项目名称：深长岩溶隧道群突水突泥地质灾害控制关键技术及工程应用

成果所属专题编号：交科鉴字[2012]第211号；2009318000008

成果主要完成单位：湖北省三峡翻坝高速公路建设指挥部、山东大学、湖北省交通规划设计院、中交一公局桥隧工程有限公司、中铁十一局集团有限公司、中铁十一局集团第四工程有限公司

联系人：杨军红   联系电话：18671701978　E-MAIL：xxhtbg@163.com  

通信地址：湖北省宜昌市猇亭大道12号

内容简介

一、主要技术内容（技术原理和创新性成果）

本项目在交通运输部西部交通建设科技项目的支撑下，组织了科研、设计、施工等6家单位的百余名科研人员以“产-学-研-用”模式联合攻关。以三峡翻坝高速公路工程为依托，研究并解决了深长隧道群工程建设中不良地质预报和灾害控制工程难题，以理论攻关、试验探索、工程验证等方式取得了一系列直接面向工程实践的创新性技术和地方标准、工程指南、发明专利、专著以及高水平论文等科研成果，形成了高风险隧道不良地质预报与灾害控制关键技术。主要创新成果如下：

创新点一：解决了三峡库区深长隧道群重大地质灾害风险源水文地质预测和超前地质预报的技术难题。通过翻坝高速公路路线区不良地质构造发育规律和地下水运移规律研究，提出了沿线重大地质灾害风险源的赋存特征与展布形式，建立了不同类型风险源地下水拓扑模拟方法与水文地质预测评判系统；提出了基于数字钻进能量理论和物探勘探系统的岩体空间结构识别与围岩超前优化分级方法，建立了不同地质灾害风险源超前地质预报的原则、流程、方法和技术体系，实现了重大地质灾害风险源较为准确的水文地质宏观预测和快速高效的实时超前地质预报。

创新点二：突破了深长隧道群重大地质灾害源动态风险定量评价与施工许可机制的技术难题。基于隧址区重大地质灾害风险源的赋存规律及沿线分布特征，提出了突水突泥等灾害孕险环境和致险因子的影响指标体系，建立了重大地质灾害风险属性区间动态评价理论与方法，形成了基于风险界定、辨识、估计以及动态控制的全新的风险管理运行机制-施工许可机制，实现了实时监测信息、预报信息以及风险状态等综合动态信息的有机融合及其对施工的实用指导，解决了突水突泥等重大地质灾害源的动态风险识别与施工许可技术难题。

创新点三：实现了深长岩溶隧道群突水突泥等重大地质灾害的临灾预测预警和安全防控。通过典型地质灾害风险源孕灾类型和灾变模式的划分，建立了不同重大地质灾害风险源与隧道临空面之间最小岩体安全厚度的计算分析方法，提出了突水突泥等重大地质灾害的临灾判据和预警机制，通过现场应急救援演练实现了临灾快速预警和逃生应急救援。针对典型不良地质体和含导水构造，提出了相应的治理原则、方法和治理技术体系，建立了“压水试验、钻孔验证与物探检测相结合”治理效果动态检验方法，实现了突水突泥等重大地质灾害的有效预警与灾害防控。

二、适用范围（成果可应用领域和已应用领域）

本项目结合我国西部山区和岩溶地区交通运输工程建设的实际情况，切合经济建设的需求，通过大量开拓性试验和数值模拟分析研究，攻克了重大地质灾害不良地质预报、重大地质灾害风险动态评估、预测预警及灾害防治等一系列关键科学技术难题，最终形成了深长岩溶隧道群突水突泥地质灾害控制关键技术。

项目的代表性研究成果如下：首次创立了地下水拓扑模拟分析方法，丰富完善了水文地质预测评判系统，形成了不同地质灾害风险源超前地质预报技术体系；建立了重大地质灾害源动态风险的定量评价理论与方法，首次提出了一种全新的风险管理运行机制-施工许可机制；提出了突水突泥等重大灾害风险源灾变的判据、预警机制和应急预案，建立了不同重大地质风险源的灾害治理和效果检验技术体系。

以上述成果为核心的深长岩溶隧道群突水突泥地质灾害控制关键技术的提出，极大的提高了我国西部地区岩溶隧道的建设技术水平，为我国山区高速公路建设起到了重要借鉴和示范作用。

本项目以湖北省三峡翻坝高速公路为依托工程，项目研究与依托工程建设相辅相成、相互促进。本项目成果有力的支撑了湖北省三峡翻坝高速公路的建设，为隧道修建过程中避免突水突泥地质灾害提供重要的技术保障，从而保证了隧道施工质量和进度。

除湖北省三峡翻坝高速公路之外，项目研究成果已经在青岛胶州湾海底隧道、江西吉莲高速钟家山隧道、湖北保宜高速红岩寺隧道和尚家湾隧道、重庆轨道交通一号线中梁山隧道等多个国家重点交通工程中得到了应用和推广，有力支撑了国家重点工程的建设，产生显著的经济效益和社会效益。目前，项目研究成果正在湖北利万高速、四川成兰铁路等工程中应用。

三、已应用情况（应用本成果解决的关键问题）

本项目成果为解决交通、水电、矿山等行业一大批重点工程难题提供了强有力的技术支撑，具有重大推广应用前景，已在数十个重大工程中得到成功应用。典型应用案例如下：

(1)采用项目研究成果，揭示了三峡翻坝高速公路沿线不良地质构造的发育规律和诱发突水地质灾害源的灾变特征，并提出了相应的治理原则、方法和治理技术体系，建立了衬砌压裂突水治理效果动态检验方法，实现了突涌水等重大地质灾害的有效防控。

(2)采用项目提出的突水突泥地质灾害源动态风险识别、隧道综合超前地质预报方法及快速预警机制、裂隙水治理方法与工艺等研究成果，有效的保证了青岛胶州湾海底隧道施工安全，多次避免了灾害事故的发生。

(3)采用自主研发的新型注浆材料、注浆设备及配套工艺，对江西吉莲高速钟家山隧道F2断层破碎带进行注浆加固处理，有效解决了隧道断层突水突泥治理难题，节约了治理费用，保证了施工安全和进度。

(4)项目研究成果成功应用于湖北省保宜高速公路红岩寺、尚家湾隧道，实现了隧道突水涌风险的全程动态监控与管理，为现场突涌水灾害治理提供了重要的技术支撑，确保了隧道施工安全。

(5)项目研究成果在中梁山隧道中取得成功应用，实现了K27+227～K27+250、K27+750～K27+850段突涌水灾害的有效治理，避免了后续施工大规模突涌水地质灾害的发生，节约了隧道排水费用，保证了施工安全和工期。

四、应用效益（取得的经济、社会、环境效益）

项目为依托工程湖北省三峡翻坝高速公路节支1.39亿元；此外，本项目研究成果的应用为国内第二条海底隧道-青岛胶州湾海底隧道、江西吉莲高速钟家山隧道、湖北保宜高速红岩寺隧道、尚家湾隧道和重庆轨道交通中梁山隧道等工程节支约3.64亿元，总计产生间接经济效益约5.03亿元。其中，近3年来新研发材料累计实现新增销售额16559万元，三年新增利润2580万元，三年新增税收1802万元。

项目研究成果直接指导了依托工程的高水平和高质量的建设，有效避免了隧道施工中的突水突泥等重大地质灾害，实现了地质灾害风险的有效规避和控制，有力保证了工程建设中的人员生命财产安全；工程的建成缓解了三峡大坝航运压力，促进了西部民族区域经济发展。项目研究提高了学科理论水平，填补了部分关键技术的国内外空白，大大提高了我国高速公路的整体建设水平，为类似工程建设提供重要的指导和借鉴。项目研究工作推动了我国隧道及地下工程学科的发展，培养了高级职称人员10名，博士研究生10人，硕士研究生15人，博士后3人，技术人员30名，为交通领域的高层次人才培养做出了重要贡献。