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        滇藏高海拔寒區特長公路隧道關鍵技術研究
        發布:admin 發布時間:2016-06-28 瀏覽次數:9788


        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2011年~2015年。項目針對滇藏高海拔凍土地區特殊地理、氣候及工程條件下所面臨的隧道設計、施工、運營和養護的技術難題開展研究,旨在為高海拔凍土地區公路交通系統的便利、安全暢通提供保障,改善隧道的運行環境。

            該項目以云南省迪慶藏族自治州香格里拉至德欽公路白茫雪山1#隧道為依托,,隧址區自然氣候條件較為特殊,“立體氣候”明顯,屬于寒溫帶山地季風氣候,氣溫隨海拔高度增加而降低。研究為解決白茫雪山1#隧道設計、施工和運營中的技術問題是非常必要的,將為高海拔凍土地區公路交通系統的便利、安全暢通提供保障,為推動西部不發達地區經濟發展和社會進步做出貢獻,研究成果具有重大的應用價值和廣泛的推廣前景。

            香格里拉至德欽公路段隧道已經于2010年開始建設,隧道工程建設進度與項目科研進度的協調吻合,能為借助于依托工程開展科研工作,同時,項目科研工作可以及時地應用于依托工程,為依托工程的設計、施工和養護提高技術支撐和保障。


        白茫山1#隧道施工現場



        二、研究目的

            滇藏地區物產富饒,旅游資源十分豐富,但由于交通運輸條件的限制,區域內經濟發展相對落后,在高海拔凍土地區建成便利的公路交通系統,是推動該地區經濟發展和社會進步的必然環節。開展“滇藏高海拔寒區特長公路隧道關鍵技術研究”,將解決特殊地理、氣候及工程條件下所面臨的隧道設計、施工、運營和養護的技術難題,將為今后在高海拔寒區修建公路隧道積累寶貴的工程經驗。高海拔寒區特長公路隧道智能養護決策系統的開發和應用,將大大提高高海拔寒區隧道運營養護管理的技術水平以及養護決策的科學性,為高海拔凍土地區公路交通系統的便利、安全暢通提供保障,改善隧道的運行環境。

        三、主要研究內容

            (一)高海拔寒區特長單洞雙向公路隧道防抗凍研究

            1、寒區單洞雙向公路隧道洞內外氣象、襯砌及圍巖溫度場;

            2、寒區公路隧道圍巖凍融圈計算方法;

            3、寒區單洞雙向公路隧道隔熱層厚度和長度計算方法;

            4、考慮凍脹及凍融作用的寒區隧道襯砌結構荷載計算;

            5、寒區隧道結構設計方法研究。


            (二)高海拔寒區特長公路隧道施工技術研究

            1、高海拔寒區特長公路隧道施工技術和施工組織要求,以及勞動保障要求;

            2、高海拔寒區特長公路隧道施工監測技術。


        保溫層及排水板鋪設                  數字化火災疏散救援系統


            (三)高海拔寒區特長單洞雙向公路隧道防災救援技術研究

            1、高海拔寒區特長隧道火災煙氣蔓延規律;

            2、高海拔寒區特長單洞雙向公路隧道動態反饋式火災疏散技術;

            3、綜合考慮人員疏散逃生通道(平導)設置、煙氣蔓延特點及高寒缺氧條件的特長單洞雙向公路隧道火災疏散救援系統研究。

            (四)高海拔寒區特長公路隧道智能養護決策系統開發

            1、公路隧道基本信息和養護信息數據庫及三維場景瀏覽系統;

            2、高海拔寒區特長公路隧道洞內外氣象和溫度場監測系統;

            3、公路隧道智能養護決策系統開發。


        智能養護決策系統



        四、取得的主要成果

            項目已獲得國家專利4項,發表論文7篇,培養了一批科技人才,推動了行業和區域科技進步與發展。項目研究成果總體達到國際先進水平,其中保溫層設計計算方法與凍脹荷載的計算方法達到國際領先水平。

            項目在大量文獻研究和現場調研的基礎上,通過試驗研究、理論分析、有限元數值模擬計算、現場監測等研究方法,針對高海拔寒區特長單洞雙向公路隧道防抗凍研究、施工技術研究、防災救援技術研究和智能養護決策系統開發進行了系統深入的研究,并在依托工程的建設中得到成功的應用,具有巨大的社會經濟效益。

        五、社會經濟效益

            (一)經濟效益

            1、創新性提出了圍巖凍脹性評估標準和不均勻凍脹力的計算方法,通過對凍害事故的預防及調整了保溫層鋪設方案,減少了隧道運營時的維修費用,極大地節約了工程成本。高海拔寒區特長單洞雙向公路隧道防抗凍研究將針對隧道的地形地貌特征、地質條件、氣候條件及工程條件等多方面因素,采取相應的防凍措施,真正做到“對癥下藥”,最終避免或減緩隧道凍害的發生,確保襯砌結構安全,延長隧道的服役壽命,降低寒區隧道因凍害所引起的維護費用。在隧道結構防抗凍設計方面,根據圍巖凍脹性評估以及襯砌所受凍脹力量值計算結果,非凍土段隧道在不鋪設保溫層時襯砌所受凍脹力基本可忽略。根據該研究成果,調整了襯砌的抗凍脹力設計,并保溫層的鋪設方案改為在進出口1km范圍內鋪設保溫層,減少保溫層鋪設長度3810m,直接節省工程投資2000多萬元。

            2、保證了施工作業人員的安全和施工效率,降低了施工成本。高海拔寒冷地區有氣溫低、空氣稀薄、含氧量低的特點。白茫雪山1#隧道洞出口設計高程4113.15~4069.99m,大氣壓力60.2kpa,相當于海平面大氣壓的60%,事實上,在隧道施工過程中盡管有通風設備輸入新鮮空氣,但含氧量還會更低,在4100米高度,隧道深處在通風狀態下氧氣含量不到平原的55%。自然狀況下氧含量嚴重不達標。長期在缺氧條件下施工,不但影響人員工作效率,更重要的是對工作人員的身體健康造成危害。項目組依據工程特點和實際情況,采取合理的供氧方式及建立完善的供氧制度,保證了在隧道掌子面增氧后,氧氣環境相當于從4100米高度降低到3600米高度,氧氣含量相當于達到平原的65%,一般情況下,在這一高度從事體力勞動的工作人員不會有明顯高原反應,進而保證了施工人員的安全、身體健康和生產效率。

            3、建立了高海拔寒區特長單洞雙向公路隧道的動態火情監控及數字化火災疏散救援體系,有效減少了火災發生所造成的人員傷亡及財產損失。通過開展高海拔季節性凍土區單洞雙向特長公路隧道防災減災技術研究,可以提升高海拔季節性凍特長隧道的防災能力,降低隧道發生災害的危險性,保證特長隧道的安全運行,促進當地經濟的發展;同時,完善有效的防災減災技術也可以極大的降低甚至消除隧道由于不幸發生災害而引起的人員傷亡、財產損失,以及由于停頓運行而引起的經濟損失。在解決高海拔季節性凍土區的特長隧道的防災問題的同時,也會極大地促進我國特長隧道防災減災技術的發展,完善我國特長隧道防災減災的技術體系和標準,具有重大的社會經濟效益。

            4、開發了高海拔寒區公路隧道智能養護系統,能夠及時的掌握隧道病害,快速制定養護方案,避免或減緩凍害造成的損失。在隧道養護方面,采用了高海拔寒區公路隧道智能養護系統,利用信息化手段記錄和管理“白茫雪山1號”隧道建造和運營全生命周期內產生的相關信息,并通過虛擬現實技術,實現隧道及相關信息的三維虛擬瀏覽。這樣養護人員能第一時間制定出相應病害的養護方案,將凍害造成的損失降為最低。同時保證隧道處于健康的工作狀態,延長隧道使用壽命。

            (二)社會效益

            1、優化了高海拔寒區隧道施工設備和人員的配置,提高了施工勞動效率,保障施工人員的安全和健康。

            2、通過對國內外既有運營隧道病害調查和機理分析,在施工階段積極從多方面采取措施,積極進行凍害預防,一方面可以保證通行于隧道中車輛和行人的安全,防止因路面結冰、洞壁掛冰等給車輛和行人造成傷害,另一方面,隧道運營中,盡量做到不維修和少維修,從而保證隧道所處多山地區的正常交通、方便群眾出行,避免運營隧道反復維修給群眾出行帶來諸多不便。

            3、白茫雪山1#隧道的順利的通車,大大縮短了區間公路的行車旅程,給所處多山地區的群眾出行帶來了極大便利。隧道所在的公路段是云南省公路網中“三縱三橫”的重要路段,南北向貫穿迪慶州,是州內唯一的交通“大動脈”,是迪慶州乃至云南省的交通干線和重要旅游線路,也是云南省與四川、西藏兩省的重要聯絡通道的一部分。隧道的全線貫通將對促進云南省旅游、迪慶州與外界的經濟聯系,推動民族地區經濟社會發展具有重要意義。








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