项目名称近接地下工程稳定性施工控制关键技术

1、项目名称：近接地下工程稳定性施工控制关键技术提名单位：中国科学院武汉分院提名意见：随着我国国民经济的发展，对矿山能源、水利交通等基础设施建设的需求在不断增加。特别是近期中央提出的新一轮基础设施建设，将是今后中国经济建设发展的重要发力点。该项目在国家科技支撑计划、国家自然科学基金、“一带一路”等多个项目支持下，以一批关乎国计民生的矿山巷道、水利水电、公路和铁路等重要工程为依托，紧紧围绕近接地下工程安全建设中的关键科学技术难题，组织科研、设计及施工等多家单位开展联合科研攻关与工程实践。通过室内外试验、理论研究、数值仿真、现场监测与反馈分析等方法，提出了地下工程全断面爆破施工的重要设计计算方法，研发

2、了大断面地下工程爆破近区的特殊振动测试技术，攻克了近接大断面隧道爆破振动速度过大的技术难题，构建了近接地下工程稳定性的保障技术和在线监测系统，形成了近接大断面地下工程的关键建造理论及控制技术。项目研究成果在在国内外多个煤矿巷道、水利水电、公路铁路建设中得到了广泛应用，产生了显著的经济效益和社会效益。项目成果获得发明专利41项、实用新型专利59 项，软件著作权10项，制定企业标准1部；在地下工程主流期刊发表EI 论文138篇，SCI 论文35 篇（近十年SCI他引234次，占总引92%），出版中文专著4部，培养一批科研和技术骨干，有力促进了行业科技进步。提名该项目湖北省科学技术进步一等奖。项目简

3、介本项目属于煤炭资源开发与地下空间开发利用科学技术领域。21世纪是地下工程及地下空间的世纪，为满足资源开发及地下空间发展的需要，近接地下工程的建设越来越多。由于近接地下工程地质力学条件复杂，岩体扰动强烈，地下工程近接段或交叉段的建设一直是工程建设安全问题的重中之重。项目组在数十项国家基础研究和重大工程项目支持下，针对制约近接地下工程施工稳定和运营安全中的关键科学技术难题，通过近十年系统性的理论研究、技术攻关和工程应用，在近接大断面地下工程爆破施工控制、监测技术、施工保障技术及稳定性控制等方面，取得了如下主要创新成果：提出了地下工程“裂槽、抛渣”全断面爆破掏槽新思路和设计型式极大提升了掏槽成腔效

4、率和技术适用性，形成了较为全面系统的爆破参数计算方法；建立了地下工程的爆破过程的动态仿真预测模型，揭示岩石破碎动态演化规律，通过“预测-评估-优化”爆破方案，掘进效率提高30%以上，与常规的微差、预裂等爆破技术相比，实测得到的爆破振动速度仅为经验计算方法的40%，有效控制了爆破对围岩稳定性影响。解决了近接大断面地下工程爆破振动速度过大的技术难题揭示了新建隧道不同施工工法、爆破参数对既有隧道围岩稳定性的影响规律，研发了隧道爆破近区的特殊振动信号去噪和分析技术，首次对地下工程、级围岩全断面爆破的关键爆破参数进行了精细优化设计，实现对既有隧道结构振动速度的精确控制，确保既有隧道的运营安全。建立了近接

5、地下工程运行期偶然爆炸荷载的减震保障技术和稳定性监测系统研发了新型减震吸能纤维塑性混凝土材料，提出了在新建隧道近接既有隧道区域建立组合减震缓冲层，能大幅度减小近接区隧道衬砌内力和围岩应力；为保障既有重要近接地下工程的结构安全，提出了一种针对既有地下工程支护结构的裂缝动态监测和反馈分析技术，研发了近接地下工程结构稳定性的在线监测及预警系统。 项目成果获得发明专利41项、实用新型专利59 项，软件著作权10项，制定企业标准1部；在地下工程主流期刊发表EI 论文138篇，SCI 论文35 篇（近十年SCI他引234次，占总引92%），出版中文专著4部。研究成果在多个煤矿巷道（山东、河南）、交通隧道（

6、湖北、广东、甘肃）及“一带一路”巴基斯坦重大水利水电项目中得到了推广应用，已完成近7亿元技术合同，产生了显著的经济效益和社会效益。客观评价：知识产权与学术评价项目成果在岩土和地下工程行业主流期刊（岩石力学与岩石工程，岩土力学，International Journal of Rock Mechanics and Mining Science, Tunnelling and Underground Space Technology等）发表EI 论文138篇，SCI 论文35 篇 （近十年SCI他引234次，占总引92%）；出版中文专著4 部；获得发明专利41项、实用新型专利59 项；软件著作权1

7、0 项；制定企业标准1 部。本项目提出的近接地下工程施工影响控制技术，在国际著名地下工程领域期刊Tunnelling and Underground Space Technology发表相关论文两篇，审稿人高度评价：The case study of shield crossing the large diaphragm wall is interesting and important, since this study has not ever been published before, the method for modelling shield crossing the diaph

8、ragm wall is novel。本项目提出的近接地下工程减震缓冲层保障技术，2019年在北京召开的科技部973课题“强震区重大岩石地下工程地震灾变机理与抗震设计理论”验收会议上，专家组一致认为：揭示了地下工程抗震加固与减震消能的协同工作机制；提出了典型抗震不利地段地下工程的新型抗减震结构与设计方法。行业评价本项研究成果解决了近接地下工程大断面爆破施工振动速度过大的关键技术难题，形成了系统的“裂槽、抛渣”掏槽爆破控制设计技术和近接工程偶然爆炸荷载下的减震保障技术，成功应用于煤矿巷道、交通隧道和水电隧洞等多个国内外大型工程实践，制定了企业标准1 部，在地下工程领域得到了广泛的认可。代表性工程

9、评价如下：新汶矿业集团华丰煤矿：利用“裂槽、抛渣”掏槽的一次成井爆破技术，较分段成井节约施工时间70%，节省炸药、导线等爆破器材的消耗量约1/3，解决了10-20m深度料仓的一次成井施工难题，保证11108、11111等采区的提前投产，共新增利润1.1亿。山东东山新驿煤矿有限公司：采用全断面爆破参数精细设计方法，避免了爆破留底现象，保证了爆破的成功，使炮眼利用率提高到了95%，平均进尺达到2.2m以上，超前完成了采区掘进计划，累计产生经济效益1.05亿。走马岗交叉隧道设计单位：应用本项目的爆破参数优化及减震缓冲层联合支护技术使得交叉隧道最终得以安全顺利贯通，确保了近接国家重大工程东深供水工程在

10、丛莞高速公路施工期与运行期的安全，工程已经正常运行超过5年，保证了香港同胞的正常供水。中交第二公路勘察设计研究院有限公司：针对分岔隧道不同围岩级别，提出了不同施工工法时的合理装药量，确保了施工安全，在我国第一条分岔隧道湖北宜昌八字岭隧道得到成功应用，同时编制了分岔隧道的设计施工技术指南，该技术填报了国内空白。中国葛洲坝集团第三工程公司：采用本项目提出的全断面爆破施工控制技术及支护技术，对“一带一路”中巴经济走廊的巴基斯坦S-K水电站地下厂房的母线洞和交通洞进行了施工控制开挖，圆满完成了科研任务。主要完成人情况：姓 名伍国军性别男排名1国籍中国工作单位中国科学院武汉岩土力学研究所行政职务无二级单

11、位岩土力学与工程国家重点实验室技术职称副研究员完成单位中国科学院武汉岩土力学研究所所在地湖北武汉单位性质非转制研究院所参与本项目的起止时间2010-01-1至2019-12-31对本项目主要学术贡献：（1）项目研究总负责人，负责本项目的总体设计与组织实施；（2）对创新点1、2、3 均有贡献，主要科技贡献包括：提出了、级围岩全断面爆破控制施工方法；提出近接地下工程偶然爆炸荷载作用下的减震保障技术。姓 名李廷春性别男排名2国籍中国工作单位山东科技大学行政职务无二级单位土木工程与建筑学院技术职称教授完成单位山东科技大学所在地山东青岛单位性质学校参与本项目的起止时间2012-01-01至2019-12

12、-31对本项目主要学术贡献：（1）提出地下工程“裂槽、抛渣”全断面爆破掏槽新思路和爆破参数设计计算方法；（2）建立了地下工程的爆破过程动态仿真预测模型。对创新点1、2有贡献。姓 名陈恩瑜性别男排名3国籍中国工作单位中国葛洲坝集团第三工程有限公司行政职务S-K项目部技术总监二级单位中国葛洲坝集团股份有限公司巴基斯坦S-K项目部技术职称教授级（高工）完成单位中国葛洲坝集团第三工程有限公司所在地陕西西安单位性质国有企业参与本项目的起止时间2012-01-01至2019-12-31对本项目主要学术贡献：（1）近接大断面地下厂房连通工程的控制爆破参数设计和现场施工；（2）研究了近接隧道动态施工对既有隧道

13、结构振动的影响规律。对创新点1、2有贡献。姓 名于建新性别男排名4国籍中国工作单位河南理工大学行政职务无二级单位土木工程学院技术职称高校讲师完成单位河南理工大学所在地河南焦作单位性质学校参与本项目的起止时间2012-01-01至2019-12-31对本项目主要学术贡献：主要负责现场爆破试验、监控量测和数值计算等工作，开发研制了爆破振动传感器与测振仪安装防护一体化装置，揭示了新建隧道不同施工工法、爆破参数对既有隧道围岩稳定性的影响规律。对创新点 2、3有贡献。姓 名李健性别男排名5国籍中国工作单位中交第二公路勘察设计研究院有限公司行政职务二级单位隧道与地下工程设计分院技术职称高级工程师完成单位中

14、交第二公路勘察设计研究院有限公司所在地湖北武汉单位性质国有企业参与本项目的起止时间2012-01-01至2019-12-31对本项目主要学术贡献：提出了爆破参数对既有隧道爆破振动的影响规律，开展了近接大断面地下工程的爆破减震缓冲层设计。对创新点2、3均有贡献。姓 名张宏山性别男排名6国籍中国工作单位中国葛洲坝集团第三工程有限公司行政职务S-K项目部技术副总监二级单位中国葛洲坝集团股份有限公司巴基斯坦S-K项目部技术职称高级工程师完成单位中国葛洲坝集团第三工程有限公司所在地陕西西安单位性质国有企业参与本项目的起止时间2012-01-01至2019-12-31对本项目主要学术贡献：研究了爆破施工的

15、动力响应特征和影响规律。对创新点1、2均有贡献。姓 名周峰性别男排名7国籍中国工作单位中交第二公路勘察设计研究院有限公司行政职务无二级单位隧道与地下工程分院技术职称高级工程师完成单位中交第二公路勘察设计研究院有限公司所在地湖北武汉单位性质国有企业参与本项目的起止时间2012-01-01至2019-12-31对本项目主要学术贡献：揭示了近接大断面毫秒延时爆破对新建隧道内的振动衰减规律和既有隧道的动力响应特征。对创新点2有贡献。姓 名蔡柳洲性别男排名8国籍中国工作单位中国葛洲坝集团第三工程有限公司行政职务 S-K项目部技术管理部部长助理二级单位中国葛洲坝集团股份有限公司巴基斯坦S-K项目部技术职称

16、工程师完成单位中国葛洲坝集团第三工程有限公司所在地陕西西安单位性质国有企业参与本项目的起止时间2015-01-01至2019-12-31对本项目主要学术贡献：揭示了近接大断面洞室动态施工对既有隧洞结构振动的影响规律。对创新点1、2均有贡献。姓 名邢秦智性别男排名9国籍中国工作单位中国葛洲坝集团第三工程有限公司行政职务 S-K项目部技术管理部部长助理二级单位中国葛洲坝集团股份有限公司巴基斯坦S-K项目部技术职称工程师完成单位中国葛洲坝集团第三工程有限公司所在地陕西西安单位性质国有企业参与本项目的起止时间2015-01-01至2019-12-31对本项目主要学术贡献：通过现场爆破振动测试，得到了不

17、同方案下的隧道爆破振动频谱传播及衰减规律。对创新点1、2均有贡献。姓 名王俐性别男排名10国籍中国工作单位中交第二航务工程勘察设计院有限公司行政职务无二级单位路桥工程事业部技术职称高级工程师完成单位中交第二航务工程勘察设计院有限公司所在地湖北武汉单位性质国有企业参与本项目的起止时间2012-01-01至2019-12-31对本项目主要学术贡献：提出了、级围岩全断面施工时控制爆破参数，并进行了数值分析。对创新点2有贡献。姓 名隋学华性别男排名11国籍中国工作单位中国葛洲坝集团第三工程有限公司行政职务 S-K项目部技术管理部部长助理二级单位中国葛洲坝集团股份有限公司巴基斯坦S-K项目部技术职称工程

18、师完成单位中国葛洲坝集团第三工程有限公司所在地陕西西安单位性质国有企业参与本项目的起止时间2015-01-01至2019-12-31对本项目主要学术贡献：开展现场试验和测试，提出了新建隧道左右线不同施工工法、不同间距时，爆破参数对既有隧道爆破振动的影响规律。对创新点2有贡献。姓 名褚怀保性别男排名12国籍中国工作单位河南理工大学行政职务无二级单位土木工程学院技术职称高校教授完成单位河南理工大学所在地河南郑州单位性质学校参与本项目的起止时间2015-01-01至2019-12-31对本项目主要学术贡献：研究了地下工程煤矿巷道的高效爆破掏槽布置设计型式，并进行了计算分析。对创新点1、2有贡献。姓

19、名戴永浩性别男排名13国籍中国工作单位中国科学院武汉岩土力学研究所行政职务无二级单位岩土力学与工程国家重点实验室技术职称副研究员完成单位中国科学院武汉岩土力学研究所所在地湖北武汉单位性质非转制研究院所参与本项目的起止时间2012-01-01至2019-12-31对本项目主要学术贡献：揭示了近接隧道动态施工对既有隧道结构振动的影响规律，对减震材料进行研发。对创新点2、3有贡献。姓 名鄢光宇性别男排名14国籍中国工作单位中交第二公路勘察设计研究院有限公司行政职务无二级单位隧道与地下工程分院技术职称高级工程师完成单位中交第二公路勘察设计研究院有限公司所在地湖北武汉单位性质国有企业参与本项目的起止时间

20、2010-01-01至2019-12-31对本项目主要学术贡献：提出了、级围岩全断面爆破参数的精细化设计。对创新点1、2均有贡献。主要完成单位情况：单位名称中国科学院武汉岩土力学研究所第1完成单位单位性质非转制科研院所联系人任重联系电子信箱通讯地址及邮政编码湖北武汉武昌区小洪山2号 430071主要贡献总体负责项目研究方案与组织实施，具体负责创新点 1 中的全断面爆破参数设计评价方法和分析，创新点 2 中的近接地下工程爆破振动实验测试及特殊分析技术，创新点 3 中的近接大断面地下工程的爆破减震缓冲层保障技术和监测系统研发。研究成果已应用于

21、多个煤矿巷道、交通隧道和水电地下厂房等多个重大工程中，取得了显著的社会经济效益，为本项目成果的推广及应用做出了突出贡献。单位名称山东科技大学第2完成单位单位性质学校主要贡献负责地下工程“裂槽、抛渣”控制爆破方法的研究，具体负责多种掏槽爆破新工艺的研发，爆破参数的设计计算和模型预测，并在国内多个煤矿巷道工程中开展推广及应用，为本项目做出了突出贡献。单位名称中交第二公路勘察设计研究院有限公司第3完成单位单位性质国有企业主要贡献负责、级围岩断面开挖工法及施工控制的精细设计，为分岔隧道和交叉隧道的设计、施工等方面的关键技术研发做出了突出贡献。单位名称中国葛洲坝集团第三工程有限公司第4完成单位单位性质国有企业主要贡献负责近接大断面地下工程的施工控制和工艺研究，在地下厂房连通工程的施工稳定性研究方面做出了很大贡献。单位名称河南理工大学第5完成单位单位性质学校主要贡献负责深部煤矿巷道的爆破施工控制和监测技术分析，在现场爆破控制工艺、理论研究等方面做出了突出贡献。单位名称中交第二航务工程勘察设计院