守護四川藏區隧道安全線

文/四川藏區高速公路有限責任公司

獲獎等級：特等獎

項目名稱：四川藏區復雜環境高速公路隧道建設與運營安全風險防控關鍵技術

←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高速公路規劃中的重難點工程。這兩條線路地處青藏高原梯形過渡帶，深入藏區海拔陡增，沿線地形、地質及氣候極其復雜，生態環境極其脆弱。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。

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

同時，受重大風險源與構造運動持續影響，隧道群的結構安全難以保障。受強烈構造運動影響，區域地應力環境極其復雜，且持續緩慢演化，加之沿線廣泛分布的重大風險源，隧道襯砌結構在施工期和運營期都面臨巨大的安全風險。

區域生態環境敏感脆弱，給隧道建設與運營帶來的生態環境風險極高。線路穿越多處生態脆弱區，對水環境變化極其敏感。隧道施工與運營導致的地下水排放，破壞了地下水環境動態平衡，將面臨水土流失、生態系統退化等風險。

超長連續下坡隧道群路段路況復雜，行車安全難以控制。長大縱坡、長大隧道、隧道群組合出現，導致行車環境頻繁變化，極易誘發駕駛疲勞、制動失效、超速失控等風險，行車安全問題極為突出。

鑒于此，“四川藏區復雜環境高速公路隧道建設與運營安全風險防控關鍵技術”項目組以四川藏區雅康、汶馬高速公路沿線隧道為依托工程，圍繞隧道施工風險防控技術、隧道群結構安全監測技術、環境敏感區隧道防排水技術及長大隧道與隧道群行車安全保障與節能控制技術等方面開展了深入研究，形成了四川藏區復雜環境高速公路隧道建設與運營安全風險防控關鍵技術。研究成果不僅直接解決了雅康、汶馬高速隧道建設及運營安全的技術難題，系列研究成果還為后期整個西部山區及藏區的大量隧道工程提供重要的技術參考，對今后西部交通基礎設施的全面建設具有重要的戰略意義和理論指導價值。

攻堅克難結碩果

四川藏區行車環境特殊復雜，項目綜合采用了資料調研、理論分析、現場監測、數值模擬和室內模型試驗相結合的手段，針對四川藏區復雜環境下高速公路隧道建設與運營安全風險防控關鍵技術開展了深入研究。

惡劣地質條件長大山區隧道施工安全風險防控技術

項目考慮四川藏區工程地質與水文地質特征，剖析了隧道施工及運營典型重大風險源，探明了不同風險源的致災機理；提出了針對風險源動態調整的兩階段（施工準備和施工過程）風險評估方法，建立了隧道施工大變形定量風險評估方法；創建了基于坍塌征兆的觀測和監測，以及隧道坍塌綜合分析預警模型，研發了具有自主知識產權的隧道施工監測與坍塌動態分析預警系統；提出了基于風險分級的多風險源綜合施工防控措施，優化了隧道典型風險事故應急處置措施。

← 研究技術路線圖

惡劣地質條件隧道群結構安全監測技術

項目探明了四川藏區隧道在典型重大風險源影響下從施工期至運營期的結構力學演變規律，重點分析了變質軟巖流變效應及襯砌結構劣化影響下，隧道圍巖支護體系的時效作用機制。以此為基礎，考慮典型風險源的特征與致災機理，提出了針對不同風險源監測方案；為解決常用的埋入式元器件耐久性難以支撐隧道長期監測的難題，提出了埋入式（內部應力）與表貼式（表面應變）元器件協同監測技術，實現了對隧道長期結構的受力監測；建立了針對四川藏區高速公路隧道結構安全的模糊綜合評價模型，提出了基于模糊神經網絡的隧道結構安全推演法則，研發了隧道群結構安全評價與預警軟件平臺，實現了兩線隧道群結構安全的監測、評估及預警。

生態敏感區高速公路隧道防排水技術

為防控由于隧道施工與運營中地下水過量排放導致水土流失、生態系統退化等生態環境風險，項目建立了基于物元可拓模型環境敏感區公路隧道地下水環境影響評價方法；提出了環境敏感區公路隧道地下水限量排放指標實用計算方法，建立了符合生態環境防護理念的地下水處置措施；自主研發了生態敏感區公路隧道地下水流量無線自動監測設備，提出了基于衛星遙感衛片解譯進行隧址區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對區域生態環境質量的影響。

科技支撐保安暢

研究成果直接應用于四川藏區高速公路復雜環境長大隧道及隧道群的建設與運營的風險防控中，并在隧道施工安全風險防控、生態敏感區隧道環境保護、隧道群結構健康監測與評價、隧道群行車安全和照明節能控制等方面取得了良好效果。

項目提出的惡劣地質條件下長大山區公路隧道施工風險綜合防控技術，已應用于二郎山隧道、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、突水涌泥等典型風險開展了風險等級評估，在兩個階段分別采取了分級防控措施，降低了施工中的風險和事故發生率。

研發的針對典型重大風險源的隧道結構內部與襯砌表面協同監測技術，成功應用于鷓鴣山隧道（高地應力、變質軟巖）、獅子坪隧道（變質軟巖、高壓富水）及二郎山隧道（高地應力、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構監測。提出的基于人工智能的隧道結構安全推演方法和隧道結構安全評價與預警平臺，為雅康、汶馬高速全線隧道結構安全的保障工作提供了有力支撐，節省了大量運營期間的結構檢測和監測費用，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與數據支撐。

符合生態環境防護理念的隧道防排水技術，已成功應用于線路中包括二郎山隧道在內的多座典型隧道，并根據隧道分段不同生態環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境保護問題，保障了生態敏感區土壤含水量與區域植被生態。隧道修建完成后87.7%區域的土壤含水量，較修建前變化小于2%，區域最大土壤水分變化不超過4.5%，節省了大量生態環境恢復所需的時間與費用。

研發的視覺誘導動態邊緣率控速系統已成功應用于依托工程典型隧道中，解決了靜態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險主動預防與被動避險協同控制技術在雅康高速公路隧道的設計、施工、運營階段得到了應用，優化了已探明行車風險點的交安設施，并應用了相應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濟效益，降低了施工成本優化了支護參數，并有效減少了施工安全風險與事故發生率，減少財產損失合計約4.89億元；降低了監測及維護成本，在雅康、汶馬高速隧道的運營中節省了監測及維護費用1760萬元；避免了隧址區地下水流失，節省各項環保治理費用合計5850萬元；優化了隧道內照明系統，減少了無效照明，考慮長期運營中節能效果，實現經濟效益31080萬元。

與國內外同類技術對比

← 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，兩線的建成結束了甘孜州府和阿壩州府不通高速的歷史，對發展四川藏區經濟，維護藏區繁榮穩定，助力當地人民擺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和運營。

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

蜀道投資集團有限責任公司

蜀道投資集團有限責任公司（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任公司和四川省鐵路產業投資集團有限責任公司，通過新設合并方式組建的四川省屬國有企業，于2021年5月28日揭牌成立。作為四川省交通強省建設的主力軍和排頭兵，蜀道集團在交通基礎設施設計施工建設領域具有全球競爭力，業務涵蓋公路鐵路投資建設運營、相關多元產業（交通工程建設、交通物流、交通服務、交通沿線新型城鎮化建設、工程設計咨詢等）、智慧交通、產融結合四大板塊。所屬各級全資和控股企業332家，業務遍及30多個國家和地區，員工約5萬人；總資產突破1萬億元，凈資產達3108億元。累計投資建設運營高速公路里程超1萬公里，占全省的84%；投資建設運營鐵路里程約7000公里，占全省的75%。擁有4家AAA級境內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“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，在高速公路建設等領域取得了一批重大科技創新成果，獲得發明專利44項，實用新型專利357項，軟件著作權28項，省部級工法319項。獲得省部級及行業協會獎項30余項。

四川藏區高速公路有限責任公司

四川藏區高速公路有限責任（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任公司直屬企業。藏高公司注冊資本100億元，資產規模547億元，位居集團第二，是四川唯一一家大量承擔四川涉藏地區高速公路項目投資、建設和運營管理任務的國有企業。目前，藏高公司投資建設（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工作，為解決高速公路項目投資建設及運營管理中存在的問題，從“防災減災、生態環保、運營安全、經濟節能、智慧建造、重大工程”等方面統籌規劃，并依托項目以聯合技術攻關課題研究的方式逐步實施。同時，藏高公司積極承擔了國家級（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）等有關課題研究。