文/四川藏區(qū)高速公路有限責(zé)任公司

獲獎等級：特等獎

項目名稱：四川藏區(qū)復(fù)雜環(huán)境高速公路隧道建設(shè)與運營安全風(fēng)險防控關(guān)鍵技術(shù)

←雅康高速隧道

←汶馬高速隧道

雅康、汶馬高速公路是四川藏區(qū)高速公路規(guī)劃中的重難點工程。這兩條線路地處青藏高原梯形過渡帶，深入藏區(qū)海拔陡增，沿線地形、地質(zhì)及氣候極其復(fù)雜，生態(tài)環(huán)境極其脆弱。其中，雅康高速線路總長130.1公里，隧道總長72公里；汶馬高速線路總長172公里，隧道總長97.4公里。兩線61座隧道總長169.4公里，約占線路長度的56%，隧道密集，特長隧道多達22座。

四川藏區(qū)隧道的建設(shè)與營運面臨很多嚴峻問題。地質(zhì)條件極其惡劣，深埋、長大隧道施工風(fēng)險極高，且大量穿越斷層破碎帶。由于高壓富水、變質(zhì)軟巖等地質(zhì)條件復(fù)雜多變的地層，施工中極易發(fā)生坍塌、突水涌泥、大變形、巖爆等災(zāi)害，隧道施工難度大，風(fēng)險高。

同時，受重大風(fēng)險源與構(gòu)造運動持續(xù)影響，隧道群的結(jié)構(gòu)安全難以保障。受強烈構(gòu)造運動影響，區(qū)域地應(yīng)力環(huán)境極其復(fù)雜，且持續(xù)緩慢演化，加之沿線廣泛分布的重大風(fēng)險源，隧道襯砌結(jié)構(gòu)在施工期和運營期都面臨巨大的安全風(fēng)險。

區(qū)域生態(tài)環(huán)境敏感脆弱，給隧道建設(shè)與運營帶來的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險極高。線路穿越多處生態(tài)脆弱區(qū)，對水環(huán)境變化極其敏感。隧道施工與運營導(dǎo)致的地下水排放，破壞了地下水環(huán)境動態(tài)平衡，將面臨水土流失、生態(tài)系統(tǒng)退化等風(fēng)險。

超長連續(xù)下坡隧道群路段路況復(fù)雜，行車安全難以控制。長大縱坡、長大隧道、隧道群組合出現(xiàn)，導(dǎo)致行車環(huán)境頻繁變化，極易誘發(fā)駕駛疲勞、制動失效、超速失控等風(fēng)險，行車安全問題極為突出。

鑒于此，“四川藏區(qū)復(fù)雜環(huán)境高速公路隧道建設(shè)與運營安全風(fēng)險防控關(guān)鍵技術(shù)”項目組以四川藏區(qū)雅康、汶馬高速公路沿線隧道為依托工程，圍繞隧道施工風(fēng)險防控技術(shù)、隧道群結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測技術(shù)、環(huán)境敏感區(qū)隧道防排水技術(shù)及長大隧道與隧道群行車安全保障與節(jié)能控制技術(shù)等方面開展了深入研究，形成了四川藏區(qū)復(fù)雜環(huán)境高速公路隧道建設(shè)與運營安全風(fēng)險防控關(guān)鍵技術(shù)。研究成果不僅直接解決了雅康、汶馬高速隧道建設(shè)及運營安全的技術(shù)難題，系列研究成果還為后期整個西部山區(qū)及藏區(qū)的大量隧道工程提供重要的技術(shù)參考，對今后西部交通基礎(chǔ)設(shè)施的全面建設(shè)具有重要的戰(zhàn)略意義和理論指導(dǎo)價值。

攻堅克難結(jié)碩果

四川藏區(qū)行車環(huán)境特殊復(fù)雜，項目綜合采用了資料調(diào)研、理論分析、現(xiàn)場監(jiān)測、數(shù)值模擬和室內(nèi)模型試驗相結(jié)合的手段，針對四川藏區(qū)復(fù)雜環(huán)境下高速公路隧道建設(shè)與運營安全風(fēng)險防控關(guān)鍵技術(shù)開展了深入研究。

惡劣地質(zhì)條件長大山區(qū)隧道施工安全風(fēng)險防控技術(shù)

項目考慮四川藏區(qū)工程地質(zhì)與水文地質(zhì)特征，剖析了隧道施工及運營典型重大風(fēng)險源，探明了不同風(fēng)險源的致災(zāi)機理；提出了針對風(fēng)險源動態(tài)調(diào)整的兩階段（施工準備和施工過程）風(fēng)險評估方法，建立了隧道施工大變形定量風(fēng)險評估方法；創(chuàng)建了基于坍塌征兆的觀測和監(jiān)測，以及隧道坍塌綜合分析預(yù)警模型，研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的隧道施工監(jiān)測與坍塌動態(tài)分析預(yù)警系統(tǒng)；提出了基于風(fēng)險分級的多風(fēng)險源綜合施工防控措施，優(yōu)化了隧道典型風(fēng)險事故應(yīng)急處置措施。

← 研究技術(shù)路線圖

惡劣地質(zhì)條件隧道群結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測技術(shù)

項目探明了四川藏區(qū)隧道在典型重大風(fēng)險源影響下從施工期至運營期的結(jié)構(gòu)力學(xué)演變規(guī)律，重點分析了變質(zhì)軟巖流變效應(yīng)及襯砌結(jié)構(gòu)劣化影響下，隧道圍巖支護體系的時效作用機制。以此為基礎(chǔ)，考慮典型風(fēng)險源的特征與致災(zāi)機理，提出了針對不同風(fēng)險源監(jiān)測方案；為解決常用的埋入式元器件耐久性難以支撐隧道長期監(jiān)測的難題，提出了埋入式（內(nèi)部應(yīng)力）與表貼式（表面應(yīng)變）元器件協(xié)同監(jiān)測技術(shù)，實現(xiàn)了對隧道長期結(jié)構(gòu)的受力監(jiān)測；建立了針對四川藏區(qū)高速公路隧道結(jié)構(gòu)安全的模糊綜合評價模型，提出了基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隧道結(jié)構(gòu)安全推演法則，研發(fā)了隧道群結(jié)構(gòu)安全評價與預(yù)警軟件平臺，實現(xiàn)了兩線隧道群結(jié)構(gòu)安全的監(jiān)測、評估及預(yù)警。

生態(tài)敏感區(qū)高速公路隧道防排水技術(shù)

為防控由于隧道施工與運營中地下水過量排放導(dǎo)致水土流失、生態(tài)系統(tǒng)退化等生態(tài)環(huán)境風(fēng)險，項目建立了基于物元可拓模型環(huán)境敏感區(qū)公路隧道地下水環(huán)境影響評價方法；提出了環(huán)境敏感區(qū)公路隧道地下水限量排放指標實用計算方法，建立了符合生態(tài)環(huán)境防護理念的地下水處置措施；自主研發(fā)了生態(tài)敏感區(qū)公路隧道地下水流量無線自動監(jiān)測設(shè)備，提出了基于衛(wèi)星遙感衛(wèi)片解譯進行隧址區(qū)土壤水分及植被影響分析，從定量化的角度分析了隧道建設(shè)對區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的影響。

科技支撐保安暢

研究成果直接應(yīng)用于四川藏區(qū)高速公路復(fù)雜環(huán)境長大隧道及隧道群的建設(shè)與運營的風(fēng)險防控中，并在隧道施工安全風(fēng)險防控、生態(tài)敏感區(qū)隧道環(huán)境保護、隧道群結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與評價、隧道群行車安全和照明節(jié)能控制等方面取得了良好效果。

項目提出的惡劣地質(zhì)條件下長大山區(qū)公路隧道施工風(fēng)險綜合防控技術(shù)，已應(yīng)用于二郎山隧道、鷓鴣山隧道、獅子坪隧道、卓克基隧道、飛仙關(guān)隧道等一大批雅康、汶馬高速上的隧道施工準備與施工過程中，對大變形、巖爆、坍塌、突水涌泥等典型風(fēng)險開展了風(fēng)險等級評估，在兩個階段分別采取了分級防控措施，降低了施工中的風(fēng)險和事故發(fā)生率。

研發(fā)的針對典型重大風(fēng)險源的隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)部與襯砌表面協(xié)同監(jiān)測技術(shù)，成功應(yīng)用于鷓鴣山隧道（高地應(yīng)力、變質(zhì)軟巖）、獅子坪隧道（變質(zhì)軟巖、高壓富水）及二郎山隧道（高地應(yīng)力、斷層破碎帶、高壓富水）等雅康高速和汶馬高速公路上多座隧道從施工期至運營期的結(jié)構(gòu)監(jiān)測。提出的基于人工智能的隧道結(jié)構(gòu)安全推演方法和隧道結(jié)構(gòu)安全評價與預(yù)警平臺，為雅康、汶馬高速全線隧道結(jié)構(gòu)安全的保障工作提供了有力支撐，節(jié)省了大量運營期間的結(jié)構(gòu)檢測和監(jiān)測費用，同時為后期兩線隧道及時開展主動維護提供了重要的理論依據(jù)與數(shù)據(jù)支撐。

符合生態(tài)環(huán)境防護理念的隧道防排水技術(shù)，已成功應(yīng)用于線路中包括二郎山隧道在內(nèi)的多座典型隧道，并根據(jù)隧道分段不同生態(tài)環(huán)境敏感程度采取了針對性堵排水措施，解決了二郎山隧道修建時的環(huán)境保護問題，保障了生態(tài)敏感區(qū)土壤含水量與區(qū)域植被生態(tài)。隧道修建完成后87.7%區(qū)域的土壤含水量，較修建前變化小于2%，區(qū)域最大土壤水分變化不超過4.5%，節(jié)省了大量生態(tài)環(huán)境恢復(fù)所需的時間與費用。

研發(fā)的視覺誘導(dǎo)動態(tài)邊緣率控速系統(tǒng)已成功應(yīng)用于依托工程典型隧道中，解決了靜態(tài)邊緣率空間頻率相同，不同車速下針對性不強，降速效果弱的問題，提高了安裝路段中駕駛員的速度感知能力。車速指標85%位車速、平均車速、車速標準差分別降低了6.67%、7.96%、13.45%，有效降低了由超速引起的交通事故發(fā)生率，提升了隧道運營安全水平。

提出的長大縱坡隧道交通風(fēng)險主動預(yù)防與被動避險協(xié)同控制技術(shù)在雅康高速公路隧道的設(shè)計、施工、運營階段得到了應(yīng)用，優(yōu)化了已探明行車風(fēng)險點的交安設(shè)施，并應(yīng)用了相應(yīng)的行車安全保障措施，極大地提高了隧道運營安全性，使交通事故率大幅下降。

匠心工藝顯成效

項目成果帶來了巨大的直接經(jīng)濟效益，降低了施工成本優(yōu)化了支護參數(shù)，并有效減少了施工安全風(fēng)險與事故發(fā)生率，減少財產(chǎn)損失合計約4.89億元；降低了監(jiān)測及維護成本，在雅康、汶馬高速隧道的運營中節(jié)省了監(jiān)測及維護費用1760萬元；避免了隧址區(qū)地下水流失，節(jié)省各項環(huán)保治理費用合計5850萬元；優(yōu)化了隧道內(nèi)照明系統(tǒng)，減少了無效照明，考慮長期運營中節(jié)能效果，實現(xiàn)經(jīng)濟效益31080萬元。

與國內(nèi)外同類技術(shù)對比

← 汶馬高速獅子坪隧道施工便橋為全國最長施工便橋（3 6 3米）—全國最長施工便道重載索道橋

雅康高速和汶馬高速分別是川藏高速公路南線和北線的重要組成部分，兩線的建成結(jié)束了甘孜州府和阿壩州府不通高速的歷史，對發(fā)展四川藏區(qū)經(jīng)濟，維護藏區(qū)繁榮穩(wěn)定，助力當(dāng)?shù)厝嗣駭[脫貧困有歷史性意義。項目的研究成果保障了二郎山隧道、獅子坪隧道、鷓鴣山隧道等重大工程相繼建成，支撐了兩條線路隧道的建設(shè)和運營。

在多座典型隧道的施工中，應(yīng)用了惡劣地質(zhì)條件下的安全風(fēng)險防控技術(shù)，實現(xiàn)了隧道施工風(fēng)險的動態(tài)防控，保障了施工安全。研究成果還可向同區(qū)域正在建設(shè)與擬開展建設(shè)的其他多條四川藏區(qū)高速公路，以及已全面開工建設(shè)的川藏鐵路中的大量隧道工程推廣應(yīng)用。對于工程特點和建設(shè)運營條件極為相似的瀘石、久馬等其他四川藏區(qū)高速公路隧道的建設(shè)和運營，研究成果可直接應(yīng)用。對于川藏鐵路中的大量隧道，項目提出的“惡劣地質(zhì)條件長大山區(qū)隧道施工安全風(fēng)險防控技術(shù)”“惡劣地質(zhì)條件隧道群結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測技術(shù)”主要成果可為其施工安全防控與結(jié)構(gòu)監(jiān)測提供直接指導(dǎo)與幫助。

蜀道投資集團有限責(zé)任公司

蜀道投資集團有限責(zé)任公司（以下簡稱“蜀道集團”）是重組整合四川省交通投資集團有限責(zé)任公司和四川省鐵路產(chǎn)業(yè)投資集團有限責(zé)任公司，通過新設(shè)合并方式組建的四川省屬國有企業(yè)，于2021年5月28日揭牌成立。作為四川省交通強省建設(shè)的主力軍和排頭兵，蜀道集團在交通基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計施工建設(shè)領(lǐng)域具有全球競爭力，業(yè)務(wù)涵蓋公路鐵路投資建設(shè)運營、相關(guān)多元產(chǎn)業(yè)（交通工程建設(shè)、交通物流、交通服務(wù)、交通沿線新型城鎮(zhèn)化建設(shè)、工程設(shè)計咨詢等）、智慧交通、產(chǎn)融結(jié)合四大板塊。所屬各級全資和控股企業(yè)332家，業(yè)務(wù)遍及30多個國家和地區(qū)，員工約5萬人；總資產(chǎn)突破1萬億元，凈資產(chǎn)達3108億元。累計投資建設(shè)運營高速公路里程超1萬公里，占全省的84%；投資建設(shè)運營鐵路里程約7000公里，占全省的75%。擁有4家AAA級境內(nèi)信用評級主體和四川路橋、四川成渝、蜀道裝備3家上市公司，綜合實力位列全國省級交通企業(yè)“第一方陣”。

“十三五”期間，蜀道集團依托重大工程項目，組織開展科技攻關(guān)，在高速公路建設(shè)等領(lǐng)域取得了一批重大科技創(chuàng)新成果，獲得發(fā)明專利44項，實用新型專利357項，軟件著作權(quán)28項，省部級工法319項。獲得省部級及行業(yè)協(xié)會獎項30余項。

四川藏區(qū)高速公路有限責(zé)任公司

四川藏區(qū)高速公路有限責(zé)任（以下簡稱“藏高公司”）成立于2013年8月，為蜀道投資集團有限責(zé)任公司直屬企業(yè)。藏高公司注冊資本100億元，資產(chǎn)規(guī)模547億元，位居集團第二，是四川唯一一家大量承擔(dān)四川涉藏地區(qū)高速公路項目投資、建設(shè)和運營管理任務(wù)的國有企業(yè)。目前，藏高公司投資建設(shè)（含代建）及運營項目有雅康、汶馬、都汶、雅葉高速康定過境段、久馬、瀘石、康新7條高速公路，代建甘孜州國道318線康定折多山特長隧道項目，總里程共計841公里，其中雅康、汶馬、都汶高速已建成通車。

藏高公司自成立之初，一直高度重視科技攻關(guān)工作，為解決高速公路項目投資建設(shè)及運營管理中存在的問題，從“防災(zāi)減災(zāi)、生態(tài)環(huán)保、運營安全、經(jīng)濟節(jié)能、智慧建造、重大工程”等方面統(tǒng)籌規(guī)劃，并依托項目以聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)課題研究的方式逐步實施。同時，藏高公司積極承擔(dān)了國家級（重點專項）、省部級（西部課題項目和四川省重點科技項目）、廳級（交通科技項目）等有關(guān)課題研究。