2019年度省科學技術獎提名項目公示

2019年度省科學技術獎提名項目公示成果名稱爆破動載與卸荷對公路隧道結構的耦合效應提名單位浙江省交通運輸廳提名意見：該項目通過理論、試驗及工程實踐相結合，對公路隧道結構在上方卸荷與鄰近爆破條件下的相應進行了系統(tǒng)且深入的研究，改進了Hoek-Brown準則及巖體力學參數(shù)的計算方法；通過現(xiàn)場試驗揭示了隧道結構在近距離爆破條件下的響應幅值與衰減規(guī)律，提出了巖體爆破損傷的估計方法；采用FLAC與MIDAS，精細模擬公路隧道上方卸荷以及爆破條件下既有隧道結構的響應規(guī)律，分析總結了隧道結構的變形及應力響應規(guī)律。成果已在杭紹臺高速公路建設、杭金衢高速公路拓寬改造工程中得到推廣應用，經(jīng)濟社會效益明顯。提名該成果為2019年度浙江省科技進步獎一等獎。成果簡介：本項目研究成果屬交通運輸工程技術領域，道路和隧道工程專業(yè)。浙江省公路交通工程快速發(fā)展，面臨著各種復雜條件下的隧道工程建設，包括既有隧道的拓寬工程建設，隧道近距離穿越工程建設，隧道穿越復雜地層條件施工，隧道前后掌子面近距離施工等等狀況。分析復雜條件施工問題，其核心是爆破動載與卸荷對隧道襯砌結構的耦合效應問題。本課題依托杭金衢高速公路王市嶺隧道拆除工程以及杭紹臺高速公路竹家塢隧道建設工程，于工程項目施工現(xiàn)場開展了連續(xù)的爆破振動監(jiān)測、巖體聲波測試等現(xiàn)場試驗，結合理論研究與數(shù)值計算，從以下方面深入開展研究并取得了相應的成果與結論：選擇依托工程典型區(qū)段，對卸荷與爆破施工各階段圍巖取樣并進行聲波測試，對圍巖的爆破損傷與累計損傷進行了研究，提出了估計圍巖爆破損傷的新方法?；诼暡y試的數(shù)據(jù)，提出了改進的Hoek-Brown準則及巖體力學參數(shù)的計算方法，該方法可以快捷、準確地確定巖體的各項參數(shù)，彌補了Hoek-Brown準則較難應用的局限。選擇典型工程區(qū)段，通過現(xiàn)場試驗獲取了鄰近爆破條件下的隧道襯砌響應，開展了不同爆破參數(shù)下隧道襯砌的振動規(guī)律研究，根據(jù)實測及計算結果分析了襯砌的爆破動載響應并據(jù)此給出了保護距離的建議。采用FLAC與MIDAS，精細模擬公路隧道上方卸荷以及爆破條件下既有隧道結構的響應規(guī)律，分析總結了隧道結構的變形及應力響應規(guī)律。本研究項目針對公路隧道上方卸荷與鄰近爆破施工的耦合效應，開展了公路隧道施工現(xiàn)場的原位測試以及數(shù)值模擬研究。研究依托杭金衢高速公路王市嶺隧道拆除工程以及杭紹臺高速公路竹家塢隧道建設工程，于工程項目施工現(xiàn)場開展了連續(xù)的爆破振動監(jiān)測、巖體聲波測試等現(xiàn)場試驗，結合理論推導以及計算分析，提出了改進的Hoek-Brown準則及其參數(shù)的快速計算方法。針對鄰近爆破施工的特點，提出了適用于公路隧道圍巖的爆破損傷估計方法，給出了上方卸荷以及近距離爆破施工下的隧道結構保護建議。本項目研究在理論方面通過大量的文獻資料整理，改進了Hoek-Brown準則及其參數(shù)估計方法，拓展了Hoek-Brown準則的應用范圍；在實測方面，通過持續(xù)的現(xiàn)場監(jiān)測與跟蹤測試，分析了巖體損傷的演化規(guī)律，并積累了寶貴的一線施工資料；在計算方面，使用巖土工程計算軟件，分析了隧道結構在上方卸荷與近距離爆破條件下的響應及安全性。通過理論、實測與計算的結合分析，本研究的成果為復雜條件下的公路隧道施工提供了有益的參考與建議。本項目的推廣前景及其經(jīng)濟社會效益歸納如下：Hoek-Brown準則是被廣泛認可的巖體強度屈服準則，本研究提出了快速準確估計其參數(shù)的方法，彌補了其缺陷，拓寬了Hoek-Brown準則的應用范圍。將聲波估測損傷的方法進一步深化，利用聲波計算巖體在爆破前后的強度指標變化以評價其損傷，為工程巖體的爆破損傷提供了使用易行的方法。提出了根據(jù)振動速度數(shù)據(jù)評估巖體損傷的方法，提高了爆破監(jiān)測數(shù)據(jù)的利用價值，應用于工程可節(jié)省大量的人力物力，具有十分顯著的經(jīng)濟效益。分析了隧道結構在上方卸荷和鄰近爆破下的響應規(guī)律，給出了卸荷開挖限值建議和近距離爆破施工的保護距離建議。本項目研究成果已發(fā)表SCI、EI、核心期刊及重要會議等論文15篇，申請國家發(fā)明專利3項，軟件著作權3項，企業(yè)工法1項，培養(yǎng)研究生2名。課題研究成果除了在依托的兩個工程中得到應用外，還應用于“衢寧鐵路塔石嶺隧道工程”、“上海軌道交通十八號線楊高中路站地墻爆破工程”、“杭金衢高速拓寬工程樊村隧道群工程”等，取得了顯著的經(jīng)濟社會效益。第三方評價：2017年12月1日，省交通運輸廳在杭州主持召開了課題成果鑒定會，鑒定委員會認為:一、該項目通過理論分析、室內(nèi)試驗、模型試驗、現(xiàn)場試驗與觀測，對公路隧道結構在上方卸荷與鄰近爆破條件下的相應進行了系統(tǒng)且深入的研究，取得如下主要研究成果：1、提出了改進的Hoek-Brown準則及巖體力學參數(shù)的計算方法，該方法可以快捷、準確地確定巖體的各項參數(shù)，彌補了Hoek-Brown準則較難應用的局限。2、通過現(xiàn)場試驗獲取了鄰近爆破條件下的隧道襯砌響應，開展了不同爆破參數(shù)下隧道襯砌的振動規(guī)律研究，根據(jù)實測及計算結果分析了襯砌的爆破動載響應并據(jù)此給出了保護距離的建議。3、采用FLAC與MIDAS，精細模擬公路隧道上方卸荷以及爆破條件下既有隧道結構的響應規(guī)律，分析總結了隧道結構的變形及應力響應規(guī)律；二、研究成果成功應用于杭金衢高速公路王市嶺隧道拆除工程以及杭紹臺高速公路竹家塢隧道建設工程等隧道工程。綜上所述，該研究成果具有創(chuàng)新性、實用性，社會經(jīng)濟效益顯著，推廣應用前景廣闊。研究成果總體達到國際先進水平。查新結論：教育部科技查新工作站《科技查新報告》（編號：201736000L140307），主要查新結論：從國內(nèi)外檢索到的密切相關文獻比較分析中，未見有與本項目查新點內(nèi)容完全相同的文獻報道。查新報告指出本項目科研成果較之國內(nèi)外文獻具有明顯的創(chuàng)新性，有重要的實際應用價值，建立的復雜條件下隧道結構與巖體爆破累積損傷評價方法達到了國際領先水平。專家評價：中國科學院院士、著名隧道工程專家孫鈞院士評價本課題研究，指出“復雜環(huán)境下的近接施工難度很大，特別是涉及到爆破作用，該課題的研究試驗方法新，取得了很寶貴的試驗資料，研究成果非常具有實踐指導價值?！蓖茝V應用情況、經(jīng)濟效益和社會效益：：課題研究成果應用于課題的依托工程：杭金衢高速拓寬工程-王市嶺隧道工程，杭紹臺高速公路工程竹家塢隧道，取得了費用降低、工期縮短等經(jīng)濟社會效益。同時，課題的研究成果應用于中鐵隧道局、中交一公局、中交二公局、中鐵隧道局、浙江交工集團等單位完成的隧道工程中，取得了顯著的經(jīng)濟效益，直接經(jīng)濟效益達到5336萬元。課題成果為定量化分析近接爆破施工對地下結構與巖體的影響提供了方法和依據(jù)。在王市嶺隧道拓寬改造項目中，通過優(yōu)化隧道上部巖體的開挖方案，實現(xiàn)了最短的封道施工時間，從而最大化交通繁忙的杭金衢高速運營的社會效益；另一方面，由于縮短了整體拓寬工程的工期，車輛分流壓力減小，降低了周邊普通道路的交通事故率與社會綜合影響；在衢寧鐵路隧道項目中，由于新建線路上跨既有公路隧道，因此需要合理設計隧道間距以及施工爆破參數(shù)。采用本課題的研究成果，優(yōu)化了間距與爆破參數(shù)，縮短了施工工期，減少了運營公路的封道時間，將社會不利影響降到最低。綜合而言，該課題成果具有顯著的社會經(jīng)濟效益。應用情況：1、在中交第一公路工程局有限公司承擔的杭紹臺高速公路陳家山隧道、大佛口隧道施工過程中應用，利用課題成果優(yōu)化了爆破方案，隧道掘進速度提高約18%，截止2018年，新增利潤約1050萬元。同時，提高了隧道結構的耐久性。2、在中交第二公路工程局有限公司承擔的杭紹臺高速公路高湖頭隧道施工過程中應用，利用課題成果優(yōu)化了爆破參數(shù)，加快了隧道掘進速度，新增利潤約151.6萬元。3、在中交第四公路工程局有限公司承擔的杭紹臺高速公路平水隧道施工過程中應用，利用課題成果優(yōu)化了爆破方案，加快了隧道掘進速度，截止2018年，新增利潤約700萬元。同時，提高了隧道結構的耐久性。4、在中鐵隧道局集團有限公司承擔的杭紹臺高速公路陳家山隧道、鏡嶺隧道施工過程中應用，利用課題成果優(yōu)化了爆破方案，隧道掘進速度提高約20%，截止2018年，新增利潤約1300萬元。同時，提高了隧道結構的耐久性。5、在浙江交工集團股份有限公司承擔的杭紹臺高速公路竹家塢隧道、平水隧道施工過程中應用，利用課題成果優(yōu)化了爆破方案，隧道掘進速度提高約20%，截止2018年，新增利潤約1300萬元。同時，提高了隧道結構的耐久性。6、在浙江八詠公路工程有限公司承擔的杭金衢高速、浙江金華的多個公路工項目中應用，利用課題成果優(yōu)化了施工參數(shù)，降低了材料消耗和施工成本，并縮短了工期。累計新增利潤約1535萬元。7、在上海軌道交通十八號線發(fā)展有限公司建設的上海18號線楊高中路站地墻爆破工程以及其它多個車站、基坑工程的爆破作業(yè)中應用，利用課題成果優(yōu)化了爆破方案，取得了良好效果。主要知識產(chǎn)權證明目錄:知識產(chǎn)權類別知識產(chǎn)權具體名稱國家（地區(qū)）授權號授權日期權利人發(fā)明人（培育人）發(fā)明專利巖層小口徑豎井內(nèi)壁定位片氣囊壓貼裝置中國ZL201310674118.82016.11.23同濟大學薛亞東；楊文亮；李碩標；方超發(fā)明專利一種巖石地層多點位移激光測量方法及裝置中國ZL201310675051.X2016.11.02同濟大學薛亞東；李碩標；楊文亮；葛嘉誠發(fā)明專利一種山嶺隧道襯砌防水層施工裝置與方法中國ZL201610238286.62018.01.04.同濟大學薛亞東；李彥杰軟件著作權基于web的隧道、邊坡工程施工期安全風險可視化系統(tǒng)v1.0中國2017SR2926832017.03.20李興；薛亞東；黃宏偉；李彥杰李興；薛亞東；黃宏偉；李彥杰軟件著作權基于web的專家調查問卷系統(tǒng)中國2017SR3110522017.03.20李興；薛亞東；李彥杰；趙豐；楊睿李興；薛亞東；李彥杰；趙豐；楊睿軟件著作權基于web的橋梁、隧道和邊坡工程施工安全風險評估平臺系統(tǒng)中國2017SR3093092014.10.01上海通芮斯克土木工程技術有限公司；李興；薛亞東；李彥杰；高健李興；薛亞東；李彥杰；高健主要論文專著目錄：Xue,Ya-dong&Zhao,Feng&Zhao,Han-xiang&Li,Xing&Diao,Zhen-xing.(2018).AnewmethodforselectinghardrockTBMtunnellingparametersusingoptimumenergy:Acasestudy.TunnellingandUndergroundSpaceTechnology.78.64-75.10.1016/j.tust.2018.03.030.IF=2.418李碩標,薛亞東.Hoek-Brown準則改進及應用[J].巖石力學與工程學報,2016,35(增1):2732-2738.楊睿，薛亞東.爆破作用下隧道壁后空洞對襯砌的影響計算分析[J].現(xiàn)代隧道技術,2018,55(S2):511-518.趙豐,薛亞東,李碩標等.新建鐵路隧道上跨既有公路隧道控制爆破安全距離研究[J].鐵道科學與工程學報,2016,13(7):1365-1371.YangR,XueY.RiskAssessmentofVoidbehindtheLiningBasedonNumericalAnalysisandANN[C].Geo-Risk.2017:320-333.EI=20172503805711.楊睿，薛亞東.爆破作用下隧道壁后空洞對襯砌的影響計算分析[J].現(xiàn)代隧道技術,2018,55(S2):511-518.Y.J.Li,Y.D.Xue*andJ.Q.Jiao.Indexessiftingofrockburstpredictionusingsoftsciencetechnology[C].RockMechanicsandRockEngineering:FromthePasttotheFuture,2016:1055-1060.EI=20165003118978Y.J.LiandY.D.Xue*.EvaluationofrockburstriskbasedonmodifiedDelphimethod[C].6thAsian-PacificSymposiumonStructuralReliabilityanditsApplications(APSSRA2016),2016:552-558.Xueyadong,ZhangSen.RiskEvaluationMethodofaConcealedKarstCavetoTunnelConstructionBasedontheCloudTheory[A].ARMS10:10thAsianRockMechanicsSymposium,29Octoberto03November,2018,Singapore:1-8.Gao,Jian;Xue,Yadong;Li,Yanjie.Indexesselectingoftunneldeformationpredictionusingsupportvectormachine[C].4thISRMYoungScholarsSymposiumonRockMechanics,YSS2017,v2017-May,p115-121,2017,4thISRMYoungScholarsSymposiumonRockMechanics,YSS2017,EI=20182505339843Xue,Yadong;Yang,Rui.Effectofvoidbehindmountaintunnellininginblastingcondition[C].4thISRMYoungScholarsSymposiumonRockMechanics,YSS2017,v2017-May,p122-125,2017,4thISRMYoungScholarsSymposiumonRockMechanics,YSS2017,EI=20182505339581李宜城;薛亞東;李彥杰,一種基于動態(tài)權重的施工安全風險評估新方法[J].地下空間與工程學報.2017,13(z1),209-215.付學問;薛亞東;李彥杰,基于Web的隧道工程建設安全風險可視化研究[J].現(xiàn)代隧道技術.2017,54(1),160-167.薛亞東,李碩標,丁文強,方超.隱伏溶洞對隧道施工安全影響的風險評估體系[J].現(xiàn)代隧道技術,2017,54(4):41-47楊睿;薛亞東;楊健,雷達探測隧道壁后空洞的現(xiàn)場驗證及空洞影響分析[J].隧道建設.2017,37(2),185-191.主要完成人員情況排序姓名行政職務技術職稱現(xiàn)從事專業(yè)工作單位二級單位完成單位對本項目主要科學發(fā)現(xiàn)、技術發(fā)明或科技創(chuàng)新的創(chuàng)造性貢獻1陶建軍總經(jīng)理高級工程師交通建設管理紹興市交通建設有限公司紹興市交通建設有限公司項目負責人，設計和組織了爆破開挖現(xiàn)場試驗方案（創(chuàng)新點2.1），參與撰寫發(fā)明專利申請1項。2薛亞東無教授隧道工程同濟大學同濟大學項目技術負責人，參與發(fā)表論文14篇，參與授權發(fā)明專利3項，軟件著作權3項。3侯義輝集團總工高級工程師公路建設管理紹興市交通建設有限公司紹興市交通建設有限公司主要負責現(xiàn)場試驗的數(shù)據(jù)采集與分析工作，制定了現(xiàn)場聲波測試技術方案，并分析了聲波數(shù)據(jù)，評價巖體的完整性。對創(chuàng)新點2做出貢獻。4王昌將副院長教授級高工公路工程浙江省交通規(guī)劃設計研究院有限公司浙江省交通規(guī)劃設計研究院有限公司作為項目主要技術負責人，主要負責協(xié)調總體的技術路線。主要科學發(fā)現(xiàn)貢獻為參與了修正Hoek-Brown準則的工作，并提出了基于聲波波速與波譜特征的結構性能評價方法。參與撰寫發(fā)表了科技論文與軟件著作權。5孫振華主任工程師交通建設管理紹興市交通建設有限公司紹興市交通建設有限公司負責項目總協(xié)調，協(xié)助項目負責人修改、編訂研究大綱。開展了爆破與卸載的精細化數(shù)值模擬工作，并負責現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集。為創(chuàng)新點1和2做出貢獻。6朱蕾無高級工程師隧道工程上海軌道交通十八號線發(fā)展有限公司上海軌道交通十八號線發(fā)展有限公司數(shù)據(jù)分析工作，為修正的Hoek-brown準則研究做出了貢獻；參與了FLAC精細爆破動載模擬試驗工作；為創(chuàng)新點3、4做出了貢獻。7葉如高總工高級工程師路橋工程浙江八詠公路工程有限公司浙江八詠公路工程有限公司現(xiàn)場技術負責人，主要負責依托工程王市嶺隧道拓寬的卸荷、包括現(xiàn)場技術方案。為創(chuàng)新點1做出了貢獻。參與企業(yè)工法的制定。8馮勁主任高級工程師隧道工程浙江省交通規(guī)劃設計研究院有限公司浙江省交通規(guī)劃設計研究院有限公司項目主要技術參加人，參與兩個依托工程的現(xiàn)場試驗技術方案制定，并開展了基于數(shù)值的精細化爆破動載模擬，參與了論文撰寫與工法制定，為創(chuàng)新點1、3做出了貢獻。9陳剛處長高級工程師公路工程紹興市交通建設有限公司紹興市交通建設有限公司參與依托工程杭紹臺隧道現(xiàn)場爆破測試工作，包括數(shù)據(jù)采集與分析，為創(chuàng)新點1做出了貢獻。10鐘乾根處長高級工程師工程建設管理紹興市交通建設有限公司紹興市交通建設有限公司參與完成了現(xiàn)場聲波與振動的測試工作，為專利撰寫做出了貢獻，為創(chuàng)新點1做出了貢獻。11唐格無工程師公路工程紹興市交通建設有限公司紹興市交通建設有限公司負責項目依托工程之一：杭紹臺高