20KM特长公路隧道关键技术创新与实践.pdf

1、交 融 天 下 建 者 无 疆二、天山胜利隧道工程简介交融天下 建者无疆中交一公局集团 赵宗智2022年03月20日20公里级特长公路隧道工程关键技术创新与实践新疆乌尉项目天山胜利隧道目 录CONTENTS1我国隧道建设现状及发展趋势3特长公路隧道创新与实践4思考与建议2天山胜利隧道工程简介PartPart我国隧道建设现状及发展趋势我国隧道建设现状及发展趋势1 1 1 1一、我国隧道建设现状及发展趋势（一）铁路隧道（截至2020年底）p 总里程：14.5万Km，隧道占：19630Km/16798座。u 10km以上的隧道：2811km/209座u 20Km以上的隧道：262Km/11座p 高速

2、铁路：3.7万Km，隧道占：6003Km/3631座，u 10km以上的隧道：87km/1096座投运铁路在建铁路规划铁路p 在建铁路隧道：6419Km/2950座u10km以上的隧道：1675Km/116座u 20Km以上的隧道：276Km/10座p 高速铁路（设计有隧道）：47条，8327Km，u 隧道占：2750Km/1811座。u 10km以上的隧道：645km/50座p 规划铁路隧道：u10km以上的隧道：5054Km/338座u20Km以上的隧道：999Km/37座p 高速铁路（设计有隧道）：93条，20970Km，u隧道占：7966Km/3525座，u10km以上的隧道：1867

3、km/134座一、我国隧道建设现状及发展趋势p全国公路总里程519.81万公里，比2019年增加18.56万公里，高速公路里程16.10万公里。p 全国公路隧道21316座，总长199.93万米；特长隧道1394座、623.55万米；长隧道5541座、963.32万米。p 全国公路桥梁91.28万座、6628.55万米，其中特大桥梁6444座、1162.97万米，大桥119935座、3277.77万米。（二）公路隧道（截至2020年底）运营最长：秦岭终南山隧道(18.02km，钻爆法施工)；在建最长：新疆天山胜利隧道(22.035km，钻爆法+TBM)；最长盾构法水下公路隧道：上海长江隧道，全

4、长8.95km；沉管隧道：港珠澳大桥，全长6.7km。一、我国隧道建设现状及发展趋势（三）水下隧道（截至2020年底）从1965年第1条水下隧道“打浦路隧道”修建以来，截至2020年底，我国共修建245条水下隧道。一、我国隧道建设现状及发展趋势（三）水下隧道（截至2020年底）近年来我国水下隧道建设蓬勃发展，众多水下公路、地铁隧道在构建城市、区域交通网中发挥了重要作用，也为水下隧道的修建积累了大量理论、技术和经验。随着人们环保理念的提高，环保意识的增强，修建水下隧道的优势越来越突出，水下隧道因其独特优势已成为当今跨越江河湖海的重要选择。一、我国隧道建设现状及发展趋势（四）大盾构隧道（截至202

5、1年底）l 全球14m以上超大直径盾构项目总计58项。l 国内项目39项，占比69.6%。l 全球14m以上超大直径盾构已运营项目31项，其中国内19项，占比61.3%。大直径盾构一般应用于公路或公路与轨道交通合建项目。近年来，随着全球城市化进程的发展及交通需求量的增长，14m及以上是当前的主流超大直径盾构，可以满足双层4/6车道或单层3车道需求。一、我国隧道建设现状及发展趋势l长江干线过江通道布局规划（2020-2035年），至2035年，江苏境内建设44座过江通道，包括跨越主江41座，明确的过江隧道18条。l发改委明确要求，长江下游等重点河段应坚持“少桥多隧”“宜隧则隧”的原则。一方面是技

6、术的进步，同时这也是基于生态环保的更高要求。跨江河湖海、技术经济优势（四）大盾构隧道（截至2021年底）一、我国隧道建设现状及发展趋势以北京东六环改造工程为例符合城市绿色创新发展理念明挖+现浇大盾构隧道元减少投资27亿万颗减少伐木4.7m2房屋拆迁53200万m3减少降水3432m减少罩棚7000盾构方案大大延长了隧道长度，有效实现了打造城市创新发展轴的建设理念亩减少征地1060变 更（四）大盾构隧道（截至2021年底）一、我国隧道建设现状及发展趋势p 刀盘可视化检测、刀盘伸缩机构、多模式切削刀盘p 氦氧饱和作业开仓技术以南京扬子江隧道为代表 大盾构国产化启航装备相关技术发展日趋成熟以和燕路、

7、苏埃通道为代表大盾构装备技术成熟化p 常压刀盘、分层逆洗p 超前地质预报p 刀盘伸缩摆动以北京东六环、江阴二通道为代表大盾构装备进入16m级时代p 同步双液注浆p 长距离掘进不换刀（四）大盾构隧道（截至2021年底）一、我国隧道建设现状及发展趋势中国交建在建的隧道概况u据不完全统计，中交在建的隧道工程有座，总里程约km 长度3km的隧道有座、总长度为km；长度10Km的隧道有 座，分别为：u 云顶隧道：kmu 翠屏隧道：kmu 上田岭隧道：kmu 圭嘎拉隧道：kmu 东天山隧道：kmu 天山胜利隧道：km（公路第一隧）u 易贡隧道：（铁路第一隧）一公局共计137座一、我国隧道建设现状及发展趋势

8、极端条件下地下工程智能建造技术与装备 2020年全球工程前沿u 极端条件下地下工程智能建造技术与装备是指在高海拔、高地温、高地应力、高水压等极端自然环境或极端复杂地质条件下，通过数字化与智能化的设计、生产加工、施工与运营维护技术研发，以及自动化与智能化装备研制，实现极端条件下地下工程的快速、工业化、少人甚至无人建造。u 极端自然环境下，人员和装备耐受限度、机械设备工作效率急剧下降，生态环境保护要求也极为苛刻；极端复杂地质条件下，极易发生链式地质灾害，引发重大事故。通过极端条件地下工程智能建造技术基础理论、关键核心技术和人机协调、自主学习的智能装备研发，可大幅提升极端条件下的工业化建造能力，实现

9、快速、少人甚至无人建造。（五）隧道与地下工程行业技术前沿及重点领域分析一、我国隧道建设现状及发展趋势极端条件下地下工程智能建造技术与装备 2020年全球工程前沿u 以川藏铁路、公路为例，工程隧道占比高、埋深大，穿越多条极活跃断裂带，高地应力、岩爆及软岩大变形问题异常突出，滑坡、落石和泥石流风险极高；海拔落差极大，高原地区冬季气温极低，地温非常高，沿线生态环境敏感脆弱，因而在建造过程中智能建造技术与装备的需求十分迫切。u“进藏路的智能建造及工程健康保障技术”列为中国科协2020 年十大工程技术难题之一。u 通过极端条件下地下工程智能建造技术与装备研发，有助于形成覆盖设计、生产加工、施工与装备、运

10、营维护等全产业链融合一体的智能建造产业体系，催生新产业、新业态、新模式，为地下工程跨领域、全方位、多层次的产业深度融合提供支撑。u 当前全球地下工程行业发展态势良好，但仍存在标准化、信息化、智能化水平偏低等问题，与先进建造方式相比还有很大差距。随着新一轮科技革命和产业变革向纵深发展，以人工智能、大数据、物联网和 5G 等为代表的新一代信息技术加速向地 下工程行业全面融合渗透。（五）隧道与地下工程行业技术前沿及重点领域分析一、我国隧道建设现状及发展趋势极端条件下地下工程智能建造技术与装备六大研究方向：2020年全球工程前沿01u百科传统的新奥法、新意法等是一种在地质信息不完备条件下首先半经验半理

11、论设计、再在施工过程中不断监测与调整的动态反馈式建造方法，随着地下工程新型感知、数据传输、BIM/GIS 和信息集成等技术的发展，建造方法正在向“采集 设计 施工”一体化、智能化方向发展。建造方法02u包括基于 BIM/GIS 的数字化设计体系和全过程信息集成平台，实现设计、制造、施工协同，并与运营维护一体化。设计体系03u包括推进工艺流程数字化和 机器人应用，实现地下工程衬砌结构生产数字化和 智能化，实现少人甚至无人工厂。生产加工（五）隧道与地下工程行业技术前沿及重点领域分析一、我国隧道建设现状及发展趋势极端条件下地下工程智能建造技术与装备六大研究方向：2020年全球工程前沿u包括极端条件下

12、地下工程地质灾害智能预报和控制研究，推动灾害防控的精细探测和智能控制；u作业现场信息智能采集与反馈、自动立体感知与定位、数字孪生平台、专家远程诊断、工程质量智能检测与控制，实现隧道施工自动化，减少现场人员数量和工作量。04 智能施工u包括人机协调和自主学习的智能装备、智能施工机器人和自动作业类脑控制器，极端条件下风险环境感知和精准作业控制的机器人化装备、高可靠智能互联装备、全类别地质环境风险识别处理的智能互联装备，实现提高装备的性能、效率和智能化程度。05 智能装备u包括极端条件下地下工程运行环境和结构健康的在线监控、结构服役性能智能诊断和智能维护，事故预防及救援，以及灾害预警与控制。06 智

13、能运维（五）隧道与地下工程行业技术前沿及重点领域分析PartPart天山胜利隧道工程简介天山胜利隧道工程简介2 2 2 2交 融 天 下 建 者 无 疆二、天山胜利隧道工程简介u 天山胜利隧道是乌尉高速上的控制性工程u 由现有高等级公路480公里缩短至280公里，车程从7小时缩短至3小时u 连接南北疆的国家战略性通道，重要的资源通道和国防通道u 一带一路、国防安全、经济发展、资源开发、旅游开发重要通道交 融 天 下 建 者 无 疆二、天山胜利隧道工程简介u 天山胜利隧道全长22.110km，特长公路隧道u 采用双向4车道，分离式隧道，设计时速100km/hu 进口高程约2770.2m，出口高程

14、2900.2m，洞身最大埋深约1112.66m，进口洞门采用棚洞式方案。u 全隧设3洞+4竖井，最大开挖直径12m，最深702m。天山胜利隧道主洞与竖井位置关系交 融 天 下 建 者 无 疆二、天山胜利隧道工程简介天山胜利隧道“3洞”形式图天山胜利隧道4竖井平面位置图交 融 天 下 建 者 无 疆二、天山胜利隧道工程简介天山胜利隧道进口端围岩分级及横通道布置图隧道采用“3洞+4竖井”施工方案，主洞采用钻爆法施工，服务隧道采用TBM掘进，充分利用TBM掘进速度快特点，超前通过横通道开辟主洞工作面，实现长隧短打目的。交 融 天 下 建 者 无 疆二、天山胜利隧道工程简介100%项目特点隧 道 埋

15、深 深。洞 身 最 大 埋 深1112.66m；2号竖井深。2号竖井设计深度702m，为国内最深高速公路隧道竖井；隧道施工采用“三洞+四竖井”施工方案，其中服务隧道采用TBM工法，在国内高速公路特长隧道为首创。隧道双主洞采用钻爆法施工，通过服务隧道TBM超前优势，在车行横道处开辟主洞辅助工作面，实现长隧短打。世界最长的高速公路隧道，单洞设计长度22.13km高地应力：最大地应力值达21.8MPa高地震烈度：基本烈度为度，设计基本地震动峰值加速度为0.2g，特征周期采用0.45s，地质构造运动强烈；高环保要求：隧道穿越天山一号冰川冰达坂、庙儿沟国家森林公园、乌鲁木齐二级饮水水源保护区，生态环境脆

16、弱，环境敏感点多；高寒：根据天山冰川站夏季营地（海拔3539m）年平均气温为-5.4，地表2m以下为多年冻土层，最大冻结厚度15-30m；隧址极端气温达-42；高海拔：竖井最高海拔3623m；交 融 天 下 建 者 无 疆二、天山胜利隧道工程简介天山胜利隧道共16处断层破碎带，中交一公局集团承建进口端占12处，主断裂带宽度合计约800m，加上断层影响带，断层破碎带总宽度超过2000m；主要不良地质天山胜利隧道围岩的断层破碎带、岩体侵入接触破碎带、节理密集带、富水带等较为发育，最大涌水量37419m/d，岩体较破碎-破碎，围岩级别较低，隧道深部软质岩存在软岩大变形的可能；天山胜利隧道最大埋深11

17、12.66m，区域地质构造活动较为活跃，局部围岩主要以花岗岩等硬质岩石为主，容易引起岩爆等高地应力问题，对隧道的施工安全有较大的威胁。施工进度3170.6米TBM掘进1621米左洞进尺1514米右洞进尺1-1#502.2米1-2#520.6米1号竖井进尺2-1#43米2-2#23米2号竖井进尺PartPart特长公路隧道创新与实践特长公路隧道创新与实践3 3 3 3交 融 天 下 建 者 无 疆三、特长公路隧道创新与实践6项关键创新技术千米级超前水平地质钻探关键创新技术钻探设备研发围岩岩性研判超前探孔形成有效渗水通道，释放水压精准预判围岩地质特长隧道快速建造关键创新技术长隧短打组合新工法1TB

18、M+2钻爆+4竖井1服务隧道+2正洞+4竖井通风智能化、信息化施工压注式TBM掘进创新技术敞开式TBM盾尾位置增加压注环，压注混凝土压注混凝土材料安全高效穿越F6断裂带创新技术提出新型衬砌铰接接头结构型式TBM穿越超前注浆固结深大竖井掘进关键创新技术正井法布设洞口临建撑靴式竖向掘进机不良地质段辅以工作面注浆和壁后注浆数字化采集围岩信息，定量化分析爆破设计参数自动化输出爆破设计方案博阿断裂1.1.千米级超前水平地质钻探关键创新技术首次采用超长距离水平定向钻探技术，沿隧道轴线勘探并穿越博-阿断裂带，为天山胜利隧道设计及TBM施工提供了必要、详实的参数创两项国内记录p 水平定向钻在1900m深度处取

19、芯p 公路行业水平定向钻单向钻进2271m 是目前准确探知前方围岩地质最有效手段 借助孔内视频资料，为分析研判围岩岩性、结构构造、节理裂隙发育程度、孔内涌水状况提依据 借助超前水平地质探孔，形成新的渗水通道，释放水压，排出部分裂隙水，为正洞掌子面开挖降低风险 综合其它类型超前地质预报结论，更加精准研判和验证前方围岩地质情况，降低隧道施工风险1.1.千米级超前水平地质钻探关键创新技术首次采用超长距离水平定向钻探技术，沿隧道轴线勘探并穿越博-阿断裂带，为天山胜利隧道设计及TBM施工提供了必要、详实的参数终孔桩号YK78+086孔口桩号YK75+815博阿断裂2271m250mm三牙轮镶齿钻头+1.

20、5172mm螺杆泥浆钻具+172mm无磁钻铤+140mm钻杆声波测井+孔内电视勘察孔1900.29m1902.49m岩芯实物图构建了钻爆法主洞+TBM中导洞+多竖井隧道空间创新设计和多工法组合工艺标准2.2.特长隧道快速建造关键创新技术建立了以中导洞为核心，主洞与竖井为辅助的总体布置体系，形成一套有利于加强施工期超前地质预报、多线作业提高施工进度，建立综合管廊通道、节能环保消防系统、节能环保型通风、高效运营管养及快速防灾救援的隧道空间系统。创新设计体系构建了钻爆法主洞+TBM中导洞+多竖井隧道空间创新设计和多工法组合工艺标准2.2.特长隧道快速建造关键创新技术多工法组合快速施工u 国内首创1T

21、BM服务隧道+2钻爆正洞+4竖井组合新工法施工技术以TBM服务隧道掘进为关键线路，利用TBM服务隧道超前优势，合理开设横通道，增加左右洞正洞工作面，实现长隧短打，缩短工期单线最多设置三个工作面时的施工进度：单线最多设置六个工作面时的施工进度：构建了钻爆法主洞+TBM中导洞+多竖井隧道空间创新设计和多工法组合工艺标准2.2.特长隧道快速建造关键创新技术多工法组合快速施工u 国内首创1TBM服务隧道+2钻爆正洞+4竖井组合新工法施工技术以TBM服务隧道掘进为关键线路，利用TBM服务隧道超前优势，合理开设横通道，增加左右洞正洞工作面，实现长隧短打，缩短工期四年。利用TBM服务隧道超前优势，开设13个

22、横通道，将主洞划分为14个工作面配置6个正洞作业队伍，高峰期正洞6个工作面同时作业（左右洞各3个）。构建了钻爆法主洞+TBM中导洞+多竖井隧道空间创新设计和多工法组合工艺标准2.2.特长隧道快速建造关键创新技术多工法组合快速施工u 1服务隧道+2正洞+4竖井施工通风技术，在正洞开挖达到竖井相应桩号前，完成竖井和联络风通道的施工，解决“2正洞+1服务隧道”施工通风难题。断面施工通风示意图正洞与1#竖井贯通时：使用“风管+风仓+风管供风”+巷道射流风机通风的通风方式，1#竖井深578.6m，将竖井作为供风通道。风仓设置在竖井底部。当洞内外热位差与1#竖井高度引起的密度差之和足够大时，可以利用竖井口

23、的自然通风动力将一部分污染物经1#竖井排出。BB1#竖井1#竖井井底设置风仓井底设置风仓CC平行导洞构建了钻爆法主洞+TBM中导洞+多竖井隧道空间创新设计和多工法组合工艺标准2.2.特长隧道快速建造关键创新技术多工法组合快速施工u TBM拱顶悬吊皮带出碴+无轨物料运输技术，解决2正洞+1服务隧道最多6掌子面同时施工洞内物流运输难题。TBM刀盘TBM护盾锚杆钻机、前置混喷系统L1区L2区TBM撑靴TBM后支撑天山胜利隧道服务隧道采用TBM掘进施工，TBM在洞口组装，步进到达掌子面后开始上坡掘进，至拆卸洞室内拆卸，拱顶悬吊皮带连续出碴。TBM连续皮带机悬吊拱顶，充分利用空间，降低对洞内行车及横洞的

24、影响。构建了钻爆法主洞+TBM中导洞+多竖井隧道空间创新设计和多工法组合工艺标准2.2.特长隧道快速建造关键创新技术多工法组合快速施工u 机械化配套、信息化管理，实现隧道全工序机械化作业，提高工程品质、工艺标准。三臂凿岩台车双机作业铣挖机配合挖机联合作业湿喷台车双机联合作业自行式液压仰拱栈桥自动挂布一体机新型二衬台车超前钻探开挖初支仰拱二衬附属施工构建了钻爆法主洞+TBM中导洞+多竖井隧道空间创新设计和多工法组合工艺标准2.2.特长隧道快速建造关键创新技术公路隧道多工法工艺标准编制公路隧道竖井施工规范1 1p 充分吸收国内外公路隧道竖井建设相关经验，以解决竖井施工问题为导向，提高竖井施工水平和

25、质量为目标，为公路竖井施工建造提供技术支撑。公路隧道TBM施工规范2 2p 系统总结公路隧道TBM施工技术方法及控制标准，为公路隧道TBM施工提供技术支撑。3.3.压注式TBMTBM掘进关键创新技术首次实现压注式TBM技术国产化，提高了极端环境下隧道施工工效。刀盘：整体式刀盘，刀盘上安装8把17英寸中心刀、39把19英寸面刀、11把19英寸边缘滚刀及铲斗。刀盘驱动：由刀盘转接座、大齿圈、主驱动、密封环、10台驱动电机装置及刀盘驱动组合密封组装而成。护盾：由底护盾，左右侧上护盾、左右侧下护盾和顶护盾组成。撑靴及推进机构：由撑靴、撑靴油缸、鞍架、推进油缸等组成。连接桥及后配套总装配：由连接桥2节、

26、喷砼桥1节、13节台车以及布置安装在各部台车上的液压、水、润滑、通风和电气控制系统等设备。主梁：由主梁加长段、前主梁、后主梁组成整体主梁。后支撑：位于TBM主梁的后部，用于支撑TBM换步行程的机器重量，在停机时用来升高或降低主梁高度。首次实现压注式TBM技术国产化，提高了极端环境下隧道施工工效。混凝土压注技术自主研发压注混凝土工法用素纤维混凝土，在单护盾掘进模式下，采用压注混凝土支护，做到实时支护，可快速通过不良地层。3.3.压注式TBMTBM掘进关键创新技术3.3.压注式TBMTBM掘进关键创新技术首次实现压注式TBM技术国产化，提高了极端环境下隧道施工工效。采用该工艺，平均压注进尺约6m/

27、d，持续时间4天压注进尺达到8环（9.6m），施工工效大幅提升，且不同围岩条件下压注混凝土工法支护材料成本较敞开式工法均有优势。4.4.安全高效穿越F6F6活动断裂带关键创新技术首次提出了穿越博-阿活动断裂带衬砌设计体系和TBM掘进工艺方法F6断裂带（博-阿断裂），是全新世活动断裂，主断裂桩号PK77+730PK77+830，宽度约100m；断裂影响带在隧道洞身里程PK77+520PK77+975，宽度约455m，为中等强富水段。此外，隧道穿越冰川和冻土地带，在春季温度升高，冰雪消融会导致隧道涌水量的增加。4.4.安全高效穿越F6F6活动断裂带关键创新技术首次提出了穿越博-阿活动断裂带衬砌设计

28、体系和TBM掘进工艺方法针对天山隧道跨断层段（440m），提出了减震缝的设计方案，结合减震缝、铰接接头的计算结果，提出了新型衬砌铰接接头结构型式；考虑铰接接头与减震缝的效果，提出了新型隧道纵向铰接-减震缝相间式结构形式。抗错断设计减震设计隧道抗震铰接设计超挖设计减震层抗震缝 抗错断设计主要是通过采用抗断措施减小隧道在断层错动时产生过大变形而受到严重危害 减震设计主要是指通过采用减震装置以减小围岩与支护间、支护与衬砌间在地震动过程中的相互挤压和嵌制，从而最大限度地减小隧道结构的拉伸、压缩和剪切变形横向横向纵向纵向减震缝示意图减震缝结构形式4.4.安全高效穿越F6F6活动断裂带关键创新技术首次提出

29、了穿越博-阿活动断裂带衬砌设计体系和TBM掘进工艺方法TBM施工存在的风险TBM快速高效掘进问题软岩大变形问题断层破碎带问题涌水、突泥问题高地应力条件下存在岩爆问题TBM穿越博-阿活动断裂带遇到的技术难题7月14日，TBM掘进过程中遇到了泥石流，单次涌泥量达300m7月20日，TBM掘进中遇到了破碎体，单次塌方量达100m，总塌方量达1000mTBM掘进过程中遇到了突涌水，最大涌水量达3200m/天 采用压注混凝土快速成壳施工技术，对拱顶高达8米的塌腔分层回填。4.4.安全高效穿越F6F6活动断裂带关键创新技术首次提出了穿越博-阿活动断裂带衬砌设计体系和TBM掘进工艺方法针对天山隧道跨断层段（

30、440m）及上述技术难题，TBM进行针对性设计，提出了管棚超前注浆固结+TBM快速通过的工艺方法。刀盘扩挖：扩挖半径 50mm顶护盾支撑油缸伸缩和限位功能刀盘扭矩配置推进液压油缸推力配置L1、L2区锚杆钻机配置功能TBM适应性功能管棚超前固结注浆100m核心段落，使用钢管片进行施工TBM设备上配置卡萨C3XP-2钻机，安装在L1区主梁5.5.深大竖井掘进关键创新技术世界首创撑靴式竖向掘进机竖井开挖技术，构建了大直径超深竖井机械化开挖设备及工艺体系。2#-1竖井，井深702m，内径9.5m，始发洞室开挖直径12.32m，竖井掘进机开挖直径11.4m，井口高程3616.55m，主要由花岗岩、花岗闪

31、长岩及闪长岩组成，抗压强度达到184.242MPa。5.5.深大竖井掘进关键创新技术世界首创撑靴式竖向掘进机竖井开挖技术，构建了大直径超深竖井机械化开挖设备及工艺体系。2#-1竖井，井深702m，从井口开始全断面开挖，自上而下施工，明挖段采用放坡开挖方式，始发段采用钻爆法施工，正常掘进段采用竖井掘进机施工，开挖后及时施作初期支护，开挖到井底后，由下而上施作二次衬砌。级衬砌结构图（55+10cm）级衬砌结构图（59+10cm）级衬砌结构图（70+10cm）5.5.深大竖井掘进关键创新技术世界首创撑靴式竖向掘进机竖井开挖技术，构建了大直径超深竖井机械化开挖设备及工艺体系。2#-1竖井，井深702m

32、，内径9.5m，始发洞室开挖直径12.32m，竖井掘进机开挖直径11.4m，井口高程3616.55m，主要由花岗岩、花岗闪长岩及闪长岩组成，抗压强度达到184.242MPa。从井口开始全断面开挖，自上而下施工，明挖段采用放坡开挖方式，始发段采用钻爆法施工，正常掘进段采用竖井掘进机施工，开挖后及时施作初期支护，开挖到井底后，由下而上施作二次衬砌。洞口临建按照正井法方式布设，主要包括稳车、绞车、井架、锁口及井身始发段50m施工（需考虑稳绞车设备配置和竖向掘进机相匹配，如起吊重量，天轮平台和吊盘匹配等），待施工完成后进行封底，安装竖向掘进机后，自上而下掘进直至井底，采用吸浆方式配合吊桶出碴，采用竖向

33、掘进机自带支护系统进行初期支护施工，最后从底部往上衬砌施工。5.5.深大竖井掘进关键创新技术世界首创撑靴式竖向掘进机竖井开挖技术，构建了大直径超深竖井机械化开挖设备及工艺体系。撑靴式竖向掘进机，开挖直径11.4m，由主机、吊盘、井上设备组成，主机包括刀盘、驱动、稳定靴系统、推进支撑系统、锚杆钢筋网钢拱架系统、出渣系统、排水系统等。5.5.深大竖井掘进关键创新技术世界首创撑靴式竖向掘进机竖井开挖技术，构建了大直径超深竖井机械化开挖设备及工艺体系。撑靴式竖向掘进机，开挖直径11.4m，由主机、吊盘、井上设备组成，主机包括刀盘、驱动、稳定靴系统、推进支撑系统、锚杆钢筋网钢拱架系统、出渣系统、排水系统

34、等。始发段施工洞口临建布设、锁口施工吊装拼装掘进施工、姿态调整清碴、转运、排碴锚杆打设、换步掘进钢筋网片安装5.5.深大竖井掘进关键创新技术世界首创撑靴式竖向掘进机竖井开挖技术，构建了大直径超深竖井机械化开挖设备及工艺体系。撑靴式竖向掘进机，开挖直径11.4m，由主机、吊盘、井上设备组成，主机包括刀盘、驱动、稳定靴系统、推进支撑系统、锚杆钢筋网钢拱架系统、出渣系统、排水系统等。循环时间计算掘进机一行程1.2m排碴时间2.4h；喷砼时间0.75h；单循环总时间2.4+0.75=3.15h。其中，钢架、锚杆、网片安装时间与掘进同步，掘进1行程时间不计入工序时间。序号围岩级别长度/m工效m/月备注1

35、V24100正常掘进，无大涌水、井壁坍塌等情况2IV161203III662150掘进指标分析5.5.深大竖井掘进关键创新技术竖向硬岩掘进机法施工 正井法施工 工法围岩类型工效（米/月）备注正井法级35 级50III80工法围岩级别长度/m工效m/月备注竖向掘进机法V24100正常掘进，无大涌水、井壁坍塌等情况IV16120III662150竖向掘进机法将TBM破岩工艺与传统钻井完美结合，实现了超大直径竖井一次成型，采用掘、排、支相结合的全新钻井工艺，避免了传统钻爆法对岩石的扰动，并将作业人员从恶劣的作业环境中解脱出来，实现井内掘进无人化操作；掘进出渣采用泥水循环系统排出，避免了对天山自然环境

36、的污染，显著增强了竖井施工的安全性和环保性。5.5.深大竖井掘进关键创新技术竖向掘进机于2021年12月12日始发掘进运输、组装吊装、下井、调试始发掘进6.6.隧道智能爆破关键创新技术自主研发了一套智能爆破设计软件，实现了围岩信息数字化采集、设计参数定量化计算。由隧道围岩识别系统、爆破设计系统两个系统组成，通过数字化手段采集围岩信息，定量化分析计算爆破设计参数，生成掌子面实施爆破设计，减少炸药单耗和超欠挖量，提供施工工效。隧道围岩识别系统-采用数字照相技术，对岩体表面及节理面几何信息进行高精度采集，并通过对隧道内序列掌子面地质图像的处理，提取岩层目标和节理、裂隙等，辅以岩石力学实验，得出围岩等

37、级及掌子面地质素描图，为隧道爆破设计提供必要的参考信息。掌子面简要介绍6.6.隧道智能爆破关键创新技术自主研发了一套智能爆破设计软件，实现了围岩信息数字化采集、设计参数定量化计算。断面开挖图像采集 采用中交一公局研发的矿山机器人拍摄高清掌子面照片，照片导入到系统当中，通过智能识别生成裂隙图。系统根据裂隙情况，通过图像处理算法分析出围岩等级。数码图像进一步处理色相调整结果灰度变换亮度调节原始图像全断面开挖隧道掌子面数码成像分部开挖隧道掌子面数码成像节理裂隙自动提取6.6.隧道智能爆破关键创新技术自主研发了一套智能爆破设计软件，实现了围岩信息数字化采集、设计参数定量化计算。掌子面围岩等级,形成掌子

38、面识别信息表检测并自动提取出掌子面图像中的节理、裂隙等边界，自动分析其特征参数，如单位面积裂隙长度、平均裂隙间距、裂隙条数等，并将掌子面围岩裂隙划分为三种类型（主要裂隙、次要裂隙、和无用裂隙）。岩体破碎程度自动分析 节理裂隙人工修正掌子面裂隙划分对软件提取出的掌子面图像中的节理、裂隙等特征参数进行分析，并通过开发在线编辑（添加或删除）功能实现节理裂隙识别图像后的人工修正，给出掌子面围岩等级。识别结果完成后，自动生成掌子面识别信息表，信息表主要包括项目名称、施工里程、掌子面面积节理体积指数Jv、完整性系数Kv、BQ值等。隧道围岩识别系统-采用数字照相技术，对岩体表面及节理面几何信息进行高精度采集

39、，并通过对隧道内序列掌子面地质图像的处理，提取岩层目标和节理、裂隙等，辅以岩石力学实验，得出围岩等级及掌子面地质素描图，为隧道爆破设计提供必要的参考信息。建立三维地质模型6.6.隧道智能爆破关键创新技术自主研发了一套智能爆破设计软件，实现了围岩信息数字化采集、设计参数定量化计算。自动生成爆破设计图和参数表岩体结构面及开挖面效果 爆破设计参数表掌子面相交岩层基于掌子面特征参数和围岩等级，通过软件自动生成参数与人工输入参数，自动分析得到爆破设计图和爆破参数表，打印输出爆破计算书。三维重建结构面视图爆破设计输出界面隧道爆破设计系统-根据图像序列内的对应岩层重建隧道三维模型，推断隧道施工前方的地质情况

40、。隧道爆破设计系统基于掌子面特征参数和围岩等级，通过软件自动生成参数与人工输入参数，自动分析得到爆破设计图和爆破参数表，打印输出爆破计算书。PartPart思考与建议思考与建议4 4 4 4四、思考与建议深埋长大公路隧道勘测技术亟待革新1）深埋长大公路隧道洞内千米级小型超前地质预报技术及装备2）超过5km距离水平钻勘察技术及装备3）大功率地面电磁测量仪、无缆地震仪和高空无人机航磁探测系统等核心装备四、思考与建议极端条件下长大隧道智能建造技术与装备1）高海拔、高地温、高地应力、高水压等极端自然环境或极端复杂地质条件超长隧道的安全快速施工技术超长隧道的智能施工装备技术超长隧道的建筑材料超长隧道的防

41、灾救援技术高应力高地温高水压环境下超长隧道修建技术深水深地多纬度高可靠性综合地质勘探技术长大隧道投资工期风险的全过程的管理与监控高应力高地温高水压环境下超长隧道修建技术超长隧道可持续发展设计和建造技术2）通过数字化与智能化的设计、生产加工、施工与运营维护技术研发，以及自动化与智能化装备研制，实现极端条件下长大隧道的快速、工业化、少人甚至无人建造。低真空悬浮高速铁路的特长隧道建设技术四、思考与建议山岭隧道装配化、智能化施工1）研发并推广应用隧道预制装配式结构构件智能建造及全生命周期在线监测检测关键技术2）探索依托 RFID、物联网、BIM 等技术，建立三者深度融合的预制装配式隧道结构全生命周期智能建造系统架构，可涵盖管理、建设、设计、施工单位的标准化预制装配式铁路隧道管理、生产、设计模式预制装配式隧道新型支护体系预制装配式隧道结构体系四、思考与建议多领域交叉学科的联合攻关降低长大隧道的运营风险1）车辆技术的革新将极大降低车辆碰撞及碰撞燃爆风险，降低长大隧道火灾发生几率；2）车道智能感知技术、大数据智能监控、云平台共享等技术的革新将极大的促进智慧隧道的建设，将最大程度的解决当前长大隧道面临的安全运营、舒适运营及智慧运营的技术难题。运营隧道内全时段多维度风险监测无人机全线侦查全网络智慧决策流程模块化AI决策