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        連拱隧道建設關鍵技術的推廣應用研究
        發布:admin 發布時間:2016-06-29 瀏覽次數:9940



        一、立項背景

            本項目屬交通部西部交通建設科技項目,研究期限2007年~2010年。連拱隧道結構型式經過一段時間的研究和工程實踐,已取得了諸多研究成果,積累了較多設計與施工方面的實踐經驗。

            我國是一個多山的國家,山丘區面積占全國總面積的75%,而西部地區更是崇山峻嶺。近年來,隨著我國交通基礎設施建設規模的逐步擴大,特別是西部大開發戰略的實施,公路隧道修建的數量也日益增多,新的隧道結構型式和相應的施工方法也不斷涌現,連拱隧道即是其中之一。全國范圍內,特別是在中西部地區,由于受地形等條件的限制,連拱隧道結構型式應用較多,往往成為高速公路隧道的主體型式。例如云南的元磨高速公路,全線23座隧道中,連拱隧道數量達到了16座,占70%,充分說明了連拱隧道作為一種新興的結構型式,有很好的實用性和適應性,可產生較大的社會經濟效益??梢灶A見,在今后相當長的一個時期,連拱隧道在我國特別是西部地區仍然將大量采用。

           

        連拱隧道示意圖

        二、研究目的

            與傳統的分幅修建隧道相比,連拱隧道在線路平面、洞口位置等的選擇上均較分幅修建隧道優越,而且自由度較大;同時考慮到隧道分修的雙洞進出口各有較長的連接引線,引起的土地征用增多、前后段橋路工程增加、洞身附屬工程增加等一系列問題,連拱隧道綜合造價往往較單跨結構低。但由于連拱隧道隧道跨度大、結構復雜等不利因素,工程設計與施工單位者由于缺少連拱隧道相關設計與施工理論和工程實踐經驗,加之已有工程實踐資料面向社會的信息化工作還不到位,很少有第一手相關資料可查,往往對連拱隧道結構型式望而卻步。

            對此問題,西部交通建設科技項目“連拱隧道建設關鍵技術的研究”,解決了目前連拱隧道建設中存在的關鍵問題,彌補了國內外在這方面的空白,對今后類似工程的修建將有積極的參考價值;對豐富和發展公路隧道的設計與施工方法,亦具有十分重要的意義。

            如前面所述,僅僅在依托工程中,該研究成果就產生直接經濟效益1800萬元以上,可以預見,在該成果的進一步推廣應用中,將會產生更多更大的經濟效益和社會效益,如果本項目研究成果大規模推廣到全國實施,可以產生達數億元的經濟效益。

            綜上所述,連拱隧道在技術及經濟上的優越性是顯而易見的,具有巨大的市場需求,但其相關設計與施工理論還未能被廣大工程建設人員掌握,其優越性還未能被大家充分認識。所以,進一步驗證、總結和深化連拱隧道研究成果,形成連拱隧道建設的相關指南和專著,建設連拱隧道統一的信息化平臺和學習交流平臺,將有關成果在云南、貴州、四川、湖南等進行技術交流與成果推廣迫在眉睫。

        三、主要研究內容

            (一)已有成果再驗證及深化研究

            進一步驗證連拱隧道成果,完善并提升連拱隧道的設計與施工理論與方法,為成果的體系化和進一步推廣奠定基礎。主要包括:

            1、依托工程的連拱隧道長期監測研究;

            2、依托工程的連拱隧道性態現場調研與驗證分析;

            3、其他已建連拱隧道性態現場調研與驗證分析;

            4、在建連拱隧道的調研及專項監測與分析研究;

            5、連拱隧道適用條件的深化研究。

            (二)連拱隧道設計與施工理論與方法的體系化研究

            完善原有設計準則、施工技術規程、設計圖集,明確連拱隧道在具體條件下的設計理論、結構選型和施工方法,為設計與施工人員提供設計與施工的書籍、參考依據和標準,以及使設計與施工人員有章可循,在無相關經驗時,亦能進行連拱隧道的設計與施工。

            1、編撰專著《連拱隧道設計施工關鍵技術》;

            2、編撰《連拱隧道設計施工指南》;

            3、編撰《連拱隧道設計圖集》。

            (三)連拱隧道軟件的專業化研究與技術推廣

            在原有軟件基礎上完善同濟曙光軟件圖形平臺和數值平臺,使連拱隧道系列軟件更易于被廣大工程人員接受和使用,同時在軟件中充分吸收連拱隧道已有成果,使得軟件更具專業性和針對性,使之成為連拱隧道設計與施工中的推薦軟件。

            1、連拱隧道施工動態數值模擬軟件模塊;

            2、連拱隧道施工動態反饋分析軟件模塊;

            3、連拱隧道計算機輔助設計軟件模塊;

            4、連拱隧道邊坡穩定分析軟件模塊;

            5、連拱隧道監測數據庫管理軟件模塊。

            對已有專利技術作進一步的完善,并通過承擔與參與單位、各協作單位,在負責的有關連拱隧道工程項目中得到推廣。

            (四)連拱隧道技術交流遠程網絡平臺

            對連拱隧道研究取得的成果和資料進行數字化和信息化,為工程設計與施工人員提供學習和交流的網絡平臺,加快連拱隧道相關理論和資料的普及速度,提升設計與施工人員的整體素質。

            1、連拱隧道信息化框架的研究;

            2、連拱隧道網站建設;

            3、連拱隧道技術交流論壇建設。

        四、取得的主要成果

            本項目經過4年多的刻苦攻關,取得了一系列科研成果,公開發表論文26篇,出版著作4本。通過技術講座、培訓,結合近百項工程的技術服務,使科研成果有效的服務于工程建設,培養了一大批專業技術人才。在云南省交通規劃設計研究院、同濟大學、云南思小高速公路建設指揮部、貴州省交通規劃勘察設計研究院、四川交通廳公路規劃勘察設計研究院在共同合作和努力下研究取得了如下成果:

           

            麻地河一號隧道

            (一)對已有成果再驗證及深化研究進一步驗證連拱隧道成果,完善并提升連拱隧道的設計與施工理論與方法,為成果的體系化和進一步推廣奠定基礎。主要包括:

            1、依托工程的連拱隧道長期監測研究;

            2、依托工程的連拱隧道性態現場調研與驗證分析;

            3、其他已建連拱隧道性態現場調研與驗證分析;

            4、在建連拱隧道的調研及專項監測與分析研究;

            5、連拱隧道適用條件的深化研究。

           

        隧道長期監測斷面測點斷面布置圖

            (二)通過對連拱隧道設計與施工理論與方法的體系化研究,完善了原有設計準則、施工技術規程、設計圖集,明確連拱隧道在具體條件下的設計理論、結構選型和施工方法,為設計與施工人員提供設計與施工的參考依據和標準,使設計與施工人員有章可循,在無相關經驗時,亦能進行連拱隧道的設計與施工。

           

            大風埡口隧道上行線K256+074初襯與圍巖間接觸壓力與時間的關系曲線

            (三)通過參加研究工作的設計、管理單位把研究成果應用到依托工程和其他工程中,使連拱隧道科研的成果有效的服務于工程建設。

           

        長期監測測點及監測

            (四)科研單位通過向在建公路工程和運行公路工程的管理、設計、施工單位介紹,通過技術服務的方式,把研究成果推廣應用到更多的工程中。如監測的科研成果及技術在廣州龍頭山雙洞八車道公路隧道建設關鍵技術研究、東部沿海高速公路蓮塘至鹽田段工程公路隧道信息化施工技術研究、江西景婺黃高速公路隧道塌方預警預測體系及治理措施研究、上海電力隧道施工控制及運營維護與數字化技術研究等工作中的的應用和發展。

               

        南島河隧道襯砌典型裂縫圖片

            (五)將連拱隧道的設計理論與方法推廣到各個設計院中,使科研成果在設計時能夠廣泛被采用,從而應用于工程建設中。

           

        萬天宮隧道明洞中墻

            (六)學校把研究成果通過教學講授的方式傳授給相關專業的本科、碩士、博士研究生,使研究成果在其畢業后從事的工作中得到直接或間接的推廣應用。同時一批相關工作者也在該科研工作的參與中或參加的培訓中理論水平得到提升,為其獲得職稱和晉升打下基礎。

            (七)通過發表論文、出版書籍,把研究成果傳授給公路建設和其他相關從業工作者。如已編寫的書籍《巖土工程問題安全性的預報與控制》和《公路隧道設計細則》,在各種會議和雜志上公開發表的論文,以及博士論文和碩士論文。

            (八)通過相關專業會議、技術講座、技術培訓等方式,把研究成果推廣給廣大技術人員。如已在云南昆明等地舉行的連拱隧道成果推廣與技術交流會,以及在參加的相關學術會議中的講座和發言。

               

        出版書籍

            (九)在原有軟件基礎上,對同濟曙光軟件圖形平臺和數值平臺進行了完善,使連拱隧道系列軟件更易于被廣大工程人員接受和使用,同時在軟件中充分吸收連拱隧道已有成果,使得軟件更具專業性和針對性,使之成為連拱隧道設計與施工中的推薦軟件。

            (十)將同濟曙光軟件向各設計、施工、監理、科研等單位的推廣,連拱隧道研究成果也隨之推廣給廣大技術人員和工程實際中。同時,對已有專利技術作進一步的完善,并通過承擔與參與單位、各協作單位,在負責的有關連拱隧道工程項目中得到推廣。

            (十一)對連拱隧道研究取得的成果和資料進行了數字化和信息化,建立了連拱隧道網站,為工程設計與施工人員提供學習和交流的網絡平臺,加快連拱隧道相關理論和資料的普及速度,提升設計與施工人員的整體素質。

        軟件顯示界面

        五、社會經濟效益

            在連拱隧道的推廣應用中,項目組完成了依托工程連拱隧道的長期監測和裂縫調查工作,完善了連拱隧道的已有理論成果,并將其應用于依托工程和一系列其他工程中。僅在依托工程的推廣應用中,就產生直接經濟效益1800萬元,降低工程造價達到3%以上。同時,在連拱隧道的推廣應用過程中,在相關會議和期刊上發表了一系列論文,出版了《巖土工程問題安全性的預報與控制》、《公路連拱隧道設計與施工關鍵技術》,參與編寫了《公路隧道設計手冊》和《公路隧道設計細則》。人才培養方面,在校內,通過課堂講授,將連拱隧道的科研成果介紹給本科、碩士和博士研究生,在校期間從事連拱隧道相關研究的碩士和博士研究生累計超過二十人,依托連拱隧道項目完成了2篇碩士論文和1篇博士論文;在校外,本課題參與人員通過舉辦技術講座、技術培訓和專業會議培養了相關方面的專業技術人才,使從事相關工作的一線工作者能夠迅速掌握連拱隧道的理論和方法,在其以后的工作中能夠直接運用。完善了同濟曙光軟件圖形平臺和數值平臺,使其成為連拱隧道設計中的推薦軟件。同時對連拱隧道研究取得的成果和資料進行了數字化和信息化,建立了連拱隧道網絡平臺,為工程設計與施工人員提供學習和交流的網絡平臺,有利于加快連拱隧道相關理論和資料的普及速度,提升設計與施工人員的整體素質。連拱隧道的推廣應用取得了較好的社會效益和經濟效益,對于保護生態環境和提升公路隧道的建設水平,具有十分重要的現實意義。

         
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