隧道可行性研究報(bào)告

浙江交工集團(tuán)股份科研項(xiàng)目可行性研究報(bào)告項(xiàng)目名稱：深埋特長(zhǎng)大型隧道近距離爆破影響、巖爆及機(jī)械化配套設(shè)計(jì)及施工核心技術(shù)研究第一承當(dāng)單位：（公章）編寫(xiě)日期：年4月13日1．項(xiàng)目概要；長(zhǎng)春至深圳高速公路（G25）浙江建德至金華段工程施工圖先行段共設(shè)立隧道4座，其中特長(zhǎng)隧道（金華山隧道）7388m/1座，隧道均采用雙洞單向行車雙車道型式（上下行分離）。其中金華山隧道屬中-低山地貌區(qū)，所在山體最高點(diǎn)標(biāo)高為1003.7米，隧道最大埋深達(dá)750米，隧址區(qū)未見(jiàn)深大斷裂通過(guò)，但受江山-紹興深斷裂影響，多條北東向斷層發(fā)育，斷層性質(zhì)為壓性斷層，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料、工程地質(zhì)調(diào)繪，隧址區(qū)構(gòu)造斷裂發(fā)育，揭發(fā)8條斷層，斷層帶節(jié)理裂隙發(fā)育，水文地質(zhì)條件較復(fù)雜，穩(wěn)定普通-較差。隧址區(qū)巖體復(fù)雜，巖性為流紋斑巖、礫巖、凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖以及花崗斑巖、輝綠巖侵入體。隧道右線采用豎井送排風(fēng)，豎井位于YK2467+400處，總長(zhǎng)度為253.5m，左線設(shè)立排煙風(fēng)道兼平時(shí)自然風(fēng)道，左右線間設(shè)立聯(lián)系風(fēng)道實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)式通風(fēng)，在右洞樁號(hào)YK2467+381上跨右線設(shè)立左洞排風(fēng)道，排風(fēng)道底板距右線頂拱圍巖最小凈距僅有2.5m。地下機(jī)房及聯(lián)系通道設(shè)立在III級(jí)圍巖區(qū)段，該交叉處圍巖受力復(fù)雜，施工荷載及爆破等相對(duì)比較集中。隧道K2467+930~K2468+750段，由于隧道的埋深較大，可能有中檔巖爆活動(dòng)；在隧道K2467+500~K2467+930段及K2468+750~K2469+790段可能有低巖爆活動(dòng)。金華山隧道含有洞線長(zhǎng)、埋深大、左洞排風(fēng)道與右洞存在超小凈距爆破開(kāi)挖影響等問(wèn)題，本項(xiàng)目基于金華山隧道通過(guò)對(duì)工程施工建設(shè)中碰到的巖爆、小凈距爆破對(duì)現(xiàn)有隧道影響及施工機(jī)械化配套技術(shù)等機(jī)理、防治及施工核心技術(shù)研究，形成有關(guān)施工核心技術(shù)體系，所得成果可為類似工程提供有益的參考。

2．項(xiàng)目研究背景（國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)研究現(xiàn)狀）；2.1長(zhǎng)大隧道施工機(jī)械配套技術(shù)研究現(xiàn)狀隨著我國(guó)隧道施工技術(shù)、施工機(jī)械設(shè)備和施工管理水平的提高，隧道施工速度和克服多個(gè)復(fù)雜地質(zhì)條件的能力也不停提高。鉆爆法中重要是人工鉆爆法和鑿巖臺(tái)車鉆爆法施工。并由早期的以生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)環(huán)境惡劣的人工鉆爆向機(jī)械化程度比較高的鑿巖臺(tái)車鉆爆轉(zhuǎn)型。國(guó)外鉆爆法施工中采用鑿巖臺(tái)車并在節(jié)省成本方面獲得了比較好的成績(jī)有法沃羅公路隧道、萊明肯勒公路隧道、韋塔斯特隆隧道等。隨著我國(guó)的隧道的修建技術(shù)發(fā)展，大致上能夠劃分成三個(gè)時(shí)期：第一種階段：基本上是人力開(kāi)挖，加上運(yùn)用錘、釬、鎬等作為工具，手工操作、技術(shù)比較落后的時(shí)代。那時(shí)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度較大，效率較低，沒(méi)有方法完畢長(zhǎng)大隧道的修建，解決地質(zhì)災(zāi)害的能力特別微弱。第二個(gè)階段：隧道的施工轉(zhuǎn)入中、小型的機(jī)械施工，隧道的設(shè)計(jì)、施工的技術(shù)有了較大的發(fā)展，通過(guò)進(jìn)行實(shí)踐以及實(shí)驗(yàn)的研究，進(jìn)一步改善并且提高了勘測(cè)設(shè)計(jì)以及施工的組織辦法，大范疇推廣運(yùn)用機(jī)械設(shè)備[[29]，對(duì)于光面爆破進(jìn)行了研究和試用，并且在對(duì)于整治巖溶、巖爆、坍塌、涌水及瓦斯等方面逐步累積工程經(jīng)驗(yàn)。第三個(gè)階段：在世界范疇的隧道技術(shù)得到高速的發(fā)展，逐步向高速化、自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展，并且能夠戰(zhàn)勝困難和不良地質(zhì)的能力，以及技術(shù)不停提高，隧道的修建速度也不停地提高。隨著改革開(kāi)放的腳步，鐵路、公路、引水、水電站等隧道工程在我國(guó)的發(fā)展進(jìn)入了一種全新的時(shí)期，隧道修建也從傳統(tǒng)的礦山法轉(zhuǎn)向采用以“新奧法”為原則指導(dǎo)下一系列的新設(shè)備、新技術(shù)發(fā)展;隧道施工邁入了大型的機(jī)械設(shè)備成套化作業(yè)的時(shí)期，標(biāo)志著我們國(guó)家的隧道修建技藝己經(jīng)趕上世界的先進(jìn)水平。隨著不停發(fā)展機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造能力，隧道的施工機(jī)械同樣得到了大范疇的提高，提供了快速施工的可能，同時(shí)，隨著人力資源的成本不停增加，現(xiàn)在發(fā)達(dá)國(guó)家在隧道施工過(guò)程中特別關(guān)注機(jī)械設(shè)備的配備與否合理，盡量少使用人力；隨著國(guó)內(nèi)的人工費(fèi)用越漲越高，正在不停地削弱著人海戰(zhàn)術(shù)的優(yōu)勢(shì)。在我國(guó)隧道施工中風(fēng)槍鉆孔的作用己經(jīng)發(fā)揮到極限，它的工作效率是其它國(guó)家力所不及的。在這狀況下，鑿巖臺(tái)車等設(shè)備的使用才能夠繼續(xù)提高隧道施工的技術(shù)水平及進(jìn)度。不停地提高我國(guó)的隧道施工的機(jī)械化水平，將會(huì)是隧道施工，特別是長(zhǎng)大隧道施工的發(fā)展趨勢(shì)。但是，隧道施工的機(jī)械設(shè)備的配備并不是越先進(jìn)越好、越高越好。應(yīng)當(dāng)隨著隧道的長(zhǎng)度及斷面面積的不同而使用不相似的模式。必須從整體上思考設(shè)備的經(jīng)濟(jì)方面與配套技術(shù)的合理性，充足地思考機(jī)械設(shè)備的工序時(shí)間、工作效率及工期的規(guī)定、功效及性能之間的互相匹配、能源消耗、設(shè)備的通用性、易操作性、靈活性、耐久性及維修的難易性、勞動(dòng)力資源等因素的影響；與此同時(shí)還應(yīng)當(dāng)注意設(shè)備的配備在同時(shí)實(shí)現(xiàn)安全、快速施工時(shí)，能夠含有一定程度的適應(yīng)地質(zhì)變化的功效。同時(shí)還必須重視機(jī)械化施工成套技術(shù)的研究，加強(qiáng)施工的組織和協(xié)調(diào)，減少工序環(huán)節(jié)間的間隙和資源的浪費(fèi)。然而在山嶺公路隧道建設(shè)中，總體施工水平即使得到高速發(fā)展，但開(kāi)挖、支護(hù)等機(jī)械化施工水平仍落后于鐵路行業(yè)，未較好引進(jìn)先進(jìn)機(jī)械化設(shè)備和技術(shù)并進(jìn)行吸取應(yīng)用、推廣、提高，能夠說(shuō)在機(jī)械化施工方面的設(shè)備引進(jìn)使用、技術(shù)研究、自主產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等處在發(fā)展階段。加強(qiáng)隧道鉆爆法施工機(jī)械化、當(dāng)代化、原則化、精細(xì)化等勢(shì)在必行。2.2小凈距隧道爆破施工對(duì)現(xiàn)有隧道影響及控制研究現(xiàn)狀新建隧洞大多距離現(xiàn)有隧道較近，新建隧洞爆破振動(dòng)對(duì)現(xiàn)有隧道的影響成為突出問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外近距離隧道爆破振動(dòng)對(duì)現(xiàn)有隧道造成的破壞已有不少案例。因此，如何控制新建隧道的爆破開(kāi)挖對(duì)相鄰隧道的影響，確保現(xiàn)有隧道的安全是臨近隧道施工的難點(diǎn)。實(shí)際施工中能夠控制的核心參數(shù)就是爆破振動(dòng)速度，這也是臨近隧道爆破的研究重點(diǎn)。通過(guò)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，以反饋爆破作業(yè)施工單位采用對(duì)應(yīng)的爆破技術(shù)控制爆破振動(dòng)速度，達(dá)成現(xiàn)有隧道不受爆破振動(dòng)影響的目的。近年來(lái)，對(duì)距離建筑物較近的隧道爆破振動(dòng)問(wèn)題和距離較近的雙線隧道的爆破振動(dòng)問(wèn)題研究較多。鐘世航等以招寶山隧道為依靠，對(duì)超小凈距隧道施工技術(shù)進(jìn)行了研究，在III、IV級(jí)圍巖凈距3.5~4.2m下獲得了成功，并總結(jié)了許多設(shè)計(jì)施工參數(shù)和安全方法，其對(duì)小凈距隧道爆破開(kāi)挖來(lái)說(shuō)含有重要的參考價(jià)值。錢耀峰（）基于數(shù)值模擬辦法，針對(duì)嶗山隧道爆破施工對(duì)現(xiàn)有仰口隧道提出明確與定量化的結(jié)論。賈磊等（）依靠新疆吐庫(kù)鐵路隧道復(fù)線工程，通過(guò)有限元數(shù)值模擬研究新建隧道爆破開(kāi)挖施工對(duì)現(xiàn)有隧道襯砌的影響。豐權(quán)章（）依靠某高速公路隧道施工工程，基于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的技術(shù)手段研究后行洞施工爆破作業(yè)對(duì)先行洞現(xiàn)有早期支護(hù)的影響規(guī)律。林金耐（）以蘭州樞紐工程北環(huán)隧道上穿現(xiàn)有紅山頂鐵路隧道為研究對(duì)象，通過(guò)數(shù)值模擬，研究了超小凈距隧道（最小凈距僅為1.365m）爆破施工對(duì)現(xiàn)有隧道的影響。何本國(guó)等（）、朱正國(guó)等（）針對(duì)南京地鐵二號(hào)線超小凈距隧道（最小凈距僅0.309m），研究確保小凈距先行隧道安全穩(wěn)定的后行隧道爆破施工控制技術(shù)。李秀地等（）為控制原位擴(kuò)建隧道爆破開(kāi)挖對(duì)鄰近運(yùn)行隧道構(gòu)造安全的影響，以大帽山大斷面小凈距隧道原位擴(kuò)建施工為背景，運(yùn)用數(shù)值計(jì)算模型分析爆破應(yīng)力波在圍巖和運(yùn)行隧道襯砌中的傳輸規(guī)律。馬志剛（）針對(duì)新建深圳地鐵3號(hào)線龍崗區(qū)間隧道下穿已運(yùn)行4號(hào)線少年宮站車檔隧道（最小豎向凈距1.835m），采用爆破數(shù)值模擬探求對(duì)現(xiàn)有隧道的爆破振動(dòng)影響規(guī)律。李術(shù)才（）、曹正龍（）以青島地鐵2號(hào)線近距離（0.25m）下穿剛完畢初支的3號(hào)線隧道工程設(shè)計(jì)及施工為實(shí)例，通過(guò)采用有關(guān)施工方法，并根據(jù)類比給出合理的爆破振速控制指標(biāo)，控制爆破振速及隧道變形。梅東冬針對(duì)蘭渝鐵路桐子林隧道上跨現(xiàn)有遂渝線和現(xiàn)有黃井聯(lián)系線隧道（最小凈距5.31m），研究采用有關(guān)施工技術(shù)，確保了現(xiàn)有線的安全。邵珠山等（）針對(duì)西康二線翠華山隧道（與現(xiàn)有小峪隧道最小垂直凈間距僅為8m），建立復(fù)線隧道和現(xiàn)有隧道的三維模型，以振速峰值作為判據(jù)，擬定不同凈間距下新建隧道爆破施工時(shí)現(xiàn)有隧道的振速測(cè)點(diǎn)布置方案；并給出對(duì)應(yīng)的爆破炸藥量建議方案。張希禹（）以重慶市雙碑隧道為研究背景建立分析模型，分析研究隧道后行洞爆破開(kāi)挖對(duì)先行洞早期支護(hù)構(gòu)造的動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題。鮮一?。ǎ┮孕赂吕焦匪淼澜蝇F(xiàn)有嘎拉山隧道為背景，通過(guò)數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試等辦法，研究了新建隧道爆破施工對(duì)依靠工程的影響及微差爆破控制技術(shù)。總之，現(xiàn)在隧道爆破地震效應(yīng)的理論研究重要是圍繞現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，以及基于有限元的二維、三維數(shù)值模擬。2.3巖爆災(zāi)害預(yù)測(cè)及防控研究現(xiàn)狀2.3.1巖爆機(jī)理巖爆理論通過(guò)了幾代學(xué)者的潛心研究，現(xiàn)在已有了較多的成果，同時(shí)獲得了一定程度的發(fā)展，但由于巖爆影響因素眾多，巖爆本身的復(fù)雜性造成其很難用數(shù)學(xué)辦法進(jìn)行精確預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，因此，人們對(duì)于巖爆理論的研究仍就處在探索嘗試階段，巖暴發(fā)生的內(nèi)在機(jī)理，至今尚未形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者專家從不同的角度先后從強(qiáng)度、剛度、能量、巖爆傾向性、失穩(wěn)機(jī)理和綜合因素方面提出了各自的理論，其中，強(qiáng)度理論、能量理論與沖擊傾向理論相對(duì)研究和運(yùn)用的較多，然而這些研究機(jī)理的理論也只是處在假設(shè)和經(jīng)驗(yàn)階段，真正應(yīng)用于工程實(shí)踐的還相對(duì)較少。巖爆孕育發(fā)生機(jī)理重要有下列幾個(gè)理論。強(qiáng)度理論：強(qiáng)度理論是以巖石的單軸抗壓強(qiáng)度與圍巖初始應(yīng)力的關(guān)系做為根據(jù)，將多個(gè)強(qiáng)度準(zhǔn)則作為巖爆的判據(jù)，當(dāng)洞室的切向應(yīng)力時(shí)發(fā)生巖爆。該理論對(duì)巖爆的內(nèi)在機(jī)理沒(méi)有特別的解釋，只是根據(jù)單純的單軸實(shí)驗(yàn)得出的成果。剛度理論：該理論是Cook與Hodgeim提出的，其中認(rèn)為一旦巖體受力屈服后的剛度不不大于頂?shù)装搴椭Ъ艿膭偠龋瑤r爆就會(huì)發(fā)生。反之，巖體則處在穩(wěn)定狀態(tài)。能量理論：能量理論由庫(kù)克等人首先提出，理論認(rèn)為：當(dāng)圍巖系統(tǒng)中所釋放出的能量不不大于破壞所消耗的能量時(shí)，產(chǎn)生巖爆。該理論未考慮時(shí)間和空間的因素，因此存在局限性。沖擊傾向理論：沖擊傾向理論認(rèn)為，當(dāng)巖體的沖擊傾向度不不大于其臨界值時(shí)發(fā)生巖爆。國(guó)內(nèi)外衡量巖體沖擊傾向的指標(biāo)重要有：能量、破壞時(shí)間、變形大小、剛度四個(gè)方面。3.3.2巖爆預(yù)測(cè)辦法巖爆預(yù)測(cè)是為巖爆防治圈定時(shí)間、地點(diǎn)、危險(xiǎn)程度等信息，由于巖爆機(jī)理的復(fù)雜性，影響巖爆的因素眾多，造成現(xiàn)有的巖爆預(yù)測(cè)辦法不很可靠?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外有諸多有關(guān)巖爆預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的辦法，重要有：地質(zhì)綜合分析預(yù)測(cè)、巖石力學(xué)理論預(yù)測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控預(yù)測(cè)、計(jì)算機(jī)輔助預(yù)報(bào)系統(tǒng)預(yù)測(cè)、數(shù)學(xué)辦法預(yù)測(cè)、巖爆臨界深度預(yù)測(cè)。參考文獻(xiàn)：顧晶彪.公路隧道不同鉆爆法對(duì)施工進(jìn)度的影響研究[D].重慶交通大學(xué)，.劉進(jìn)軍.高速鐵路長(zhǎng)大隧道施工機(jī)械配套技術(shù)研究[D].西南交通大學(xué)，.楊健民.基于全電腦多臂鑿巖臺(tái)車和濕噴機(jī)組的公路隧道施工工藝研究[D].重慶交通大學(xué)，.席隆海.隧洞多臂臺(tái)車鉆孔爆破開(kāi)挖施工技術(shù)[J].云南水力發(fā)電，，30（6）：94-99.錢耀峰，王星華.爆破施工對(duì)臨近隧道安全的影響[J].北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)，，38（4）：90-96.李秀地，蔣樹(shù)屏，劉元雪，等.大斷面小凈距隧道原位擴(kuò)建爆破振動(dòng)控制[J].爆破，，31（3）：85-90.賈磊，解詠平，李慎奎.爆破振動(dòng)對(duì)鄰近隧道襯砌安全的數(shù)值模擬分析[J].振動(dòng)與沖擊，，34（11）：173-177.豐權(quán)章，張素磊.爆破作業(yè)對(duì)小凈距公路隧道現(xiàn)有襯砌的影響研究[J].公路交通科技，（8）：70-71.何本國(guó)，朱永全，張志強(qiáng).超小凈距隧道不同爆破方式現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，，7（5）：65-69.朱正國(guó)，孫明路，朱永全，等.超小凈距隧道爆破振動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及動(dòng)力響應(yīng)分析研究[J].巖土力學(xué)，，33（12）：3747-3752.林金耐.超小凈距隧道爆破施工對(duì)現(xiàn)有隧道的影響研究[J].，32（1）：38-40.張超.現(xiàn)有隧道對(duì)臨近爆破的振動(dòng)響應(yīng)研究[D].西安建筑科技大學(xué)，.馬志剛.近接下穿施工對(duì)現(xiàn)有地鐵隧道力學(xué)影響及控制參數(shù)優(yōu)化研究[D].西南交通大學(xué)，.李術(shù)才，李克先，雷剛，孫國(guó)富.近距離下穿在建地鐵隧道施工爆破變形及控制辦法研究[J].巖土力學(xué)，，35（s2）：284-289.梅東冬，王維高.蘭渝鐵路桐子林隧道上跨現(xiàn)有隧道控制爆破施工技術(shù)[J].當(dāng)代隧道技術(shù)，，48（2）：145-152.曹正龍，王國(guó)富，王渭明，等.立體交叉隧道近距離爆破振動(dòng)控制研究[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，，11（s2）：680-686.醋經(jīng)緯.小凈距交叉隧道爆破振動(dòng)控制技術(shù)研究[D].蘭州交通大學(xué)，.邵珠山，李萍萍，王新宇.小凈距隧道爆破振動(dòng)危害的主動(dòng)控制研究[J].應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào)，,，31（2）：230-235.張希禹.小凈距隧道后行洞爆破開(kāi)挖對(duì)先行洞初支的影響研究[J].重慶交通大學(xué)，.鮮一丁.新建隧道爆破施工引發(fā)現(xiàn)有隧道動(dòng)力響應(yīng)及控制技術(shù)研究[D].西南交通大學(xué)，.韓翔宇.新建隧道施工爆破對(duì)現(xiàn)有隧道振動(dòng)響應(yīng)規(guī)律研究[D].西南交通大學(xué)，.HEJiang,DOULin-ming.Gradientprincipleofhorizontalstressinducingrockburstincoalmine.J.Cent.SouthUniv.,19:2926~2932.PATYNSKARenata,KABIESZJozef.ScaleofseismicandrockbursthazardintheSilesiancompaniesinPoland.MiningScienceandTechnology.,19:0604~0608.S.Y.Wang,S.W.Sloan,C.A.Tang,etal.Numericalsimulationofthefailuremechanismofcirculartunnelsintransverselyisotropicrockmasses.TunnelingandUndergroundSpaceTechnology.,32:231~244.ShaojunLi,Xia-TingFeng,ZhanhaiLi,etal.EvolutionoffracturesintheexcavationdamagedzoneofadeeplyburiedtunnelduringTBMconstruction.InternationalJournalofRockMechanics&MiningSciences.,55:125~138.陳文亮,章青,劉仲秋.深埋隧洞開(kāi)挖巖爆數(shù)值模擬與預(yù)測(cè).長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào),,29(5):40~44.陳旭光,張強(qiáng)勇.巖石剪切破壞過(guò)程的能量耗散和釋放研究.采礦與安全工程學(xué)報(bào),,27(2):179~184.郭樹(shù)林,姚香,嚴(yán)鵬.中國(guó)深井巖爆研究現(xiàn)狀評(píng)述.采礦工程,,30(1):18~21.郭長(zhǎng)寶,張永雙,孫東生,等.擠壓和剪切構(gòu)造環(huán)境下深埋隧道巖爆的對(duì)比研究.地質(zhì)學(xué)報(bào),,85(1):66~77.何世林,王春來(lái).會(huì)澤鉛鋅礦深部開(kāi)采巖爆影響因素分析.礦業(yè)工程研究,,25(1):21~23.柯長(zhǎng)仁,葛修潤(rùn),蔣俊玲.不同圍壓下巖石破壞全過(guò)程數(shù)值模擬.上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),,45(增):7~10.李夕兵,姚金蕊,宮鳳強(qiáng).硬巖金屬礦山深部開(kāi)采中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題.中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào),,21(10):2551~2563.劉煒,張睿沖,楊瑞霞.深部開(kāi)采圍巖應(yīng)力及變形數(shù)值模擬研究.金屬礦山,,430(4):36~39.苗金麗,何滿潮,李德建,等.花崗巖應(yīng)變巖爆聲發(fā)射特性及微觀斷裂機(jī)制.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),,28(8):1593~1603.

3．項(xiàng)目研究必要性（涉及項(xiàng)目研究目的，推廣應(yīng)用前景）、可行性（涉及項(xiàng)現(xiàn)在期研究及工作基礎(chǔ)）；3.1研究必要性（1）研究目的項(xiàng)目針對(duì)金華山長(zhǎng)大深埋隧道施工中會(huì)碰到的問(wèn)題，從基于監(jiān)控量測(cè)的圍巖變形時(shí)空變化、實(shí)驗(yàn)段振動(dòng)測(cè)試及巖爆機(jī)理特性，圍繞如何提高施工的質(zhì)量、加緊施工進(jìn)度、合理縮短工期、改善作業(yè)環(huán)境并確保圍巖和支護(hù)構(gòu)造的穩(wěn)定性規(guī)定，開(kāi)展特大型隧道機(jī)械化配套設(shè)計(jì)及施工核心技術(shù)、臨近隧道近距離施工爆破對(duì)現(xiàn)有隧道影響研究及穿越巖爆段巖爆特性、強(qiáng)度預(yù)測(cè)及防治核心技術(shù)等方面研究，形成一套長(zhǎng)大深埋隧道施工及監(jiān)控核心技術(shù)體系，以確保本隧道的成功修建。（2）推廣應(yīng)用前景通過(guò)本項(xiàng)目研究，能夠?qū)ξ覈?guó)長(zhǎng)大深埋公路隧道建設(shè)中機(jī)械化配套設(shè)計(jì)、超小凈距洞室或洞室群施工擾動(dòng)互相影響及控制技術(shù)、巖爆可能預(yù)測(cè)及防治技術(shù)提供良好的技術(shù)儲(chǔ)藏，含有重要的指導(dǎo)意義，達(dá)成減少人力物力的目的，增進(jìn)我國(guó)建立與隧道大型機(jī)械化配套設(shè)施相匹配的核心施工技術(shù)。3.2研究可行性（1）項(xiàng)現(xiàn)在期研究課題組人員及其所在隧道與巖土中心組員近年來(lái)主持或參加了若干項(xiàng)與本項(xiàng)目有關(guān)的課題，有關(guān)成果發(fā)表在《公路隧道》、《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》、《巖土工程學(xué)報(bào)》、《土木工程學(xué)報(bào)》、《隧道建設(shè)》等學(xué)術(shù)刊物和國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上。在隧道口邊坡穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)、隧道圍巖穩(wěn)定性及控制技術(shù)研究、隧道施工監(jiān)測(cè)技術(shù)研究等方面作了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究工作，獲得了較多的研究成果，已完畢多座隧道施工監(jiān)控量測(cè)、質(zhì)量檢測(cè)、地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作，積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從而為本項(xiàng)目獲得預(yù)期的研究成果奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。（2）工作基礎(chǔ)現(xiàn)有美國(guó)SIR-3000地質(zhì)雷達(dá)、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)（TGP）、激光斷面儀、振動(dòng)及動(dòng)態(tài)應(yīng)變采集分析儀、超聲波測(cè)試儀和伺服加載系統(tǒng)等一批一流的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并含有隧道與巖土實(shí)驗(yàn)室。

4．項(xiàng)目研究、開(kāi)發(fā)實(shí)施方案（涉及擬解決的核心問(wèn)題，實(shí)施的具體內(nèi)容及實(shí)施方案，擬采用的技術(shù)路線等），本章內(nèi)容規(guī)定不少于5000字；4.1項(xiàng)目擬解決的核心問(wèn)題（1）提高施工質(zhì)量及改善作業(yè)環(huán)境的機(jī)械化配套施工技術(shù)設(shè)計(jì)；（2）超小凈距隧道爆破開(kāi)挖對(duì)現(xiàn)有隧道的影響及控制技術(shù)研究；（3）巖爆段巖爆的機(jī)理、特性以及防治技術(shù)研究。4.2項(xiàng)目實(shí)施的具體內(nèi)容及實(shí)施方案一、特大型隧道機(jī)械化配套設(shè)計(jì)及施工核心技術(shù)（1）多臂鑿巖機(jī)、二襯臺(tái)車、自動(dòng)濕噴臺(tái)車等機(jī)械化配套施工設(shè)計(jì)查閱國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料，調(diào)研隧道現(xiàn)場(chǎng)，分析現(xiàn)階段使用機(jī)械配套設(shè)備狀況，分析其中存在的局限性以及存在的改善方向及發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)多臂鑿巖機(jī)鉆爆設(shè)計(jì)辦法、施工準(zhǔn)備（涉及臺(tái)車定位、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、施工前的準(zhǔn)備等）、施工工藝和施工工序流程等方面開(kāi)挖施工技術(shù)進(jìn)行研究，分析影響開(kāi)挖施工進(jìn)度、施工精度的因素，并提出對(duì)應(yīng)控制方法，解決卡鉆及超欠挖等開(kāi)挖作業(yè)中有關(guān)狀況的施工解決改善辦法。對(duì)自動(dòng)濕噴臺(tái)車從作業(yè)前的準(zhǔn)備、施工辦法、施工工藝和施工工序流程等方面進(jìn)行研究，對(duì)影響基于該設(shè)備的早期支護(hù)施工因素進(jìn)行分析，總結(jié)基于該工藝的施工辦法，并從工藝參數(shù)的控制方面對(duì)減少回彈和確保濕噴質(zhì)量得出對(duì)應(yīng)控制指標(biāo)。考慮不同圍巖條件下的施工工法，緊密結(jié)合隧道施工過(guò)程，全方面分析具體洞段超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、開(kāi)挖、支護(hù)與二次襯砌機(jī)械化施工等作業(yè)，擬定合理的施工流程；充足對(duì)設(shè)備配套進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、研究、配備與實(shí)施，與常規(guī)人工作業(yè)（對(duì)基于多臂鑿巖機(jī)和人工鉆爆法兩種不同開(kāi)挖方式、自動(dòng)濕噴臺(tái)車等配套機(jī)械早期支護(hù)作業(yè)與常規(guī)早期支護(hù)作業(yè)）進(jìn)行追蹤，從成本、質(zhì)量、進(jìn)度和施工環(huán)境等方面進(jìn)行對(duì)比分析，得出機(jī)械化配套設(shè)備最合理的配備。通過(guò)超前預(yù)報(bào)、監(jiān)控量測(cè)實(shí)現(xiàn)信息采集并與施工結(jié)合，反饋指導(dǎo)施工，并綜合評(píng)價(jià)隧道機(jī)械化開(kāi)挖支護(hù)效果，建立與大型機(jī)械化配套設(shè)施相匹配的施工技術(shù)。（2）大型配套機(jī)械化施工技術(shù)對(duì)圍巖力學(xué)效應(yīng)影響1）通過(guò)分別在常規(guī)人工作業(yè)和機(jī)械化配套施工的典型洞段，結(jié)合開(kāi)挖進(jìn)尺和隧道施工狀況，布置監(jiān)測(cè)斷面，對(duì)圍巖頂拱和邊墻收斂變形、錨桿軸力、鋼拱架應(yīng)力、支護(hù)構(gòu)造與圍巖之間的接觸壓力、二襯混凝土應(yīng)力等進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)；2）分析應(yīng)用大型配套機(jī)械化施工技術(shù)下（不同施工開(kāi)挖工藝、支護(hù)構(gòu)造施作及二襯臺(tái)車移走等施工環(huán)節(jié)）的圍巖變形時(shí)空變化規(guī)律，并與常規(guī)人工作業(yè)進(jìn)行對(duì)比分析；3）研究隧道圍巖徑向位移釋放與時(shí)間和空間之間的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上結(jié)合三維數(shù)值仿真分析，模擬隧道實(shí)際開(kāi)挖支護(hù)等施工過(guò)程，基于收斂約束法得到圍巖特性曲線、支護(hù)特性曲線及支護(hù)構(gòu)造變形和內(nèi)力分布，充足發(fā)揮圍巖的自承能力，優(yōu)化不同圍巖級(jí)別及穿越斷層段、巖爆段的施工工法及二襯剛度和施作時(shí)機(jī)；4）根據(jù)圍巖特性曲線、支護(hù)特性曲線及二襯構(gòu)造內(nèi)力和變形分布，建立不同圍巖條件下施工工法及二襯剛度和施作時(shí)機(jī)優(yōu)選分析系統(tǒng)，系統(tǒng)力求簡(jiǎn)樸易操作，方便各層次施工和設(shè)計(jì)人員使用。二、臨近隧道近距離施工爆破對(duì)現(xiàn)有隧道影響研究（1）臨近隧道爆破對(duì)現(xiàn)有隧道影響理論方面研究調(diào)研國(guó)內(nèi)外近距離隧道爆破施工對(duì)已有隧道影響成果和實(shí)例分析，對(duì)近距離施工的影響機(jī)理、控制方法及現(xiàn)有隧道振動(dòng)安全性判據(jù)進(jìn)行理論分析。依靠現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)段爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)，對(duì)爆破作用形成機(jī)理、地震波特點(diǎn)進(jìn)行敘述，研究爆破地震波在巖體及臨空面的傳輸規(guī)律，結(jié)合波動(dòng)力學(xué)理論在近距離隧道施工中的應(yīng)用，擬定爆破震動(dòng)與分區(qū)影響因素，為爆破振動(dòng)的監(jiān)測(cè)和施工控制提供基礎(chǔ)。（2）現(xiàn)場(chǎng)爆破影響振動(dòng)測(cè)試支持運(yùn)用與豎井段靠近圍巖條件下人行通道、車行通道或者左右線開(kāi)挖爆破互相影響，采用測(cè)振儀對(duì)圍巖振動(dòng)狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析測(cè)點(diǎn)距爆破掌子面的距離、裝藥量、爆破速度三者之間的關(guān)系，對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用薩道夫斯基公式進(jìn)行回歸分析，得到隧道爆破振動(dòng)衰減公式。運(yùn)用公式來(lái)合理預(yù)測(cè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)峰值，擬定爆破重點(diǎn)影響區(qū)域及對(duì)爆破振動(dòng)強(qiáng)度的重要影響因素，并反饋指導(dǎo)豎井地下機(jī)房各通道爆破施工。結(jié)合考慮圍巖狀況、斷面、埋深、爆源方向以及爆破地震波振動(dòng)頻率等因素，結(jié)合實(shí)驗(yàn)段擬定豎井段地下廠房和聯(lián)系通道現(xiàn)有隧道洞壁及支護(hù)構(gòu)造安全允許振動(dòng)速度等安全性評(píng)判原則。（3）近距離開(kāi)挖爆破對(duì)支護(hù)構(gòu)造影響及控制技術(shù)研究根據(jù)實(shí)驗(yàn)段擬定的爆破重點(diǎn)影響區(qū)域，在豎井段地下機(jī)房及聯(lián)系通道處現(xiàn)有隧道圍巖及支護(hù)構(gòu)造進(jìn)行爆破震動(dòng)和襯砌構(gòu)造變形、內(nèi)力等動(dòng)態(tài)監(jiān)控，分析施工期巖體內(nèi)部及襯砌構(gòu)造受力和變形狀況。通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)的爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)分析，研究使爆破振動(dòng)速度和主振頻率作為衡量爆破振動(dòng)強(qiáng)度的指標(biāo)，擬定近爆源下臨近現(xiàn)有隧道爆破控制原則。結(jié)合擬定的現(xiàn)有隧道安全原則，提出合理的控制性參數(shù)指標(biāo)，確保現(xiàn)有隧道的構(gòu)造安全，使爆破震動(dòng)速度和構(gòu)造受力都控制在允許原則以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)凈距不同而采用不同的爆破設(shè)計(jì)參數(shù)。三、穿越巖爆段巖爆特性、強(qiáng)度預(yù)測(cè)及防治核心技術(shù)（1）金華山隧道地應(yīng)力反演及特性研究運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論和FLAC有限差分的基本理論，以金華山隧道為原型建立三維數(shù)值模型，施加不同邊界條件，選用巖體力學(xué)參數(shù)，將實(shí)測(cè)的大地自然坐標(biāo)下地應(yīng)力值轉(zhuǎn)換為計(jì)算模型XYZ坐標(biāo)系下的應(yīng)力坐標(biāo)分量，施加不同邊界條件和選用巖體力學(xué)參數(shù)，進(jìn)行FLAC有限差分計(jì)算實(shí)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值，建立邊界條件及圍巖參數(shù)和地應(yīng)力值的輸入輸出關(guān)系，再運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行隧道初始地應(yīng)力場(chǎng)的反演。在對(duì)地應(yīng)力進(jìn)行反演得到回歸系數(shù)后，計(jì)算金華山隧道軸線方向初始地應(yīng)力特性；在國(guó)內(nèi)外巖爆工程統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)上，結(jié)合金華山隧道工程實(shí)際，分析影響巖爆重要因素；根據(jù)地應(yīng)力模擬成果，選用合用于金華山隧道的地應(yīng)力劃分原則，對(duì)其進(jìn)行地應(yīng)力區(qū)段初步劃分，為巖爆預(yù)測(cè)及巖爆防治提供根據(jù)。（2）基于超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的金華山隧道巖爆預(yù)測(cè)分析TGP預(yù)測(cè)巖爆原理，優(yōu)化TGP在金華山隧道探測(cè)辦法及測(cè)試布置方式；做好接受孔與激發(fā)孔的布設(shè)、接受與激發(fā)裝置的安裝、接受與激發(fā)的鏈接等準(zhǔn)備工作，實(shí)施預(yù)報(bào)采集隧道P波深度偏移圖、SH波深度偏移圖和巖體物性圖等，運(yùn)用TGP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)自帶的軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)解決；分析現(xiàn)有的巖爆預(yù)測(cè)鑒別指標(biāo)優(yōu)缺點(diǎn)及合用范疇，優(yōu)選合用于金華山隧道的巖爆鑒別指標(biāo)，結(jié)合采集數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)金華山隧道巖暴發(fā)生的位置及烈度。（3）巖爆防治核心技術(shù)研究根據(jù)巖爆段地應(yīng)力分布規(guī)律，采用數(shù)值模擬分析不同開(kāi)挖辦法下，巖暴發(fā)生傾向及烈度，擬定最優(yōu)開(kāi)挖辦法；在此基礎(chǔ)上，模擬最優(yōu)開(kāi)挖辦法下不同開(kāi)挖進(jìn)尺，巖暴發(fā)生的傾向及烈度，以及隨著隧道開(kāi)挖圍巖應(yīng)力時(shí)空分布動(dòng)態(tài)規(guī)律，為巖爆防控提供根據(jù)；根據(jù)擬定的開(kāi)挖辦法和進(jìn)尺，優(yōu)化炮眼布置方式和掏槽方式及裝藥量、爆破頻率等參數(shù)。4.3項(xiàng)目擬采用的技術(shù)路線本項(xiàng)目結(jié)合理論分析、監(jiān)控量測(cè)、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)試及數(shù)值模擬分析等研究手段進(jìn)行，具體技術(shù)路線如圖1所示。圖1本項(xiàng)目具體技術(shù)路線圖5．考核目的創(chuàng)新點(diǎn)；（1）長(zhǎng)大深埋隧道的機(jī)械化配套設(shè)計(jì)和施工核心技術(shù)研究；（2）隧道豎井段地下廠房及聯(lián)系通道施工爆破擾動(dòng)及控制技術(shù)研究；（3）爆破振動(dòng)指標(biāo)及安全原則研究；（4）明確了深埋隧道巖暴發(fā)生的核心影響因素及金華山隧道地應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律；（5）采用地應(yīng)力反演和超前地質(zhì)預(yù)報(bào)相結(jié)合的方式對(duì)巖爆范疇及烈度進(jìn)行精細(xì)化預(yù)測(cè)；（6）形成了深埋隧道巖爆段施工工法及巖爆綜合防控技術(shù)。6．項(xiàng)目研究開(kāi)發(fā)進(jìn)度（涉及年度工作計(jì)劃安排，項(xiàng)目完畢期限）；本項(xiàng)目預(yù)定三年內(nèi)完畢，準(zhǔn)時(shí)間進(jìn)度安排的研究計(jì)劃以下（具體還需結(jié)合具體的施工組織計(jì)劃圖）：（1）.06~.05現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、文獻(xiàn)綜述及總體規(guī)劃的制訂；分析現(xiàn)階段使用機(jī)械配套設(shè)備狀況，分析其中存在局限性的因素以及存在的改善方向及發(fā)展趨勢(shì)；調(diào)研國(guó)內(nèi)外近距離隧道爆破施工對(duì)已有隧道影響成果和實(shí)例分析，對(duì)近距離施工的影響機(jī)理、控制方法及現(xiàn)有隧