我单位拟与其他单位联合申报2019年度重庆市科学技术奖提名产品公示

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中电建路桥集团有限企业

2019年8月20日

 

产品公示

一、推荐类别：科技进步奖

二、产品名称：山岭隧道全寿命周期灾害时变机理及控制技术

三、推荐单位（专家）及提名意见:

推荐专家：谢和平，深圳大学，中国工程院院士，工程力学。

山岭隧道全寿命周期灾害控制是隧道工程领域中研究热点，产品围绕该热点开展了山岭隧道全寿命周期灾害时变机理及控制技术的研究，成果丰富、创新性强，具体如下：

（1）产品系统研究了隧道围岩与衬砌材料的时变机理，建立了衬砌结构时变可靠度理论及模型，解决了山岭隧道全寿命周期健康状态在围岩与衬砌结构时变特性影响下的准确预测问题。其中隧道全寿命周期动态数值模拟方法，能够获得围岩和衬砌结构各时间点的变形与受力情况，创新性较强。

（2）产品提出的山岭隧道超欠挖及围岩与衬砌结构爆破损伤的控制技术，解决了钻爆法施工超欠挖及损伤控制问题。对比于国内外同类技术，其所发明的便捷、普适的隧道爆破全过程千万级单元模拟方法能大幅提高爆破模拟的效率，非对称精细化低损伤爆破设计方法能有效控制爆破损伤，具有先进性。

（3）产品提出的基于目标可靠度的隧道全寿命周期灾害控制及设计、施工和养护的动态优化技术，解决了隧道全寿命周期灾害控制及设计施工优化问题，达到了从设计施工阶段控制隧道病害和降低养护成本的效果。特别是开发的隧道智慧速检系统具有检测速度快、精度高等方面的优势，处于国际领先水平。

该产品已取得多项发明专利，发表了大量的高水平论文，培养了大批专业人才。同时该产品的研究成果已推广应用于10多个隧道工程建设中，应用效果显著，产生了巨大的经济效益。总的来说，该产品的创新成果有效推动了隧道工程建设行业的进步。

提名该产品为重庆市科技进步奖一等奖。

 

四、产品简介：

目前我国已投入运营公路隧道数量众多，总长约2万公里。据统计，在服役期的前十年，93.5%的已建山岭隧道的衬砌结构出现了不同程度的开裂、剥落或漏水等病害。这些病害增大山岭隧道养护成本，危及运营安全，导致重大事故时有发生。

由于我国山区水文地质条件十分复杂，遇水膨胀、腐蚀、软化等岩层分布广泛。在水文地质环境影响下，这些岩层和隧道衬砌结构的力学性能将随时间持续劣化，具有十分显著的时变性。同时山岭隧道的钻爆法施工不可避免的对围岩及衬砌结构产生爆破损伤，这些损伤将加剧围岩及衬砌结构力学性能劣化的程度。但在隧道设计、施工和养护中，难以考虑围岩和衬砌结构时变劣化的特性。

为了解决山岭隧道全寿命周期健康状态在围岩与衬砌结构时变特性影响下的准确预测问题、复杂地质段钻爆法施工超欠挖及损伤控制问题和隧道全寿命周期灾害控制及设计施工优化问题，产品组历时16年，综合利用理论分析、室内试验、数值模拟及现场试验等手段，系统开展了“山岭隧道全寿命周期灾害时变机理及控制技术”的研究工作，取得了如下创新成果：

（1）提出了山岭隧道全寿命周期健康状态定量预测理论及方法。系统研究了隧道围岩与衬砌材料的时变机理，建立了衬砌结构时变可靠度理论及模型，并以时变可靠度为预测指标，解决了山岭隧道全寿命周期健康状态在围岩与衬砌结构时变特性影响下的准确预测问题，有效指导了隧道设计、施工及运营维护。

（2）发明了便捷、普适的隧道爆破全过程千万级单元模拟方法和非对称精细化低损伤爆破设计方法，提出了山岭隧道超欠挖及围岩与衬砌结构爆破损伤的控制技术，解决了钻爆法施工超欠挖及损伤控制问题，降低了爆破对围岩及衬砌结构力学性能的劣化效应。

（3）开发了隧道智慧速检系统，建立了隧道病害智能识别模型，发明了基于大数据的目标可靠度评估方法，提出了基于目标可靠度的隧道全寿命周期灾害控制及设计、施工和养护的动态优化技术，解决了隧道全寿命周期灾害控制及设计施工优化问题，达到了从设计施工阶段控制隧道病害和降低养护成本的效果。

本产品共取得授权发明专利10项，发表相关学术论文100余篇，出版专著1部，软件著作6项，培养博士研究生8人、硕士研究生32人。成果已在重庆道真高速及深圳东部过境高速等处的多座新建隧道中得到应用，直接经济效益达5.7亿元。且在已应用成果的新建隧道运营阶段，能有效控制隧道病害的发生，预计节约养护成本达20%以上，后续经济社会效益显著。

 

五、客观评价

1、科技成果鉴定评价

2018年6月4日重庆科技成果转化促进会组织专家对“山岭隧道全寿命周期灾变机理及控制技术”产品进行了科技成果评价，主要评价意见有：产品成果总体达到国际先进水平，其中衬砌时变可靠度预测技术达到国际领先水平。

2、科技查新

（1）在国内外公开发表的文献中，基于“围岩和衬砌材料时变机理”、“隧道全寿命周期动态数值模拟方法”和“隧道衬砌结构时变可靠度理论”建立的“山岭隧道全寿命周期健康状态预测理论及方法”，除本产品研究文献，未见其它相关文献报道。

（2）在国内外公开发表的文献中，基于“隧道爆破全过程千万级单元模拟的便捷、普适方法”和“非对称精细化装药技术”建立的“山岭隧道超欠挖及围岩-衬砌结构爆破损伤的控制理论及方法”，除本产品研究文献，未见其它相关文献报道。

（3）本产品提出的“基于目标可靠度的隧道全寿命周期灾害控制及设计、施工和养护的优化理论及方法”，以满足衬砌结构全寿命周期内各时间节点可靠度需求为目的，反馈优化设计、施工和养护方案，采用抗膨胀、防腐蚀、抗软化、防排水等技术措施，达到从设计施工阶段控制隧道病害和降低养护成本的效果，除本产品研究文献，未见其它相关文献报道。

 

六、应用情况

项目组成员在全国推广山岭隧道超欠挖及围岩与衬砌结构爆破损伤的控制技术和基于目标可靠度的隧道全寿命周期灾害控制及设计、施工和养护的动态优化技术，先后在深圳东部过境高速莲塘隧道、重庆道真高速马嘴隧道、太行山高速邢台段牛峪南坪隧道与北沟隧道等、黄瓜山隧道、云南建个元高速五老峰隧道与咪的村隧道等、重庆安稳电厂运输系统配套工程、云南华丽高速隧道、福平铁路1、2、4标段隧道等多项工程中得到应用，取得了显著的经济效益和综合效益，其中直接经济效益达5.7亿元.

目前，产品组将进一步发挥产学研合作优势，开展技术的宣讲工作，开展更广泛的技术推广工作，将产品成果推广到更广泛的工程实践中。

 

七、主要知识产权和标准规范等目录:

八、主要完成人情况

陈钒：第一完成人，教授级高级工程师，工作单位：中电建路桥集团有限企业，完成单位：中电建路桥集团有限企业。提出产品的总体研究思路，主持完成了创新点1、3；建立了衬砌结构时变可靠度理论及模型，以目标可靠度作为隧道灾害控制及设计优化指标的思路，提出了隧道抗膨胀、防腐蚀、抗软化、防排水和施工优化措施，并应用于现场实际，验证和完善了所提技术的实用性。在本项成果研发工作中投入工作量占本人工作总量的70%。

任松：第二完成人，教授，工作单位：重庆大学，完成单位：重庆大学。主持完成了创新点1、2、3；提出了山岭隧道全寿命周期健康状态定量预测理论及方法；制定了控制隧道爆破超欠挖及围岩-支护结构损伤的研究思路，提出了便捷、普适的隧道爆破全过程千万级单元模拟方法和非对称精细化低损伤爆破设计方法；开发了隧道智慧速检系统，以目标可靠度作为隧道灾害控制及设计优化指标的思路，提出了基于目标可靠度的隧道全寿命周期灾害控制及设计、施工和养护的动态优化技术。在本项成果研发工作中投入工作量占本人工作总量的70%。

张增伟：第三完成人，高级工程师，工作单位：6766平台集团有限企业，完成单位：6766平台集团有限企业。参与完成了创新点2、3，将本产品提出的山岭隧道超欠挖及围岩与衬砌结构爆破损伤的控制技术和基于目标可靠度的隧道全寿命周期灾害控制及设计、施工和养护的动态优化技术应用于云南建个元高速隧道产品，验证和完善了所提技术的实用性。在本项成果研发工作中投入工作量占本人工作总量的60%。

陈结：第四完成人，教授，工作单位：重庆大学，完成单位：重庆大学。参与完成了创新点1、2、3，开展了隧道围岩软化效应、隧道全过程模拟与施工工艺优化、非对称精细化低损伤爆破等方面的研究，合作提出了隧道全过程模拟方法、施工工艺优化方法、非对称精细化低损伤爆破设计方法等。在本项成果研发工作中投入工作量占本人工作总量的60%。

吴斐：第五完成人，副教授，工作单位：重庆大学，完成单位：重庆大学。参与完成了创新点1和《石膏质岩隧道衬砌结构可靠度时变机理研究》产品立项，开展了隧道围岩蠕变本构模型方面的研究，揭示了岩石蠕变的时变机理，为构建隧道围岩与衬砌结构时变演化模型提供支撑。在本项成果研发工作中投入工作量占本人工作总量的60%。

姜德义：第六完成人，教授，工作单位：重庆大学，完成单位：重庆大学。参与完成了创新点1、2、3，开展了隧道围岩软化效应、隧道全过程模拟与施工工艺优化、隧道爆破振动等方面的研究，合作提出了隧道全过程模拟方法、施工工艺优化方法、隧道防腐蚀措施等。在本项成果研发工作中投入工作量占本人工作总量的60%。

郭加付：第七完成人，高级工程师，工作单位：6766平台集团有限企业，完成单位：6766平台集团有限企业。参与完成创新点3，针对水平层状围岩隧道探究了层理对隧道变形的影响，提出了此类隧道施工工艺优化建议。在本项成果研发工作中投入工作量占本人工作总量的60%。

周志顺：第八完成人，高级工程师，工作单位：中铁十六局集团路桥工程有限企业，完成单位：中铁十六局集团路桥工程有限企业。参与完成了创新点2、3，将本产品提出的山岭隧道超欠挖及围岩与衬砌结构爆破损伤的控制技术和基于目标可靠度的隧道全寿命周期灾害控制及设计、施工和养护的动态优化技术应用于黄瓜山隧道，验证和完善了所提技术的实用性。在本项成果研发工作中投入工作量占本人工作总量的60%。

赵云峰：第九完成人，博士生，工作单位：重庆大学，完成单位：重庆大学。参与完成了创新点1、3，开展了隧道围岩干湿循环试验，探究了干湿循环作用下围岩宏细观特征；合作提出了膨胀性围岩隧道底板的设计方法。在本项成果研发工作中投入工作量占本人工作总量的80%。

孟通：第十完成人，工程师，工作单位：中铁十六局集团铁运工程有限企业，完成单位：中铁十六局集团铁运工程有限企业。参与完成了创新点2，将本产品提出的山岭隧道超欠挖及围岩与衬砌结构爆破损伤的控制技术应用于七曜山隧道，验证和完善了所提技术的实用性。在本项成果研发工作中投入工作量占本人工作总量的60%。

王新胜：第十一完成人，高级工程师，工作单位：重庆市勘测院，完成单位：重庆市勘测院。参与完成了创新点2、3，将本产品提出的山岭隧道超欠挖及围岩与衬砌结构爆破损伤的控制技术和基于目标可靠度的隧道全寿命周期灾害控制及设计、施工和养护的动态优化技术应用于马嘴隧道、莲塘隧道等产品中，验证和完善了所提技术的实用性。在本项成果研发工作中投入工作量占本人工作总量的60%。

吴建勋：第十二完成人，助理工程师，工作单位：中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限企业，完成单位：重庆大学。参与完成了创新点1、3，探究了膨胀性岩石的吸水膨胀时变机理，研发了简易、经济且考虑水压作用的膨胀试验仪，获得了此类岩石吸水膨胀应力、应变时变规律，并建立了岩石吸水-膨胀演化本构模型。开展了隧道全过程模拟与施工工艺优化等方面的研究，合作提出了基于目标可靠度的隧道全寿命周期灾害控制及设计、施工和养护的动态优化技术。在本项成果研发工作中投入工作量占本人工作总量的70%。

刘伟：第十三完成人，教授，工作单位：重庆大学，完成单位：重庆大学。参与完成了创新点1，开展了隧道围岩软化特性试验研究，建立了考虑软化效应的隧道围岩自稳时间解析模型，为构建衬砌结构时变可靠度理论及模型提供支撑。在本项成果研发工作中投入工作量占本人工作总量的60%。

范金洋：第十四完成人，讲师，工作单位：重庆大学，完成单位：重庆大学。参与完成了创新点1，开展了隧道围岩软化特性、膨胀特性试验研究，建立了考虑软化效应的隧道围岩自稳时间解析模型，探究了围岩膨胀特性对隧道的影响。在本项成果研发工作中投入工作量占本人工作总量的60%。

卢保东：第十五完成人，高级工程师，工作单位：中铁十六局集团路桥工程有限企业，完成单位：中铁十六局集团路桥工程有限企业。参与完成了创新点2、3，将本产品提出的山岭隧道超欠挖及围岩与衬砌结构爆破损伤的控制技术和基于目标可靠度的隧道全寿命周期灾害控制及设计、施工和养护的动态优化技术应用于黄瓜山隧道，验证和完善了所提技术的实用性。在本项成果研发工作中投入工作量占本人工作总量的60%。

 

九、主要完成单位及创新推广贡献:

重庆大学为产品第一完成单位，从试验设备、试验场地、数值计算等方面为本产品的研究提供了良好的科研平台，保障了产品顺利推进。

中电建路桥集团有限企业为产品第二完成单位，为本产品的研究和成果的应用提供了良好的现场指导。将产品研究成果应用到了云南建个元高速的五老峰隧道、咪的村隧道、兴隆隧道以及重庆江习高速的四面山隧道、张家岩隧道、代家坪隧道和梁忠高速的礼让隧道、南华隧道建设之中。

中铁十六局集团路桥工程有限企业为产品第三完成单位，为本产品的研究和成果的应用提供了良好的现场指导。将产品研究成果应用到了永泸高速公路黄瓜山隧道产品建设之中。

重庆市勘测院为产品第四完成单位，为本产品的研究和成果的应用与完善提供了良好的现场设计指导。将产品研究成果推广应用到了重庆江习高速的四面山隧道、张家岩隧道、代家坪隧道等本单位参与勘测设计的产品中。

中铁十六局集团铁运工程有限企业为产品第五完成单位，为本产品的研究和成果的应用提供了良好的现场指导。将产品研究成果应用到了石黔高速七曜山隧道产品建设之中。

 

十、完成人合作关系说明:

本产品完成人通过合理分工系统开展了“山岭隧道全寿命周期灾害时变机理及控制技术”的研究工作，提出了三个主要创新点。具体合作关系说明如下：

陈钒与任松教授共同提出了产品的主要研究思路、制定了产品的研究计划。完成人任松、陈结、吴斐、姜德义、赵云峰、吴建勋、刘伟、范金洋均为重庆大学隧道工程方面研究团队的核心成员。任松教授作为团队的主要负责人，负责开展产品的具体研究工作。其它成员进行了隧道全寿命周期健康状态定量预测理论及方法、隧道爆破损伤控制、隧道全寿命周期灾害控制及设计、施工和养护的动态优化等方面的理论推导、试验研究和数值模拟。该团队成员是本产品多项专利的主要发明人和多篇论文的主要作者。

陈钒与完成人张增伟、郭加付是本产品在6766平台集团有限企业的技术负责人，为产品的研究提供现场资料与指导，开展了现场试验。同时将本产品提出的山岭隧道超欠挖及围岩与衬砌结构爆破损伤的控制技术和基于目标可靠度的隧道全寿命周期灾害控制及设计、施工和养护的动态优化技术推广应用于本单位承建的隧道工程产品中，如云南建个元高速隧道产品、太行山邢台段隧道产品、重庆江习高速与梁忠高速隧道产品，验证与完善了本产品所提技术。

完成人周志顺与卢保东、孟通、王新胜分别是本产品在中铁十六局集团路桥工程有限企业、中铁十六局集团铁运工程有限企业、重庆市勘测院3家合作企业的技术负责人，将本产品所提技术推广应用于所在单位承建的隧道工程产品中，如黄瓜山隧道、七曜山隧道产品，验证与完善了本产品所提技术。

公示附件