武汉大学水2016年度辽宁省科技进步奖推荐项目详细情况西安建筑科技大学科技处

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让每个人平等地提升自我

科技进步奖公示材料

项目名称

推荐单位

不良地质富水区地铁隧道多元信息反馈施工技术

大连海事大学

地铁与普通交通方式相比具有快 速、环保、安全以及节能等优点，可以有效缓解城市

交通压力，减少城市污染，对提高城 市居民生活质量具有重要意义。由于地铁修建环境条

件的复杂多变以及浅埋对城市环境影 响，

致使在施工过程中以及运营期间均可能出现大量

的工程事故，例如： 塌方、涌水、大变形、相邻设施破坏等，从而造成巨大的财产损失和

人员伤亡。尤其是富 水区的隧道施工面临更大的困难，地下水对隧道的危害主要有：使软

岩软化，土压增大； 促使破碎带崩塌；使黏土、土质岩和膨胀岩膨胀，围岩发生流变；无

胶结围岩流动化、围 岩崩塌，丧失稳定等。总之，地下水存在会对软岩、土、沙层造成不

稳定，增大荷载。大 量地下水与高水压会酿成洞内突水、突泥、突沙及地面沉陷、地表水

源枯竭等重大事故。 水

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岩作用和卸荷岩石力学是本学科领域的热点问题，随着地下岩体

开挖卸荷变形，渗流

-

应力的耦合过程伴随着围岩施工的动态卸载加载 作用，对围岩稳定

性带来不利影响，严重的甚至造成涌水或突水灾害。富水区隧道具有以 下的特点：

1

）富

水区隧道的工程地质更具有复杂性和不 确定性，施工前所设计的方案未必是最适合的方

案。

2

）富水区隧道施工面临涌突水和大变形塌方双重风险。危害和损失更加严重。

3< /p>

）

富水区隧道包含了复杂的渗流

-

应力的多 场耦合作用，机理更为复杂。伴随地铁隧道修建

的日益增多，如何减少事故发生率，减少 灾害损失是亟待解决的问题。

如何进行地下水

渗流分析 预测，如何采用合理防水措施是施工能否成功的关键。

本项目从富水区 不良地质隧道施工自适应控制和优化控制本质入手，将信息科学、计

算机技术和传感技术 最新成果与传统隧道施工相结合，

建立隧道施工快速的在线完整反馈

分析 流程，开发隧道多元监测信息的可视化分析系统。基于上述多元监测信息和三维数值

模拟 技术，可以充分反映掌子面前方岩体信息以及三维效应带来的收敛位移损失规律，从

项目 简介

而提高分析准确性。

项目创新点如下：

1

）技术创新

利用

、

GSM/GPRS

、

GIS

等无线通讯技术和物联网技术，建立富水区隧道多元信

息自动化采集系统和

“

监测云

”

，云数据处理结果通过无线发射器发送到现场 和其他特定地

方，实现快速预报。建立了全位移自动监测方法和防爆破振动破坏监测保护 装置，实现多

通道信息融合、超前预报和洞内无线传输功能。监测技术达到国际先进。< /p>

2

）方法创新

运用高斯模型、极限学习机、差异进化等计算智能算法和多场耦合分析理论，建立了

不良 地质富水区隧道的围岩动态分类极限学习机方法，

基于差异进化和多场耦合的隧道反

分析方法和基于多元信息和三维可视化的隧道反馈分析技术，解决了隧道地质体不确定

性、

非线性等问题。

计算模型和结果采用三维可视化表达。

建立多元信息联合反分析技术，

提高例如力学参数和渗流参数反演精度。

3

）应用创新

结合实际的 隧道工程进行技术推广应用，建立了上软下硬地层大断面隧道

CRD

扣大

拱脚分层快速施工技术、

上软下硬地层暗挖车站上注下支扣拱施工技术和河底隧道 及临海

基坑反馈施工关键技术。建立岩溶区隧道涌突水预警技术。

项目获得国家专利

5

项，实用新型

7

项，软件登记

3

项，发表

SCI

和

EI

检索论文

50

多篇，出版相关教材

本。研究成果经吉林省科技厅鉴定总体达到国际先进水平，其中

C RD

扣大拱脚分层快速施工技术达到国际领先水平。

1

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让每个人平等地提升自我

该系统具有完全自主知识产权 ，通过校企合作，结合实际的隧道工程进行技术推广应

用，分别与中国铁建大桥工程局集 团、中铁二十一局、中交隧道局等大型施工集团，已在

国内的

20

多个地铁工程和其他的隧道工程推广应用，累计经济效益达数亿元。

完成单位

1:

大连海事大学

创新推广贡献

:

针对全国地铁修建存在 的富水区不良地质共性问题，系统地建立了隧道工

程施工智能反馈分析流程，包括隧道信 息云智能监测、围岩智能动态分类、隧道多场耦合

参数智能反馈识别、失稳前兆判断与预 警、施工方案动态智能优化、有针对的创新性工法

等方法步骤。将该技术以产品输出、技 术合作等方式推广应用。

完成单位

2:

西安建筑科技大学

创新推广贡献

:

配合大连海事大学进行“不良地质富水区地铁隧道多元信息反馈施工技术”

< br>理论性研究和技术应用，在创新点“不良地质富水区隧道多元信息自动化监测技术”的研

< br>究中，完成了系统程序的框架组建及数据软件的开发，建立基于差异进化支持向量机的反

< br>馈优化程序。在创新点“不良地质富水区隧道围岩动态分类极限学习机技术”的研究中，

< br>选取了合理的分类指标，

采用

ELM

机器学习模型来描述围 岩支护系统的多输入

-

多输出的

关系。将本项目技术用于 贵阳地铁的岩溶隧道，进行了岩溶隧道的稳定性分析、涌突水判

完成单位

别预警。将岩溶地下工程的分析技术整合到本项目系统程序的超前预警模块。

及创新推

完成单位

3:

中国铁建大桥工程局集团

广贡献

创新推广贡献

:

配合大连海事大学参与研究“不 良地质富水区地铁隧道多元信息反馈施

工技术”的应用和推广。

结合隧道 施工流程，

组织在工程现场进行该系统具体应用和测试，

进行信息化施工 。研究不同类型隧道结构对应的监测传感器的安装布置方法和监测方案，

结合实际的工程 特点和工法提出系统的具体监测方案形式。

结合系统监测分析测试系统预

报结果和实际围岩状态，协调进行施工方法调整，进行现场施工的组织协调。另外着重在

创新点“上软下硬大断面暗挖隧道反馈施工关键技术”做出重要贡献。

完成单位

4:

中交隧道工程局集团

创新推广贡献

:

配合大连海事大学参与 研究“不良地质富水区地铁隧道多元信息反馈施

工技术”的应用和推广。

结合隧道施工流程，

组织在工程现场进行该系统具体应用和测试，

进行信 息化施工。将所研究的技术应用到大连地铁

208

标段、新建大准至朔黄铁路联络 线

ZCZQ-9

标段、营城子至松江河高速公路

09

标段等。结合系统监测分析测试系统预报结果

和实际围岩状态，协调进行施工 方法调整，进行现场施工的组织协调。另外着重在创新点

“河底隧道及临海基坑反馈施工 关键技术”做出重要贡献。

本技术成果

《不良地质富水 区地铁隧道多元信息反馈施工技术》

的推广应用具体如下：

一方面通过提供隧道多元信息自动化监测和围岩塌方预测装置的关键新技术，

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