公路隧道深大通风竖井反井钻机施工技术研究
成 果 名 称：公路隧道深大通风竖井反井钻机施工技术研究
第一完成单位：绍兴市交通建设有限公司 （盖章）
其他完成单位：中铁隧道局市政工程有限公司
杭州交通工程监理咨询有限公司
中南大学
鉴 定 日 期：2021年3月18日
成果内容简介：
研究中采用以数值模拟为主，文献调研、现场监测及理论分析为辅的方法，对反井法施工技术中存在的技术难点问题进行研究，具体包括：①深大通风竖井导孔偏斜率控制研究；②深大通风竖井钻孔合理钻进参数研究；③深大通风竖井光面爆破规律及合理爆破参数研究；④深大通风竖井围岩稳定性研究；⑤深大通风竖井施工监控量测及信息反馈技术研究。数值模拟分析主要采用 LS-Dyna/ANSYS、ABAQUS、Midas GTS NX 程序，利用有限元强大的动力学功能对滚刀破岩、光面爆破进行研究，利用有限元强大三维开挖施工功能对围岩稳定性、地表沉降进行研究。遗传算法主要采用MATLAB中NSGAⅡ算法和BP神经网络，对钻进参数优化和井内变形预测进行研究。在数值分析的基础上，以陈家山隧道竖井和镜岭隧道竖井为依托工程，结合现场监测，分析地表爆破振速、井口地表沉降，井内水平收敛的变化趋势，为修正数值模拟模型，验证模拟的可靠性提供依据。通过理论推导，得出基于纵横弯曲理论的修正模型，探究稳定钻杆在控制导孔偏斜率的重要性，同时也根据理论探究竖井围岩和支护结构的相互作用关系，提出评价支护结构支护效果的方法。通过三年多的研究，已顺利完成各项研究指标。
通过本项目的研究，主要取得了以下创新性成果：
（1）研究了竖井导孔多目标钻进参数优化，提出了导孔钻孔合理钻进参数；
（2）引入二阶重力效应理论修正了纵横弯曲模型，提出了定量控制导孔片斜率的计算公式；
（3）系统分析了各类爆破参数对爆破效果的影响规律，提出了各类不同地层的光面爆破合理爆破参数。
推广应用前景：
项目研究成果已成功应用于杭绍台高速陈家山隧道竖井、镜岭隧道竖井的施工中，取得了良好的经济和社会效益，并且已形成施工指南和流砂层整治施工工法，对今后类似竖井工程提供借鉴和建议，为同类工程施工决策、方案调整提供科学依据。本项目研究成果适合推广到公路、铁路、煤矿等工程中采用反井法施工深大竖井的工程中。对于这类深大竖井，在设计中应结合数值模拟分析结果，合理控制导孔偏斜，合理选用扩孔钻头和钻井钻进参数，合理选用光面爆破方案，合理选用现场监测方案，明确设计和施工中存在的薄弱点，确保设计和施工的安全性和经济合理性。