浅埋偏压隧道爆破开挖与监控技术研究项目申报书.doc

项目申报书项目名称:浅埋偏压隧道爆破开挖与监控技术研究单位:北京市公路桥梁建设集团有限公司北京工业大学起止时间:2009年12月至2011年08月浅埋偏压隧道爆破开挖与监控技术研究一、立项依据ö研究意义:近几年来,随着国家加强对基础设施建设的投入,我国公路交通建设得到了迅猛发展,公路隧道特别是长大隧道建设与研究取得了长足的进步。目前,我国已经成为世界上隧道工程数量最多、最复杂、发展最快的国家。另一方面,随着公路建设规模的不断扩大,公路等级的不断提高,以及我国公路建设的重点逐步向多山、多丘岭的地区转移,所带来的环境地质灾害问题日益突出。为了控制山区公路建设所造成的地质灾害问题,保护公路沿线的生态环境,大量的深挖路堑改为隧道施工,如密兴路火郎峪隧道工程、108国道南村隧道和岢萝坨隧道、八达岭过境线青龙桥隧道,延庆西铁路瓦庙隧道,以及刚刚建成通车的京承三期高速公路隧道工程等。作为“带状”工程的山区公路隧道建设,必将跨越各种不同的地形、地质区域,如果勘察不祥、设计不合理、施工与监控技术落后,无疑会带来诸多的地质灾害。目前,国内外山岭隧道开挖大多采用钻爆法进行施工。同人工开挖相比,钻爆法有着施工速度快、施工安全和人力资源消耗少的优点;同隧道掘进机相比,钻爆法又有着适应能力强,施工成本低廉的显著优点。工程实践表明,钻爆法作为一种安全、经济、快速有效的施工方法,已被广泛应用于国内外山岭重丘区公路隧道的开挖施工中;另一方面,由于爆炸荷载的冲击作用,隧道的爆破开挖必将对围岩、衬砌以及周边建(构)筑物等造成不同程度的影响(特别是浅埋偏压隧道),如因爆破振动引起隧道塌方、地表的不均匀沉降、临近建(构)筑物的破坏等。因此,开展山岭重丘区公路隧道——特别是浅埋偏压隧道爆破开挖技术的研究,探索隧道建设与地质环境、周边环境之间的相互关系、相互作用,以及由此产生或诱发的隧道各类病害,从而提出合理的控制技术措施,具有重要的现实意义。ö研究概况:山岭隧道掘进爆破开挖以及相关问题的研究,目前主要集中在如下几个方面:1、隧道洞口仰坡及边坡稳定性研究洞口是隧道进出口的咽喉,同时也是整个隧道施工的薄弱环节。洞口的安全,关系到隧道能否顺利进洞并进行安全施工。大量的工程经验表明,洞口段地质条件复杂,多为风化严重的堆积物或破碎岩体,且覆盖岩层较薄,施工时容易造成洞口段仰坡及边坡的失稳,严重时产生滑动和坍塌。另外,对于岩质隧道,目前90%以上采用钻爆法施工,爆炸荷载作用产生的振动对浅埋、偏压隧道洞口段的稳定影响极大。随着公路隧道工程的大量建设,隧道洞口仰坡及边坡暴露的问题越来越多,已引起隧道设计、施工以及科研部门的重视。综合隧道洞口仰坡及边坡稳定性研究成果,目前大多从传统的边坡稳定性分析出发,探讨隧道开挖对边坡滑动面的影响,同时考虑地表、洞口预加固措施,并通过位移或变形观测来分析和判断边坡的稳定性、地表的沉降等。这些研究大多局限于隧道洞口段仰坡及边坡的静力稳定分析,而对钻爆法施工时,爆破振动对隧道洞口边坡的动力稳定、衬砌以及周边建(构)筑物的影响和破坏规律研究较少,或未能进行较为系统的研究。2、隧道开挖爆破设计专家系统与爆破振动效应研究随着公路工程的建设,隧道已成为山区公路建设中必不可缺少的重要组成部分,受山区地形的约束以及公路线形的要求,小间距隧道越来越多。伴随小间距隧道的出现,隧道爆破施工对临洞稳定及衬砌安全的影响变得不容忽视;随着大跨度隧道的不断出现,在围岩情况较好的条件下,隧道采用全断面或台阶法施工时,往往一次爆破药量较大,这时的爆破振动对周边环境的影响将急剧增大。隧道开挖爆破技术经过多年的发展,基本上能够满足隧道施工和安全的需要,也是当前隧道施工中应用最多的一种方法。但是,随着隧道开挖技术的发展,传统的人工隧道爆破设计方法已不能满足施工需要,开发可靠的隧道爆破设计智能系统,用计算机进行爆破设计是隧道爆破施工技术的重要发展方向之一。然而,现有的隧道爆破设计系统都是通过CAD软件实现炮孔布置图、起爆网络图、装药结构图、设计说明书绘制与打印,爆破设计尚不能根据围岩特性的不同进行自适应布置,设计中的人为因素较多。对于浅埋山岭隧道的爆破开挖,爆破参数的选择与控制将直接影响到地表、围岩以及支护结构的稳定性。如何最大限度提高掘进速度,同时有效地保证围岩的安全稳定,是目前隧道施工过程中亟待解决的关键技术问题。另一方面,隧道开挖爆破震动效应(危害)研究,目前主要集中在隧道爆破开挖的地表震动效应、爆破震动对围岩和衬砌结构的影响、连拱隧道中墙稳定、新建隧道爆破对既有隧道以及临近建(构)筑的影响等方面。虽然许多研究工作者针对不同的研究重点,从多方面对隧道爆破震动效应问题展开了大量的研究工作,但目前隧道爆破震动效应的研究工作远远落后于工程实践,特别是浅埋偏压隧道爆破开挖以及振动危害的控制研究。