科技进步奖公示材料项目名称不良地质富水区地铁隧道多元信息反馈施工技术推荐单位大连海事大学项目简介地铁与普通交通方式相比具有快速、环保、安全以及节能等优点，可以有效缓解城市交通压力，减少城市污染，对提高城市居民生活质量具有重要意义。由于地铁修建环境条件的复杂多变以及浅埋对城市环境影响，致使在施工过程中以及运营期间均可能出现大量的工程事故，例如：塌方、涌水、大变形、相邻设施破坏等，从而造成巨大的财产损失和人员伤亡。尤其是富水区的隧道施工面临更大的困难，地下水对隧道的危害主要有：使软岩软化，土压增大；促使破碎带朋塌；使黏土、土质岩和膨胀岩膨胀，围岩发生流变；无胶结围岩流动化、围岩崩塌，丧失稳定等。总之，地下水存在会对软岩、土、沙层造成不稳定，增大荷载。大量地下水与高水压会酿成洞内突水、突泥、突沙及地面沉陷、地表水源枯竭等重大事故。水-岩作用和卸荷岩石力学是本学科领域的热点问题，随着地下岩体开挖卸荷变形，渗流-应力的耦合过程伴随着围岩施工的动态卸载加载作用，对围岩稳定性带来不利影响，严重的甚至造成涌水或突水灾害。富水区隧道具有以下的特点：1）富水区隧道的工程地质更具有复杂性和不确定性，施工前所设计的方案未必是最适合的方案。2）富水区隧道施工面临涌突水和大变形塌方双重风险。危害和损失更加严重。3）富水区隧道包含了复杂的渗流-应力的多场耦合作用，机理更为复杂。伴随地铁隧道修建的日益增多，如何减少事故发生率，减少灾害损失是亟待解决的问题。如何进行地下水渗流分析预测，如何采用合理防水措施是施工能否成功的关键。本项目从富水区不良地质隧道施工自适应控制和优化控制本质入手，将信息科学、计算机技术和传感技术最新成果与传统隧道施工相结合，建立隧道施工快速的在线完整反馈分析流程，开发隧道多兀监测信息的可视化分析系统。基于上述多兀监测信息和三维数值模拟技术，可以充分反映掌子面前方岩体信息以及三维效应带来的收敛位移损失规律，从而提高分析准确性。项目创新点如下：1）技术创新利用GPS、GSM/GPRS、GIS等无线通讯技术和物联网技术，建立富水区隧道多元信息自动化米集系统和“监测云”，云数据处理结果通过无线发射器发送到现场和其他特定地方，实现快速预报。建立了全位移自动监测方法和防爆破振动破坏监测保护装置，实现多通道信息融合、超前预报和洞内无线传输功能。监测技术达到国际先进。2）方法创新运用高斯模型、极限学习机、差异进化等计算智能算法和多场耦合分析理论，建立了不良地质富水区隧道的围岩动态分类极限学习机方法，基于差异进化和多场耦合的隧道反分析方法和基于多元信息和三维可视化的隧道反馈分析技术，解决了隧道地质体不确定性、非线性等问题。计算模型和结果采用三维可视化表达。建立多元信息联合反分析技术，提高例如力学参数和渗流参数反演精度。3）应用创新结合实际的隧道工程进行技术推广应用，建立了上软下硬地层大断面隧道CRD扣大拱脚分层快速施工技术、上软下硬地层暗挖车站上注下支扣拱施工技术和河底隧道及临海基坑反馈施工关键技术。建立岩溶区隧道涌突水预警技术。项目获得国家专利5项，实用新型7项，软件登记3项，发表SCI和EI检索论文50多篇，出版相关教材2本。研究成果经吉林省科技厅鉴定总体达到国际先进水平，其中CRD扣大拱脚分层快速施工技术达到国际领先水平。该系统具有完全自主知识产权，通过校企合作，结合实际的隧道工程进行技术推广应用，分别与中国铁建大桥工程局集团、中铁二十一局、中交隧道局等大型施工集团，已在国内的20多个地铁工程和其他的隧道工程推广应用，累计经济效益达数亿元。完成单位及创新推、、■—r^.亠|、厂贝献完成单位1:大连海事大学创新推广贡献：针对全国地铁修建存在的富水区不良地质共性问题，系统地建立了隧道工程施工智能反馈分析流程，包括隧道信息云智能监测、围岩智能动态分类、隧道多场耦合参数智能反馈识别、失稳前兆判断与预警、施工方案动态智能优化、有针对的创新性工法等方法步骤。将该技术以产品输出、技术合作等方式推广应用。完成单位2:西安建筑科技大学创新推广贡献:配合大连海事...
