复杂城市环境地铁溃砂塌方灾害控制关键技术

点击量:1362   2018-07-09   【 】   【 打印 】   【 关闭

说明:拟推荐“复杂城市环境地铁溃砂塌方灾害控制关键技术”项目申报2018年度高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术),现根据相关规定进行公示,公示期2018年7月9日~2018年7月13日。

意见反馈部门:集团公司科技处

联系人:许伟

办公地点:中铁咨询大厦1112

电话:51831987、52696071


 

一、项目名称

复杂城市环境地铁溃砂塌方灾害控制关键技术

二、申报奖种

2018年度高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)项目

三、推荐单位

山东大学

四、项目简介

本项目属于交通运输工程领域。

近年来,我国城镇化和城市规模快速发展,地铁建设方兴未艾,截至2017年底,我国运营及在建地铁城市56座,运营里程3884公里,在建里程达5291公里。因地铁埋深相对较浅,常穿越第四系松散富水砂层,若处置不当极易发生涌水、溃砂与塌方等地质灾害,导致人员伤亡、经济损失与工期延误,同时,地铁周边建筑林立、市政交通道路与管网密集,还易诱发建筑倾斜、道路塌陷、管线爆裂等环境灾害,对城市居民人身安全构成严重威胁,如杭州地铁风情大道塌方事故、佛山地铁盾构区间塌方事故等。因此,复杂城市环境下地铁溃砂塌方灾害控制已成为城市地铁安全建设亟需突破的重大工程技术难题。

本项目以国家自然科学基金及一批城市地铁建设工程项目为支撑,历经多年科研攻关与实践,集成理论、材料、装备与技术创新,攻克了复杂城市环境地铁溃砂塌方灾害控制的一系列难题,最终创立了成套灾害控制关键技术。主要创新成果如下:

1、揭示了城市地铁溃砂塌方灾变演化规律与富水砂层注浆加固机理,实现了溃砂灾害的动态高效判识与注浆加固体性能的定量计算,建立了富水砂层注浆加固效果与地表管线(建筑物)变形安全协同控制理论,丰富与发展了现有富水砂层注浆设计理论。

2、研发了一种新型水泥基复合注浆材料及配套生产工艺,解决了富水砂层无法有效注入的难题,研制了新型偏心回转注浆泵,实现了注浆过程中浆液的稳压、稳流泵送,为富水砂层注浆加固提供了有效材料与实用装备。

3、提出了基于“量、压、变形”三控的富水砂层注浆设计方法,研发了预加水平应力超前加固技术及双层膜袋注浆管封固、防坍塌注浆固结等配套工艺,最终集成创立了复杂城市环境地铁溃砂塌方灾害控制成套技术。

研发成果在我国多个城市地铁工程溃砂塌方及类似地质灾害处治工程中得到全面应用,成功解决了青岛、南京、济南及徐州等城市地铁工程数十个富水砂层及类似不良地质体的加固治理难题,受到建设单位和行业内专家的高度评价,经济效益、社会效益显著。

本项目获国家授权发明专利11项,发表SCI、EI等高水平论文20余篇,多次在全国召开学术大会和技术培训会,在山东、江苏、吉林等地建立了工程示范基地,有力促进了行业科技进步,在地下工程防灾减灾领域起到了重要的引领和示范作用。

五、主要完成单位及创新推广贡献

1.山东大学作为项目第一完成单位,全面负责项目研究工作,其创新推广贡献主要包括:

(1)系统揭示了城市地铁溃砂塌方灾变演化规律与富水砂层注浆加固机理;

(2)建立了富水砂层注浆加固效果与地表管线(建筑物)变形安全协同控制理论;

(3)研发了一种新型水泥基复合注浆材料及新型偏心回转注浆泵;

(4)提出了基于“量、压、变形”三控的富水砂层注浆设计方法;

(5)研发了预加水平应力超前加固技术及双层膜袋注浆管封固、防坍塌注浆固结等配套工艺;

(6)集成创立了复杂城市环境地铁溃砂塌方灾害控制成套技术。

推进了研究成果在青岛地铁、南京地铁、徐州地铁、济南地铁等工程项目中的推广和应用,保证了工程的安全施工,推动了行业的进步,起到了示范作用。

2.中国石油大学(华东)作为项目承担单位之一,主要负责富水砂层注浆加固理论及注浆设计方法方面的研究,其创新推广贡献主要包括:

(1)提出了富水砂层注浆加固体性能定量计算方法;

(2)研发了砂层可视化注浆模拟试验系统的配套注浆装置及监测装置;

(3)协助第一完成单位研究了基于“量、压、变形”三控的富水砂层注浆设计方法。

协助第一完成单位推进了研究成果在青岛地铁工程中的推广应用。

3.中铁工程设计咨询集团有限公司作为项目承担单位之一,主要负责富水砂层注浆加固理论及注浆设计方法方面的研究,以及现场试验,其创新推广贡献主要包括:

(1)研究了富水砂层注浆加固理论,揭示了富水砂层劈裂-压密-渗透注浆协同注浆加固机理;

(2)结合工程实践,协助第一完成单位研发了系列关键技术及工艺;

(3)开展了地铁溃砂塌方灾害控制关键技术现场试验。

协助第一完成单位推进了研究成果在青岛地铁等工程中的推广应用。

4.青岛市地铁一号线有限公司作为项目承担单位之一,主要负责富水砂层注浆加固关键技术工艺开发和现场试验,其创新推广贡献主要包括:

(1)研究了预加水平应力超前加固技术中膜袋膨胀体积、注浆压力等关键参数的确定方法;

(2)开展了注浆导致地表隆起变形的现场试验,协助研究了注浆导致地表隆起变形机理;

(3)开展了针对富水砂层及类似不良地质体的注浆治理现场试验。

负责成套技术在青岛地铁1号线的推广与应用。

5.中国建筑第五工程局有限公司作为项目承担单位之一,主要负责富水砂层注浆加固理论及新型注浆材料、注浆设备的试验测试工作,其创新推广贡献主要包括:

(1)参与研究了富水砂层注浆加固理论,揭示了劈裂-压密-渗透协同注浆加固模式;

(2)开展了新型注浆材料与新型注浆泵的现场应用试验。

协助第一完成单位推进了研究成果在青岛地铁、济南地铁工程中的推广应用

六、推广应用情况

项目整体与部分成果已在中铁十二局集团有限公司、中铁五局集团有限公司、中铁隧道集团有限公司、中国建筑第五工程局有限公司、中铁十四局集团有限公司、中铁二十二局集团有限公司、北京振冲工程股份有限公司等单位进行了推广应用。

本项目针对复杂城市环境地铁溃砂塌方灾害控制的一系列难题,建立了富水砂层注浆加固效果与地表管线(建筑物)变形安全协同控制理论,研发了新型水泥基复合注浆材料与新型偏心回转注浆泵,为富水砂层注浆加固提供了有效材料与实用装备,提出了基于“量、压、变形”三控的富水砂层注浆设计方法,研发了预加水平应力超前加固技术及双层膜袋注浆管封固、防坍塌注浆固结等配套工艺,最终集成创立了复杂城市环境地铁溃砂塌方灾害控制成套技术,成功解决了青岛、南京、济南及徐州等城市地铁工程数十个富水砂层及类似不良地质体的加固治理难题。如:青岛地铁13号线富水砂层治理工程应用本项目成果,改善了第四系松散砂层工程力学性能,避免了溃砂塌方等灾害事故。

项目整体与部分成果在多个地下工程建设中进行了成功示范,经过鉴定项目整体成果达到了国际领先水平。

七、曾获科技奖励情况

八、主要知识产权证明目录

类型

名称

知识产权编号

单位

人员

授权发明专利

一种三维注浆试验装置及试验方法

专利授权号:

ZL201510708332X

山东大学;山东能源集团有限公司;济南力稳岩土工程有限公司

刘人太;冯啸;翟明华;赵少龙;范建国;郭信山;张兵;王慧涛

授权发明专利

一种前进式定域双液注浆装置及施工方法

专利授权号:

ZL2015106571275

山东大学;山东新能源有限公司

刘人太;张世杰;张兵;贾广辉;张连震;白继文;王洪波;郑卓;刘建国

授权发明专利

用于硬岩一次性开孔的系统及操作方法

专利授权号:

ZL201210508939X

山东大学

刘人太;张兵;李术才;王汉鹏;张霄;李召峰

授权发明专利

室内注浆模型试验用稳压注浆泵及其安装和使用方法

专利授权号:

ZL2014101258082

山东大学

张庆松;李术才;王德明;李志鹏;朱明听;张霄;张连震;郑东柱

授权发明专利

一种适应于袖阀管仰角注浆的装置及使用方法

专利授权号:

ZL2016100649514

山东大学

张庆松;王洪波;张乐文;刘人太;张连震;郑卓;张世杰

授权发明专利

一种防坍塌注浆固结装置及其使用方法

专利授权号:

ZL2015105091815

山东大学

潘光明;李术才;张庆松;林春金;华而业;杨腾;随海通;杜绪新

授权发明专利

注浆扩散试验装置及其试验方法

专利授权号:

ZL2014106280985

山东大学

冯啸;刘人太;李术才;张乐文;韩伟伟;孙子正;王洪波;王健;赵少龙

授权发明专利

一种大流量偏心回转注浆泵及其使用方法

专利授权号:

ZL2015109808206

山东大学

李术才;李梦天;张霄;张庆松;刘振国;戚厚羿;李鹏;李相辉;张家奇

授权发明专利

新型注浆材料被动螺旋均化及降尘装置及工艺

专利授权号:

ZL2015102636209

山东大学

李术才;白继文;刘人太;张红军;仁智德;姜鹏;刘鹏;李良

授权发明专利

用于富水破碎岩体注浆治理的水泥基复合材料及制备工艺

专利授权号:

ZL2015105266167

山东大学

李术才;李召峰;刘人太;白继文;贾广辉;沙飞;孙子正;张红军;张世杰;徐程;郑卓

授权发明专利

应用于涌水砂土层中注浆管封固的双层式膜袋装置及方法

专利授权号:

ZL2014106282355

山东大学

李术才;冯啸;张乐文;刘人太;韩伟伟;孙子正;王洪波;赵少龙;王健

申请发明专利

一种适用于城市地铁隧道的超前注浆控制方法

专利申请号:

201810673271.1

山东大学;山东科技大学;中铁工程设计咨询集团有限公司;山东交通学院

刘人太;郭焱旭;张庆松;韩伟伟;王雪亮;李志鹏;刘亚男;刘衍凯;周恒

申请发明专利

一种地层预加应力超前开挖稳定性控制方法

专利申请号:

201810668980.0

山东大学;中铁工程设计咨询集团有限公司;山东科技大学;山东交通学院

刘人太;李卫;王雪亮;韩伟伟;李志鹏;姜鹏;王晓晨;周恒

申请发明专利

一种地下工程衬砌渗漏水综合治理方法

专利申请号:

201810670607.9

山东大学;山东交通学院;青岛市地铁一号线有限公司

刘人太;刘亚南;李志鹏;李克先;李卫;张建伟;姜鹏;刘衍凯;杜青

申请发明专利

一种基于钻孔坍塌和诱导劈裂的砂层注浆地表抬升控制方法

专利申请号:

201810670494.2

山东科技大学;山东大学;中铁工程设计咨询集团有限公司;青岛市地铁一号线有限公司

韩伟伟;刘人太;王雪亮;李克先;李卫;张建伟;姜鹏

申请发明专利

一种多试块渗流试验装置及使用方法

专利申请号:

2017108587648

山东大学

张庆松;刘衍凯;刘人太;王洪波;刘亚南

申请发明专利

一种隧道围岩注浆加固开挖模拟装置及方法

专利申请号:

2017104748570

山东大学

刘人太;杨红鲁;李术才;朱明听;刘亚南;刘浩杰;桂大壮;姜其琛

工法

城市地铁控制性膜袋注浆岩化施工工法

工法编号:SDSJGF 270-2017

青岛市地铁一号线有限公司

殷险峰;赵光泉;周桂银;张建伟;耿贤军;张振电;徐延晶


 

九、主要完成人情况表

1、姓名:刘人太       排名:1          技术职称: 副教授

工作单位:山东大学

完成单位:山东大学

对本项目技术创造性贡献:

揭示了城市地铁溃砂塌方灾变演化机理;提出了基于"量、压、变形"三控的富水砂层注浆设计方法;提出了预加水平应力超前加固技术与前进式定域双液注浆控制工艺。

曾获科技奖励情况:

①2015年,地下工程穿越富水软弱地层重大灾害控制成套技术,山东省科技进步二等奖,排名:2

②2013年,复杂地质条件下深井巷道动水治理关键技术,山东省科技进步一等奖,排名12

2、姓名:张庆松       排名:2          技术职称: 教授

工作单位:山东大学

完成单位:山东大学

对本项目技术创造性贡献:

建立了富水砂层注浆开挖安全与地表管线(建筑物)变形安全协同控制理论;研发了砂层可视化注浆模拟试验系统;提出了洞内袖阀管仰角注浆控制工艺。

曾获科技奖励情况:

①2015年,地下工程穿越富水软弱地层重大灾害控制成套技术,山东省科技进步二等奖,排名:1

②2014年,隧道与地下工程重大突涌水灾害治理关键技术及应用,国家科技进步二等奖,排名:2

3、姓名:王雪亮       排名:3        技术职称: 高级工程师

工作单位:中铁工程设计咨询集团有限公司

完成单位:中铁工程设计咨询集团有限公司

对本项目技术创造性贡献:

提出了新型注浆材料的研发思路;研究了富水砂层注浆加固理论,揭示了富水砂层劈裂-压密-渗透协同注浆加固机理;主持开展了地铁溃砂塌方灾害控制关键技术现场试验。

曾获科技奖励情况:

无。

4、姓名:张霄       排名:4        技术职称: 副教授

工作单位:山东大学

完成单位:山东大学

对本项目技术创造性贡献:

研发了新型偏心回转注浆泵;协助第一完成人完善基于"量、压、变形"三控的富水砂层注浆设计方法。

曾获科技奖励情况:

2014年,隧道与地下工程重大突涌水灾害治理关键技术及应用,国家科技进步二等奖,排名:9

5、姓名:张连震       排名:5          技术职称: 讲师

工作单位:中国石油大学(华东)

完成单位:中国石油大学(华东)

对本项目技术创造性贡献:

提出了富水砂层注浆加固体性能定量计算方法;协助第二完成人研发了砂层可视化注浆模拟试验系统;协助第一完成人研究了基于"量、压、变形"三控的富水砂层注浆设计方法。

曾获科技奖励情况:

无。

6、姓名:杨磊       排名:6          技术职称: 副教授

工作单位:山东大学

完成单位:山东大学

对本项目技术创造性贡献:

参与了新型注浆材料的研发制备工作;开展了预加水平应力超前加固技术的现场试验。

曾获科技奖励情况:

2015年,山区高烈度地震区高耸危岩体崩塌机理与滚石冲击危害风险控制,教育部科技进步二等奖,排名:10

7、姓名:韩伟伟       排名:7          技术职称: 讲师

工作单位:山东科技大学

完成单位:山东大学

对本项目技术创造性贡献:

参与了砂层可视化注浆模拟试验系统的研发;参与了砂层注浆机理的研究。

曾获科技奖励情况:

无。

8、姓名:李志鹏       排名:8         技术职称: 讲师

工作单位:山东交通学院

完成单位:山东大学

对本项目技术创造性贡献:

参与研究了富水砂层注浆加固理论;开展了新型注浆材料与新型注浆泵的现场应用试验。

曾获科技奖励情况:

无。

9、姓名:高东波       排名:9       技术职称: 中级工程师

工作单位:中国建筑第五工程局有限公司

完成单位:中国建筑第五工程局有限公司

对本项目技术创造性贡献:

参与富水砂层注浆加固现场试验的实施,对研究成果进行推广应用。

曾获科技奖励情况:

无。

10、姓名:李召峰       排名:10          技术职称: 讲师

工作单位:山东大学

完成单位:山东大学

对本项目技术创造性贡献:

参与研发了新型水泥基复合注浆材料及配套生产工艺;参与了新型注浆材料的中试试验。

曾获科技奖励情况:

无。

11、姓名:张建伟       排名:11        技术职称:高级工程师

工作单位:青岛市地铁一号线有限公司

完成单位:青岛市地铁一号线有限公司

对本项目技术创造性贡献:

协助第一完成人研发了预加水平应力超前加固技术;参与了成套技术的现场应用与推广。

曾获科技奖励情况:

无。

12、姓名:沙飞       排名:12          技术职称: 其他

工作单位:山东大学

完成单位:山东大学

对本项目技术创造性贡献:

研究了新型注浆材料的微观结构与宏观力学性能。

曾获科技奖励情况:

无。

13、姓名:李克先       排名:13        技术职称:教授级高工

工作单位:青岛市地铁一号线有限公司

完成单位:青岛市地铁一号线有限公司

对本项目技术创造性贡献:

参与研究了注浆导致地表隆起变形机理;负责项目成套技术在青岛地铁的推广与应用。

曾获科技奖励情况:

无。

14、姓名:潘光明       排名:14       技术职称: 教授级高工

工作单位:山东大学

完成单位:山东大学

对本项目技术创造性贡献:

研发了一种防坍塌注浆固结装置及其使用方法,并开展了现场应用试验。

曾获科技奖励情况:

2013年,复杂地质条件下深井巷道动水治理关键技术,山东省科技进步一等奖,排名6。

15、姓名:李卫       排名:15          技术职称: 其他

工作单位:山东大学

完成单位:山东大学

对本项目技术创造性贡献:

参与研究了富水砂层注浆加固机理;负责青岛地铁富水砂层注浆加固现场试验方案实施。

曾获科技奖励情况:

无。

16、姓名:姜鹏       排名:16         技术职称: 其他

工作单位:山东大学

完成单位:山东大学

对本项目技术创造性贡献:

参与研发新型注浆材料的生产工艺;参与实施青岛地铁富水砂层注浆加固现场试验。

曾获科技奖励情况:

无。

17、姓名:郑卓       排名:17          技术职称: 其他

工作单位:山东大学

完成单位:山东大学

对本项目技术创造性贡献:

参与研究了富水砂层注浆加固机理。

曾获科技奖励情况:

无。

18、姓名:孙子正       排名:18          技术职称: 讲师

工作单位:河北工业大学

完成单位:山东大学

对本项目技术创造性贡献:

参与研发了富水砂层可视化注浆模拟试验系统;参与研发了新型注浆材料。

曾获科技奖励情况:

无。

19、姓名:李梦天       排名:19         技术职称: 其他

工作单位:山东大学

完成单位:山东大学

对本项目技术创造性贡献:

协助第四完成人研发了新型偏心回转注浆泵。

曾获科技奖励情况:

无。

20、姓名:郭焱旭       排名:20          技术职称: 其他

工作单位:山东大学

完成单位:山东大学

对本项目技术创造性贡献:

参与研究了富水砂层注浆加固机理;参与项目关键技术在青岛地铁的现场应用试验。

曾获科技奖励情况:

无。

21、姓名:王晓晨       排名:21          技术职称: 其他

工作单位:山东大学

完成单位:山东大学

对本项目技术创造性贡献:

参与研究了富水砂层注浆加固机理;参与项目关键技术在青岛地铁的现场应用试验。

曾获科技奖励情况:

22、姓名:姜其琛       排名:22          技术职称: 其他

工作单位:山东大学

完成单位:山东大学

对本项目技术创造性贡献:

协助第一完成人研究了城市地铁溃砂塌方机理;参与研发新型注浆材料及配套生产工艺。

曾获科技奖励情况:

无。

23、姓名:刘亚南       排名:23          技术职称: 其他

工作单位:山东大学

完成单位:山东大学

对本项目技术创造性贡献:

参与研发新型注浆材料及配套生产工艺。

曾获科技奖励情况:

无。

24、姓名:刘衍凯       排名:24          技术职称: 其他

工作单位:山东大学

完成单位:山东大学

对本项目技术创造性贡献:

参与研究了富水砂层注浆加固机理。

曾获科技奖励情况:

无。