“大道如虹逐梦行,砥砺奋进谱新篇。”近年来,我国隧道建设突飞猛进。截至2021年底,我国已建成公路隧道23268座,总长度24698.9km;已投入运营的铁路隧道17523座,总长度约21055km。回首2016-2022年,这是值得中国隧道人自豪的7年。这期间中国隧道在数量、长度、跨度、埋深等方面均取得了新的突破。,随着“交通强国战略目标”的提出,川藏铁路、滇中引水、引汉济渭等世纪工程孕育而生,隧道与地下工程大量建设,“深”、“长”、“险”、“大”已成为当前隧道工程的主要特点和难点。这些隧道修建过程中不仅要克服高海拔、缺氧、严寒等恶劣气候环境的影响,还面临着高地营力、高地温、富水岩溶、瓦斯富存、软岩大变形、岩爆等艰难工程环境的挑战。

正所谓“上天容易入地难”,人可以借助先进航天设备傲游天际,但地表千米以下的深部工程建设仍存在众多“卡脖子”难题。为了解决重大工程建设中的诸多难题,中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室何满潮院士通过积极开展新产品、新理念、新技术的研究,解决了一系列隧道工程世纪难题。被誉为隧道工程“禁区”的木寨岭公路隧道,隧道全长15150m,位于西秦岭低中山区,处于多个板块交界地带。根据现场调查及勘探,围岩类型以层状炭质板岩为主且层理厚度较薄,节理具有明显倾向性且较为发育,岩体较为破碎且水岩耦合作用下强度明显降低,全区基本为V级围岩;隧址区域内,地应力高达25MPa。在极高地应力条件下,隧道围岩大变形现象频发,原支护条件下,隧道围岩变形量超过1m占比达到20%。何满潮院士率队考察后,针对木寨岭特殊的工程地质条件及其隧道围岩大变形问题,提出了“隧道开挖补偿力学理论”和“新型高预紧力恒阻大变形(NPR)锚索支护方案”。经由陶志刚教授带领科研团队身临一线进行科研攻关,成功将木寨岭隧道围岩“米级”大变形控制在300mm以内。该项目是隧道工程领域内,开挖补偿理论和高预应力NPR锚索新材料的首次应用,填补了我国深埋隧道高地应力软岩大变形控制的空白,引起了国内外学者的关注。

建(个)元高速是云南省红河州“五网”建设和综合交通建设五年大会战的重点项目,也是红河州融入区域大发展的重要战略性交通联络线。其中,他白依隧道是云南省建个元高速公路的控制性工程,该隧道地处青藏高原东缘,全长2613m,最大埋深297m,V类围岩占比高达95.5%。隧道开挖断面宽度16m,中岩墙最大厚度21.4m,最小厚度14m,属于小净距隧道。同时,受区域断裂影响,隧道穿过多条断裂破碎软弱带,构造运动十分强烈,节理裂隙水极其发育,岩体呈破裂状松散结构,隧道频繁发生突泥涌水、断层破碎带大变形、塌方、仰拱隆起、初支侵限、二衬开裂等工程地质病害,是全线卡脖子工程,是我国断层破碎带影响下小净距隧道围岩大变形的典型代表。针对他白依隧道穿复杂断层破碎带、局部断层破碎带富水、小净距双线互扰、岩石风化软弱严重、构造应力影响剧烈的5大工程挑战,何满潮院士团队通过理论分析、数值计算、模型实验和现场试验等手段,对复杂断层破碎带大变形隧道开挖补偿理论及双梯度注浆关键技术进行了系统研究。研究成果不仅揭示了断层破碎带隧道NPR锚索高应力主动控制机制,还提出了断层破碎带隧道双梯度注浆、高应力NPR锚网索和桁架耦合控制设计参数及方法,并通过多源监测系统发现了隧道围岩变形收敛规律。该项目为双梯度注浆技术、高应力NPR锚网索桁架耦合支护体系的首次使用,施工进度提升了56.5%,实现了换拱率由原来46%降为现在“0”,二衬、仰拱处置段由原来18.7%降为现在“0”的突破,取得了显著的安全、社会和经济效益,对断层破碎带隧道建设有标志性的意义,推广应用前景极其广阔。

该项目邀请了23位评价委员会专家,通过考察云南省红河州建(个)元高速公路他白依隧道工程现场,听取项目组的汇报,审阅相关资料,以及质询讨论和评议,由中国工程院冯夏庭院士领衔的评价委员会对何满潮院士团队攻关的科研项目进行了高度赞扬,一致认为其首创的开挖补偿理论及双梯度注浆关键技术为我国复杂断层破碎带小净距隧道大变形治理提供了技术借鉴,该科技成果已达到国际领先水平。