科创中国

基于六盘山特长公路隧道这一宁夏境内的史无前例的大型地下工程，通过对六盘山特长公路隧道科研项目的统筹分析和技术攻关，对六盘山高风险生态敏感区、高应力、复杂地质区特长公路隧道工程设计、施工及运营中出现的斜井通风、隧道防排水、地质隐患诊断、施工质量精细化检测及运营节能等重点难点的分析研究，形成切实可行的高风险生态敏感区、复杂地质地区特长公路隧道修筑及运营节能成套技术，对确保工程建设质量和安全运营，提升和宣传六盘山隧道及近期宁夏公路建设成果，提升行业技术水平等均具重要的意义，具体体现在以下几个方面：

（1）六盘山隧道施工通风技术研究综合采用数值模拟、理论分析和现场实测等手段，利用公路隧道通风计算的最新成果，结合理论模拟，确定斜井通风系统的最佳构成规模，研究斜井通风整体方案，完善六盘山隧道斜井长距离通风整体方案；提出各种工况组合情况下斜井通风方案的风机配置计算原则和计算方法以及风机选配情况，结合六盘山隧道的具体情况确定风机配置方案；通过计算机模拟和现场测试情况，对斜井结构做进一步优化，对斜井通风的设计进行细化和优化，并结合测试结果修正斜井通风的理论模型，最终对六盘山隧道通风系统做现场优化和调整。

（2）针对六盘山隧道自然风的利用研究，在总结现有研究成果和工程实践的基础上，采取室内试验、理论分析、数值计算等多种手段相结合的方法，开展了六盘山隧道洞内自然风分布规律、自然风有效利用的实施方案以及基于自然风有效利用的六盘山隧道节能通风及控制技术等多项研究。结合六盘山隧道风压系数取值和分段式隧道洞内自然风计算方法，建立了六盘山隧道洞内自然风计算方法；探明了六盘山隧道洞内自然风的大小和风速分布及变化规律，提出了综合考虑自然风加权风速和保证率风速确定洞内自然风设计风速值；提出了六盘山隧道利用自然风通风节能的风机控制技术，建立了基于六盘山隧道交通流-自然风双因素前馈式智能控制节能模型。

（3）针对六盘山特长隧道工程的突水突泥地质灾害问题，本项目结合六盘山隧道工程实际情况，开展公路隧道长距离防排水控制技术应用研究。研究以理论研究和室内试验、现场试验为基础，通过依托工程进行已知条件下的试验，并做现场应用后开挖反馈的已知（后知）条件试验；通过现场应用检验研究成果、方法的成效及存在问题，对已有研究成果进行修正和补充。

（4）针对六盘山隧道施工过程中极易出现严重的围岩大变形问题，对六盘山隧道软岩进行了分级与现场取样，并对所取岩样开展了物质成分测试（荧光分析）、SEM测试、X衍射测试、强度测试、蠕变试验等试验，同时研究了水岩作用机理；开展隧道开挖突水模拟试验及裂隙岩体渗流特性注浆堵水试验，研究了人工扰动下及渗流作用下岩体的损伤、破裂及渗流演化规律；对软弱围岩隧道变形机制与变形规律进行了研究，包括软弱围岩大变形调查分析及软弱围岩蠕变特征规律研究，并针对软弱围岩隧道大变形进行了监测分析；建立软弱围岩力学本构模型，总结软弱围岩隧道软岩松弛破坏规律，揭示软弱围岩隧道大变形机理；提出适合软弱破碎围岩大变形的主动控制新技术，同时提出了软弱底层条件下隧道大变形围岩分级标准、支护类型及施工技术指南，保证软弱破碎围岩隧道施工和运营的安全，降低建设成本。

（5）针对六盘山隧道施工过程中存在较大的围岩突水和软岩过度变形等问题，本项目开展研究围岩可注条件、注浆效果监测检测与评价技术，提高注浆加固处置质量。通过现场调查实测、理论分析、数值模拟、室内和现场实验等手段，对该区注浆机理、围岩可注性、浆液参数选择以及注浆防渗加固效果的监测、检测和评价等方面关键问题进行研究；提出了孔隙砂岩和裂隙围岩的注浆理论，结合不同浆液的特性，基于物理和数值两种模型，进行了围岩可注性分析；根据六盘山地区的隧道工程特点，提出了系统的注浆检测和检测方法。

（6）针对六盘山隧址区位于高风险生态敏感区这一问题，本项目以“地下水动态平衡设计理念”和“隧道施工对地表生态环境的影响程度”为出发点，在对隧址区赋水情况、节理裂隙发育程度、地下水渗流规律、地表水水文调查的基础上，通过数值模拟、理论计算、现场实测、实验数据分析等手段开展高风险生态敏感区隧道涌排水控制及施工技术的研究工作。研究公路隧道修建对于地下水资源的影响，选择合理的防排水措施，分析评价公路隧道建设对水资源环境的影响程度，提出局部富水破碎围岩注浆治理技术，分析隧道涌水量计算方法，以及制定特长隧道涌排水控制标准。最大限度的减少隧道施工中的地质灾害的产生，保证施工安全，达到防水、治水及保护生态环境的目的。

（7）针对六盘山隧道施工期超前地质预报与质量检测，本项目在隧道开挖过程中应用自主研发的“三维成像隧道地质超前预报系统（AGI-T3）”对工作面前方不良地质体开展三维诊断与预报技术应用研究，从数据采集、纵横波联合成像、信号去噪、三维成像等多方面提高预报的准确性和分辨率，实现探测结果可视化和解释智能化；基于散射和反射联合成像、电磁屏蔽分层技术、Chrip信号编码发射与接收等技术对施工过程中及贯通运营后的隧道施工质量、锚固质量等开展“精细化”检测研究。通过研究进而实现项目预期的各项技术目标，有效避免各类地质灾害及安全隐患的发生，确保施工进度、质量及安全，并为隧道工程动态设计和信息化施工提供可靠依据，对施工起到积极的指导作用，从而达到确保施工安全和合理控制工程建设投资的目的。