[00866332]裂隙化岩体公路隧道开挖施工关键技术研究

1.任务来源“裂隙化岩体公路隧道开挖施工关键技术研究”为湖南省交通厅下达的科研项目，合同编号：200433，其依托工程为常张(常德-张家界)高速公路关口垭隧道。该研究课题从2004年7月开始进行实际性研究工作，至2006年12月结束，历时2年零5个月。2.技术原理该研究成果的主要技术原理包括：(1)隧道围岩质量分类的模糊综合评判方法；(2)岩石与岩体软硬化统计损伤本构模型与参数确定方法；(3)隧道围岩稳定的模糊能度可靠性分析方法；(4)基于改进职能算法的位移反分析方法与开挖优化分析方法；(5)全长粘结式砂浆锚杆有限元分析模型及锚杆支护形式与参数优化分析。3.主要创新性成果(1)通过综合运用模糊数学理论、区间数学理论及岩体质量评价指标分别建立出岩体质量分类的变权重二级模糊综合评判方法和岩体质量分类的区间非线性模糊评判方法；(2)从损伤理论基本定义的重新阐述开始，认为受损岩体仍能承受荷载，从而建立出能够反映岩石随围压变化而发生软—硬化及其相互转化特性的新的岩石损伤统计本构模型，并确定出模型参数与软硬化转化条件计算方法；(3)考虑到裂隙化岩体变形过程中的体积变化(即压缩与扩容)特征，对裂隙化岩体损伤模型进行研究，建立出可反映裂隙化岩体体积变化影响的新型统计损伤本构模型；(4)针对隧道稳定性评价所具有的随机性、区间性以及模糊性特点，建立了基于区间理论与模糊数学理论的隧道支护结构稳定模糊能度可靠性分析方法；(5)提出两种改进的智能算法—改进模拟退火算法和改进遗传模拟退火算法，并结合弹塑性有限元手段，建立了两种位移反分析方法，并开发了可自主寻找最优开挖顺序方案的有限元—开挖顺序优化程序；(6)在全长粘结式砂浆锚杆作用机理研究的基础上，对传统锚杆单元模型进行深入研究，并对其进行改进，拟建立更能反映全长粘结式砂浆锚杆作用力学机理的全长粘结式砂浆锚杆有限元分析模型，并进行锚杆支护形式与参数分析；(7)研究成果全部应用于常张高速公路关口垭隧道建设的工程实际，取得了良好的社会效益与经济效益，而且完全可以推广应用于其它相关类似工程。4、与国内外同类技术比较和成果的先进性交通部科技信息研究所查新报告指出：国内外虽对裂隙化岩体公路隧道开挖施工技术有一些研究，但尚未发现与该课题相同的对围岩质量模糊分类、岩体力学性质、隧道支护结构稳定可靠性分析、支护开挖分析等如此深入系统研究的文献报道。该课题研究系统深入，社会和经济效益显著，其研究成果整体达到国际先进水平，并在岩石与岩体软硬化损伤软化统计本构模型、隧道围岩分类的模糊评判方法、支护结构稳定模糊可靠性评价等方面达到国际领先水平。5、应用前景随着中国高速公路建设的快速发展，尤其是高速公路向山区延伸，不可避免地要建设众多的隧道，此时，裂隙化岩体对隧道建设带来了极大的困难，隧道施工方法的合理性成为高速公路建设的关键，该项目研究成果基本解决了裂隙化岩体公路隧道开挖施工的关键技术，仅以该项目依托工程为例，节约工程投资193.3625万元，加快了工期，并保证了常张高速公路工程建设的成功，为该工程提前竣工做出了巨大贡献。随着高速公路向西部的推进，将遇到大量的裂隙化岩体公路隧道，因此，若推广该项目研究成果，将会取得更为深远的经济和社会效益。