地下工程穿越高速铁路的精细化控制技术及应用
完成单位:同济大学

支撑项目(平台):

参与单位:同济大学

所属学科:土木建筑工程

主要贡献者:周顺华,梁文灏,肖军华,许伟书,王炳龙,胡震敏

成就简介:项目面向我国高速铁路大规模运营安全保障和城镇化建设的重大需求,经过近20年攻坚,解决了地下穿越高速铁路的关键技术难题。

该项目属于土木建筑工程领域。
       我国有13万公里铁路,其中高速铁路超过2.6万公里,居世界首位;随着城镇化发展,道路、地铁和市政工程等每年以超过20万公里的速度增长,出现了大量地下穿越铁路工程。传统下穿铁路技术仅允许列车以45km/h通行,无法适应高速铁路的运行要求。与下穿其它敏感建筑物相比,下穿高铁施工变形控制最严,且存在高速列车动荷载对施工安全的复杂影响,是国际工程界的一大难题;尤其在沿海发达地区,软土分布广、高铁线网多、行车密度大,下穿高铁一度成为技术禁区,亟需攻克这一难题。
       在国家、省部级计划及大量工程科研课题支持下,经过20余年攻关,逐步提高下穿铁路施工时的列车限速:由45km/h最终达到300km/h,形成涵盖下穿所有不同速度等级铁路的全套技术,并取得多项突破,主要发明点如下:
       1.【设计方法】揭示土体开挖应力释放和变形自锁机理,率先构建“车-轨-路-下穿工程”四要素耦合动力学模型,创立了下穿铁路工程的系统动力学设计理论,解决了下穿施工与行车安全动态评价难题;以控制开挖应力释放为目标,发明了棚架法、刚柔复合结构隔离、地基分区加固等不限速下穿铁路设计技术,形成“三级八类”分类设计模式。突破传统下穿铁路设计须对列车限速的限制,首创了不限速下穿高铁设计方法,制定了《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》行业标准。
       2.【控制技术】基于动态平衡开挖应力释放理念,发明了轨区高精度自动监测(精测)、实时预警(精管)、下穿施工参数精细化自动补偿(精控)三大施工控制技术,实现轨区自动监测精度达0.5mm,下穿高铁施工产生的变形小于2mm,达到隧道施工变形控制的国际最高水平。形成了国家级《旋喷桩内插型钢施工工法》、浙江省《超浅埋长距离中管棚下穿铁路微扰动施工工法》和江苏省《城市轨道交通工程盾构法施工指南》等技术体系。
       3.【关键装置】发明了下穿施工开挖应力自动平衡的智能型施工装置,包括盾构机土仓渣土智能感知调控装置、长管棚智能化导向定位纠偏装置、水平循环置换成桩加固装置,填补了国内外空白。率先突破了传统机械施工对铁路线路严重干扰的重大设备瓶颈,推动了隧道施工技术向智能化控制迈进。部分成果纳入中国工程机械工业协会标准《全断面隧道掘进机检验与验收通用规范》。
       成果保障了我国高速铁路网的畅通运行,在国内外数百项下穿工程中得到广泛应用。在软土地层首次一次性穿越26股道、下穿300km/h高铁、高铁咽喉区道岔和连续下穿高铁群,创造了一次性穿越距离最长、速度最高、高铁线路最密集和高铁咽喉区道岔4项国际工程纪录。近三年累计新增产值91.5亿元。
       获授权发明专利12项、实用新型专利6项、行业标准1部,软件著作权4项,国家和省级工法3项、技术指南2项,专著3部,论文60余篇。获省部级科学技术一等奖3项。业内四位院士认为成果“具有重大的创新与突破,引领了国际地下穿越技术的发展”。

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