高烈度艰险山区交通隧道抗震减灾关键技术研究

成果简介

依托云贵川陕甘宁震区已建和在建工程，针对我国西部艰险山区高烈度隧道震害特点，河北交通职业技术学院、北方工业大学和中铁十六局集团第四工程有限公司组成联合攻关小组，通过产学研结合进行技术攻关和工程应用，历时6年，采用新理论、新技术、新方法、新工艺，在借鉴相关行业最新抗震、减震研究成果的基础上，对不同条件下交通隧道结构震害特征、震害机理、抗震设计计算方法和抗震、减震技术以及罕遇地震后交通生命线快速重建保障技术进行系统性研究，攻克了系列技术难题，构建了较为完善的交通隧道抗震减灾设防设计技术体系，提升了我国交通生命线穿越高烈度区的防灾能力，对于推动我国西部高烈度艰险山区交通生命线的整体抗震水平以及罕遇地震后交通生命线快速抢通、高效保通、优质重建战略目标的实现具有重要的现实意义。

技术状况

创新性

独占性

盈利性

持续性

先进性

成熟度

1.通过对地震重、极重灾区国省干线及典型县乡道路交通隧道的现场震害调查，探明了交通隧道洞口结构、断层破碎带段隧道结构及普通段隧道结构各地震烈度的震害特征。
2.揭示了洞口结构、断层破碎带段隧道结构及普通段隧道结构的震害机理；改进了隧道抗震拟静力计算方法；建立了考虑隧道洞口段空间效应及纵向变形规律的隧道抗震设计计算模型及穿越活动断层破碎带隧道结构抗减震设计计算方法。
3.提出了“单层抗震配筋技术、纤维混凝土加固衬砌、深层间隔注浆加固围岩、交错设缝、刚柔并济(衬砌加强+减震层)、刚柔相济(衬砌加强+减震缝)”等隧道抗减震新理念。
4.构建了罕遇地震后抢通、保通、恢复重建三阶段隧道结构震害评价及处治技术体系。

关于隧道洞口段的抗震减灾技术研究，目前行业规范仅仅提出隧道洞口应采取控制路堑边坡和仰坡的开挖高度以及其它防止坍塌震害的措施，具体怎么做没讲，对于实际应用的指导比较宽泛而不具体；另外对洞口段的纵向抗震设计如何考虑也未提及。关于隧道断层破碎带段的隧道抗震则大多研究基于弹性理论进行隧道抗震安全性评价，这与强震作用下，隧道跨断层段处于破损状态的事实不相符合。关于隧道普通段虽大都认为震时不易发生破坏，但汶川震害调查表明，软硬围岩交接段和围岩缺陷段隧道结构破坏严重，加强隧道普通段的抗震设计就显得十分必要了。综上可见规范对于隧道抗震方面的规定显得不够详细，规范的内容不管是抗减震的结构设计和具体措施都显得有些落后和不足，这也反映出对隧道抗震的研究还是不够透彻和深入。

本项目出版专著6部、授权国家专利21项(发明专利11项)、获软件著作权10项、发表科技论文36篇（三大检索收录30篇）。项目自主创新成果在兰渝铁路、金沙江乌东德水电工程和玉临高速公路等不同行业领域30余座隧道工程中得到应用和推广，其中6个主要应用单位节支总额5.187亿元，经济社会效益显著。该项目采用新理论、新技术、新方法、新工艺，在借鉴相关行业最新抗震、减震研究成果的基础上，对不同条件下交通隧道结构震害特征、震害机理、抗震设计计算方法和抗震、减震技术以及罕遇地震后交通生命线快速重建保障技术进行系统性研究，攻克了系列技术难题，构建了较为完善的交通隧道抗震减灾设防设计技术体系，提升了我国交通生命线穿越高烈度区的防灾能力，对于推动我国西部高烈度艰险山区交通生命线的整体抗震水平以及罕遇地震后交通生命线快速抢通、高效保通、优质重建战略目标的实现具有重要的现实意义。

随着西部大开发和一带一路的持续深入进行，交通隧道不可避免的穿越高烈度、地质条件复杂的地区。汶川地震灾后调查资料表明：隧道洞口段、断层破碎带段、围岩缺陷普通段等破坏严重。本项目研究成果必将在后续高烈度隧道建设中得到持续深入应用。即将建设的藏区高速，位于高烈度、复杂的地质环境中，高速公路不可避免地遇到活动性断裂带的穿越、洞口段地质不良、普通段围岩缺陷等的抗震减灾技术难题，藏区公路的抗灾能力面临严峻考验。本项目以云贵川陕甘宁诸省高烈度艰险山区交通隧道蓬勃发展为背景，基于汶川大地震震害资料的调查分析，对高烈度艰险山区交通隧道抗震减灾技术进行系统研究，研究成果具有重要的理论和现实意义，推广应用前景广阔。

1.探明了洞口结构、断层破碎带段隧道结构及普通段隧道结构各地震烈度的震害特征及震害机理，为后续震害机理、设计计算方法、抗减震技术的研究奠定了坚实基础。
2.研究了隧道浅埋段地震力传递机理，确定了围岩抗力的调整系数，修正了隧道地震荷载，改进了隧道抗震拟静力计算方法。
3.揭示了洞口段空间效应及隧道纵向变形规律，建立了隧道纵向抗震设计计算方法，提出了刚柔相济、刚柔并济等抗减震措施。
4.建立了穿越活动断层破碎带的隧道结构抗震减震设计方法，提出了“交错设缝“和”二衬防垮塌配筋技术”等处治新理念。
5.基于隧道抢通、保通、恢复重建三阶段的特点、目标及处治重点，建立了隧道结构震害评价等级，并提出三阶段震害处治技术。

13、回报级：收回全部投入后开始赚钱再投入

市场状况

市场分析

商业模式

营销状况

1.所述隧道浅埋段地震力传递机理及隧道抗震拟静力计算方法，在所检文献以及时限范围内，除本项目外，国内外未见其他文献报道。
2.所述考虑隧道洞口段空间效应及纵向变形规律的抗震设计计算方法，并提出刚柔相济、刚柔并济等抗减震措施，在所检文献以及时限范围内，除本项目外，国内外未见其他文献报道。
3.有关高烈度地震区断层破碎带及其附近地段隧道减震措施研究，已见文献提及，但所述穿越活动断层破碎带隧道结构抗减震设计计算方法，并提出交错设缝、二衬防垮塌配筋技术等抗减震理念，在所检文献以及时限范围内，除本项目外，国内外未见其他文献报道。
4. 有关三阶段隧道结构震害评价等级及三阶段震害处治技术，在所检文献以及时限范围内，除本项目外，国内外未见其他文献报道。

目前在市场上，还没有类似本项目完整的成果体系，我国地处欧亚板块、印度洋板块和环太平洋板块之间，是一个多地震的国家，所以说我们的系统市场前景广阔，竞争力非常强。我国交通隧道洞口结构现有抗震及减震的技术存在不足，我们在借鉴相关行业最新抗震、减震研究成果基础上，结合交通隧道的特点，对不同的条件下交通隧道洞口结构的震害特征、震害机理、抗震设计计算方法及抗减震技术进行系统性研究，最终获得一套系统的交通隧道结构抗减震技术，为我国地震区尤其是高烈度地震区交通隧道的修建提供技术支撑，争取以合理的技术措施及一定的经济投入有效减轻交通隧道的震后损害，实现经济、技术与安全的协调统一。成果应用主要一技术入股形式实现成果价值。

高烈度区交通隧道抗震减灾成套处治体系从理论机理揭示、抗减震设计、施工运营抗减震处治措施、震后快速恢复重建等方面，提出了一系列的创意并形成了相应的分析系统、产品装置和结构，弥补了抗震设计规范的不足、促使了模型试验研究抗错断成为可能、提高了隧道35%抗震抗错能力，整体把控了隧道运营阶段安全。可广泛运用于铁路、公路隧道的设计、施工和运营过程，运用前景广阔。成果可面向国内大中型设计院、施工企业进行推广应用，并以知识产权买卖或技术入股等形式获利。项目自主创新成果在兰渝铁路、金沙江乌东德水电工程和玉临高速公路等不同行业领域30余座隧道工程中得到应用和推广，其中6个主要应用单位节支总额5.187亿元，经济社会效益显著。

转化需求状况

拟采取的转化方式：

合作研发；技术转让；技术入股

资金需求额：

2000万元

应用推广已投入情况：

1000万元

融资用途：

产品研发

管理团队状况

公司治理结构

公司管理结构