使连拱隧道系列软件更易于被广大工程人员接受和使用,同时在软件中充分吸收连拱隧道已有成果,使得软件更具专业性和针对性,使之成为连拱隧道设计与施工中的推荐软件。

    1、连拱隧道施工动态数值模拟软件模块;

    2、连拱隧道施工动态反馈分析软件模块;

    3、连拱隧道计算机辅助设计软件模块;

    4、连拱隧道边坡稳定分析软件模块;

    5、连拱隧道监测数据库管理软件模块。

    对已有专利技术作进一步的完善,并通过承担与参与单位、各协作单位,在负责的有关连拱隧道工程项目中得到推广。

    (四)连拱隧道技术交流远程网络平台

    对连拱隧道研究取得的成果和资料进行数字化和信息化,为工程设计与施工人员提供学习和交流的网络平台,加快连拱隧道相关理论和资料的普及速度,提升设计与施工人员的整体素质。

    1、连拱隧道信息化框架的研究;

    2、连拱隧道网站建设;

    3、连拱隧道技术交流论坛建设。

四、取得的主要成果

    本项目经过4年多的刻苦攻关,取得了一系列科研成果,公开发表论文26篇,出版著作4本。通过技术讲座、培训,结合近百项工程的技术服务,使科研成果有效的服务于工程建设,培养了一大批专业技术人才。在云南省交通规划设计研究院、同济大学、云南思小高速公路建设指挥部、贵州省交通规划勘察设计研究院、四川交通厅公路规划勘察设计研究院在共同合作和努力下研究取得了如下成果:

   

    麻地河一号隧道

    (一)对已有成果再验证及深化研究进一步验证连拱隧道成果,完善并提升连拱隧道的设计与施工理论与方法,为成果的体系化和进一步推广奠定基础。主要包括:

    1、依托工程的连拱隧道长期监测研究;

    2、依托工程的连拱隧道性态现场调研与验证分析;

    3、其他已建连拱隧道性态现场调研与验证分析;

    4、在建连拱隧道的调研及专项监测与分析研究;

    5、连拱隧道适用条件的深化研究。

   

隧道长期监测断面测点断面布置图

    (二)通过对连拱隧道设计与施工理论与方法的体系化研究,完善了原有设计准则、施工技术规程、设计图集,明确连拱隧道在具体条件下的设计理论、结构选型和施工方法,为设计与施工人员提供设计与施工的参考依据和标准,使设计与施工人员有章可循,在无相关经验时,亦能进行连拱隧道的设计与施工。

   

    大风垭口隧道上行线K256+074初衬与围岩间接触压力与时间的关系曲线

    (三)通过参加研究工作的设计、管理单位把研究成果应用到依托工程和其他工程中,使连拱隧道科研的成果有效的服务于工程建设。

   

长期监测测点及监测

    (四)科研单位通过向在建公路工程和运行公路工程的管理、设计、施工单位介绍,通过技术服务的方式,把研究成果推广应用到更多的工程中。如监测的科研成果及技术在广州龙头山双洞八车道公路隧道建设关键技术研究、东部沿海高速公路莲塘至盐田段工程公路隧道信息化施工技术研究、江西景婺黄高速公路隧道塌方预警预测体系及治理措施研究、上海电力隧道施工控制及运营维护与数字化技术研究等工作中的的应用和发展。

       

南岛河隧道衬砌典型裂缝图片

    (五)将连拱隧道的设计理论与方法推广到各个设计院中,使科研成果在设计时能够广泛被采用,从而应用于工程建设中。

   

万天宫隧道明洞中墙

    (六)学校把研究成果通过教学讲授的方式传授给相关专业的本科、硕士、博士研究生,使研究成果在其毕业后从事的工作中得到直接或间接的推广应用。同时一批相关工作者也在该科研工作的参与中或参加的培训中理论水平得到提升,为其获得职称和晋升打下基础。

    (七)通过发表论文、出版书籍,把研究成果传授给公路建设和其他相关从业工作者。如已编写的书籍《岩土工程问题安全性的预报与控制》和《公路隧道设计细则》,在各种会议和杂志上公开发表的论文,以及博士论文和硕士论文。

    (八)通过相关专业会议、技术讲座、技术培训等方式,把研究成果推广给广大技术人员。如已在云南昆明等地举行的连拱隧道成果推广与技术交流会,以及在参加的相关学术会议中的讲座和发言。

       

出版书籍

    (九)在原有软件基础上,对同济曙光软件图形平台和数值平台进行了完善,使连拱隧道系列软件更易于被广大工程人员接受和使用,同时在软件中充分吸收连拱隧道已有成果,使得软件更具专业性和针对性,使之成为连拱隧道设计与施工中的推荐软件。

    (十)将同济曙光软件向各设计、施工、监理、科研等单位的推广,连拱隧道研究成果也随之推广给广大技术人员和工程实际中。同时,对已有专利技术作进一步的完善,并通过承担与参与单位、各协作单位,在负责的有关连拱隧道工程项目中得到推广。

    (十一)对连拱隧道研究取得的成果和资料进行了数字化和信息化,建立了连拱隧道网站,为工程设计与施工人员提供学习和交流的网络平台,加快连拱隧道相关理论和资料的普及速度,提升设计与施工人员的整体素质。

软件显示界面

五、社会经济效益

    在连拱隧道的推广应用中,项目组完成了依托工程连拱隧道的长期监测和裂缝调查工作,完善了连拱隧道的已有理论成果,并将其应用于依托工程和一系列其他工程中。仅在依托工程的推广应用中,就产生直接经济效益1800万元,降低工程造价达到3%以上。同时,在连拱隧道的推广应用过程中,在相关会议和期刊上发表了一系列论文,出版了《岩土工程问题安全性的预报与控制》、《公路连拱隧道设计与施工关键技术》,参与编写了《公路隧道设计手册》和《公路隧道设计细则》。人才培养方面,在校内,通过课堂讲授,将连拱隧道的科研成果介绍给本科、硕士和博士研究生,在校期间从事连拱隧道相关研究的硕士和博士研究生累计超过二十人,依托连拱隧道项目完成了2篇硕士论文和1篇博士论文;在校外,本课题参与人员通过举办技术讲座、技术培训和专业会议培养了相关方面的专业技术人才,使从事相关工作的一线工作者能够迅速掌握连拱隧道的理论和方法,在其以后的工作中能够直接运用。完善了同济曙光软件图形平台和数值平台,使其成为连拱隧道设计中的推荐软件。同时对连拱隧道研究取得的成果和资料进行了数字化和信息化,建立了连拱隧道网络平台,为工程设计与施工人员提供学习和交流的网络平台,有利于加快连拱隧道相关理论和资料的普及速度,提升设计与施工人员的整体素质。连拱隧道的推广应用取得了较好的社会效益和经济效益,对于保护生态环境和提升公路隧道的建设水平,具有十分重要的现实意义。

 
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