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高原山区公路工程防灾减灾综合技术及智能预警系统研究与应用示范
发布:admin 发布时间:2017-03-01 浏览次数:410


一、立项背景

本项目属国家高技术研究发展计划(863计划),研究期限20122014年。该项目针对我国高原山区公路建设及养护过程中存在的以下边坡及隧道工程的突出问题开展项目研究,旨在增强高原山区公路工程防灾减灾能力。具体需求如下:

1. 高原山区公路边坡灾害机理研究不足,尤其针对暴雨条件下公路边坡灾害类型及诱发机理研究缺乏,导致高原山区公路边坡灾害的治理存在一定盲目性;

2. 常规防治技术较为成熟,但缺乏机械化程度高、施工快速安全的新型防治技术;

3. 由于公路工程线状展布的实际特点,以及建设与运营阶段的实际需求存在的显著差异,公路边坡监测预警工作对自动化监测、集成化管理具备更高的要求。

4. 目前公路隧道设计及施工阶段,还不能实现隧道施工阶段的超前预报,隧道塌方及大变形机理不够清晰,未形成完整的防治、监测体系。

二、研究目的

该项目紧密结合《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》交通运输业重点领域中的交通运输基础设施建设与养护技术与装备优先主题,依托和记娱乐下载研究院牵头组建的陆地交通气象灾害防治技术国家工程实验室,以高原山区高速公路基础设施防灾减灾重大需求为背景,以公路建设、养护为主线,瞄准高原山区公路灾害问题最为突出的边坡、隧道结构,重点开展灾害防治及监测预警关键技术研究。

三、主要研究内容

课题共设三个研究专题:    

专题一:高原山区公路路基与高边坡灾害防治及监测评估预警技术研究;

专题二:高原山区公路隧道灾害机理、安全预警及防治技术研究;

专题三:高原山区公路工程智能预警系统集成及灾害防治综合技术应用示范。

专题一、二重点开展高原山区公路路基与高边坡灾害、隧道灾害的智能监测预警及灾害防治关键技术研究,专题三则偏重创新技术的应用示范研究。项目坚持产学研用相结合的研究思路,通过开展高原山区公路防灾减灾基础性、前瞻性关键技术研究,形成防灾减灾系列技术储备。课题的总体研究目标为:突破公路边坡、隧道灾害防治关键技术瓶颈,完成设计、工程、运营三位一体的灾害防治技术体系的建立;实现对公路边坡、隧道灾害的科学化评价及智能化、自动化的监测预警,完成合理的减灾防灾安全预警和保障系统的建立;最终实现高原山区公路防灾减灾整体水平的提高。

研究成果将整体提升我国高原山区公路基础设施的安全保障水平和服务能力,为高原山区公路基础设施的建设养护工作提供重要技术支撑。

四、取得的主要成果

该项目经过3年多的刻苦攻关,取得了一系列科研成果,公开发表论文6篇(其中SCI收录1篇,EI收录5篇),获得专利2项,参编标准规范3个;课题的成果在多个实体工程得到应用,灾害预警的相关技术应用于7个实体工程,灾害防治方面的相关技术应用于6个边坡工点,取得了良好的效果。

1. 采用典型工点剖析、理论分析等研究方法,对暴雨诱发路堑边坡及斜陡坡路堤病害模式进行分类。其中,将暴雨诱发路堑边坡病害类型按其变形机理分为5类,暴雨诱发斜陡坡路堤病害按滑面由上至下分为7类,并总结暴雨在不同类型病害发展过程的作用机理;

2. 针对钢花管多次注浆抗滑体防治新技术,采用大比例模型试验、数值分析、现场试验及理论分析等手段,揭示其抗滑作用机理,提出设计方法,并总结施工工艺,提炼出施工流程与质量控制标准;


  

3. 通过对多种监测技术的调研分析、引进吸收、自主研发并结合示范工程验证等手段,将多种监测预警技术进行系统集成,建立了公路边坡自动监测体系框架,并形成了边坡灾害风险评估、预测预警的理论和方法体系;

 

 


4. 针对公路边坡灾害的复杂性和特殊性,提出风险评估方法和分级标准;在风险评估的基础上,建立了变形迹象调查预警方法和标准;对于高风险的边坡灾害,形成了变形监测、结构应力监测的方法和标准;并提出了常用的预应力锚索框架、抗滑桩和预应力锚索桩的预警方法和标准;

5. 采用软弱围岩相似材料配制技术、岩土体压力-位移微扰动量测技术、岩土PIV图像处理技术、全过程地质力学模型试验系统,建立隧道塌方模型试验研究方法。

 



6. 针对高原山区公路隧道塌方特点,得出隧道塌方变形监测曲线,并基于监测曲线分析判别方法提出隧道塌方预警标准体系。考虑隧道塌方的时空特性提出高原山区连拱及小间距隧道随施工过程分阶段监测技术。

五、社会经济效益

项目以高原山区公路工程防灾减灾重大需求为背景,针对灾害防治面临的突出问题展开攻关研究,研究成果紧扣工程实际,具有良好应用前景。

1. 钢花管多次注浆抗滑体防治新技术

钢花管多次注浆抗滑体防治技术,具备施工迅速、机械化程度高、对边坡扰动小、雨季施工方便等优点,是一种具发展前途的新型边坡加固技术。通过项目研究,解决了该技术防治滑坡的作用机理、设计方法、施工工艺及质量控制标准,为该技术推广应用提供了强有力技术支撑。目前该技术已在依托工点进行应用示范,各项性能指标良好。钢花管多次注浆抗滑体防治技术的推广,将会提升我国山区公路边坡灾害处治的标准化、机械化水平,并为公路边坡抢险提供一种快速有效处治措施,具备良好应用前景及行业影响;

 

2. 全线公路边坡灾害的适宜预警体系

项目针对公路边坡灾害特点,引用现代监测技术提出了边坡灾害的地面自动监测体系框架,开发新型监测设备的基础上,构建了针对全线公路边坡灾害的适宜预警体系。在研究开发过程中,形成了具有实用价值的新型装备和评估预警技术,并为公路工程的集成化管理提供了实用级别的范例。该套技术具备推广应用前景,不仅适用于公路工程的建设及运营阶段,也可推广应用于其他相关行业。在实用软硬件产品及技术服务领域,均具潜在市场效益;2. 全线公路边坡灾害的适宜预警体系

3. 高原山区公路隧道灾害机理、安全预警及防治技术研究

课题围绕高原山区公路隧道施工灾害问题在调查分析、室内试验、理论分析、现场监测、设计及防治方法、塌方预警方法、依托工程应用等方面开展大量工作。所获以下成果能广泛应用于工程实际与更深入的研究中:1)隧道塌方的模型试验研究方法包括软弱围岩相似材料配制技术、岩土体压力-位移微扰动量测技术、岩土PIV图像处理技术、全过程地质力学模型试验系统,这些技术手段为以后相关科研项目提供了借鉴的思路;2)在考虑围岩动态压力拱的基础上改进了隧道荷载的计算方法,便于以后实际工程中更加准确的确定隧道的设计荷载,在保证安全的基础上优化结构设计;3)节理裂隙的等效分析方法能够有效应用于复杂的节理裂隙岩体隧道开挖围岩变形稳定性分析,在保证结果准确性的基础上,简化问题的分析难度,并应用于以后的工程实际问题;4)隧道塌方的预警体系以及分阶段的监测技术应用于具体的工程问题中,能够保证施工过程中的安全性。

目前成果已应用龙陵至瑞丽高速公路高速营盘坡2号隧道及茅草坪3号隧道,通过运用随施工分阶段监控量测方案、五级塌方监测预警体系,优化、改进了施工监测分析,为实现该隧道安全施工提供有效保证,提高了项目信息化施工水平;借鉴模型试验及数值分析成果及建议,对隧道施工关键部位进行重点关注与加固,并采用相关的设计建议及施工措施。施工中通过分阶段监测,多次准确预报了隧道塌方、大变形灾害的发生,减少了人员伤亡和经济损失。同时上述相关技术也将在深圳东部过境高速公路复杂环境下浅埋大断面互通隧道以及浙江宁波野猪山隧道工程展开应用。

 

我国是一个多山的国家,山丘区面积占全国总面积的75%,我国的西南大部分地区以山地为主。隧道在运营中改善了路线技术指标、缩短了路程和行车时间,提高了运营效益,因此在高原山区基础设施建设中处在较高的地位。但隧道施工技术难度大,并且存在较大的风险,塌方是山岭隧道建设过程中最为常见的工程灾害,约占各类重大地质灾害出现机率的90%以上,塌方一旦发生,危害巨大。因此课题研究成果将能够广泛应用于高原山区隧道设计施工中,形成隧道塌方预警体系,减少隧道灾害发生、降低人员伤亡及财产损失,从而产生较大的经济效益与社会效益。


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