說明：擬推薦“復雜城市環境地鐵潰砂塌方災害控制關鍵技術”項目申報2018年度高等學校科學研究優秀成果獎（科學技術），現根據相關規定進行公示，公示期2018年7月9日~2018年7月13日。

意見反饋部門：集團公司科技處

聯系人：許偉

辦公地點：中鐵咨詢大廈1112

電話：51831987、52696071

 

一、項目名稱

復雜城市環境地鐵潰砂塌方災害控制關鍵技術

二、申報獎種

2018年度高等學校科學研究優秀成果獎（科學技術）項目

三、推薦單位

山東大學

四、項目簡介

本項目屬于交通運輸工程領域。

近年來，我國城鎮化和城市規模快速發展，地鐵建設方興未艾，截至2017年底，我國運營及在建地鐵城市56座，運營里程3884公里，在建里程達5291公里。因地鐵埋深相對較淺，常穿越第四系松散富水砂層，若處置不當極易發生涌水、潰砂與塌方等地質災害，導致人員傷亡、經濟損失與工期延誤，同時，地鐵周邊建筑林立、市政交通道路與管網密集，還易誘發建筑傾斜、道路塌陷、管線爆裂等環境災害，對城市居民人身安全構成嚴重威脅，如杭州地鐵風情大道塌方事故、佛山地鐵盾構區間塌方事故等。因此，復雜城市環境下地鐵潰砂塌方災害控制已成為城市地鐵安全建設亟需突破的重大工程技術難題。

本項目以國家自然科學基金及一批城市地鐵建設工程項目為支撐，歷經多年科研攻關與實踐，集成理論、材料、裝備與技術創新，攻克了復雜城市環境地鐵潰砂塌方災害控制的一系列難題，最終創立了成套災害控制關鍵技術。主要創新成果如下：

1、揭示了城市地鐵潰砂塌方災變演化規律與富水砂層注漿加固機理，實現了潰砂災害的動態高效判識與注漿加固體性能的定量計算，建立了富水砂層注漿加固效果與地表管線(建筑物)變形安全協同控制理論，豐富與發展了現有富水砂層注漿設計理論。

2、研發了一種新型水泥基復合注漿材料及配套生產工藝，解決了富水砂層無法有效注入的難題，研制了新型偏心回轉注漿泵，實現了注漿過程中漿液的穩壓、穩流泵送，為富水砂層注漿加固提供了有效材料與實用裝備。

3、提出了基于“量、壓、變形”三控的富水砂層注漿設計方法，研發了預加水平應力超前加固技術及雙層膜袋注漿管封固、防坍塌注漿固結等配套工藝，最終集成創立了復雜城市環境地鐵潰砂塌方災害控制成套技術。

研發成果在我國多個城市地鐵工程潰砂塌方及類似地質災害處治工程中得到全面應用，成功解決了青島、南京、濟南及徐州等城市地鐵工程數十個富水砂層及類似不良地質體的加固治理難題，受到建設單位和行業內專家的高度評價，經濟效益、社會效益顯著。

本項目獲國家授權發明專利11項，發表SCI、EI等高水平論文20余篇，多次在全國召開學術大會和技術培訓會，在山東、江蘇、吉林等地建立了工程示范基地，有力促進了行業科技進步，在地下工程防災減災領域起到了重要的引領和示范作用。

五、主要完成單位及創新推廣貢獻

1.山東大學作為項目第一完成單位，全面負責項目研究工作，其創新推廣貢獻主要包括：

(1)系統揭示了城市地鐵潰砂塌方災變演化規律與富水砂層注漿加固機理；

(2)建立了富水砂層注漿加固效果與地表管線(建筑物)變形安全協同控制理論；

(3)研發了一種新型水泥基復合注漿材料及新型偏心回轉注漿泵；

(4)提出了基于“量、壓、變形”三控的富水砂層注漿設計方法；

(5)研發了預加水平應力超前加固技術及雙層膜袋注漿管封固、防坍塌注漿固結等配套工藝；

(6)集成創立了復雜城市環境地鐵潰砂塌方災害控制成套技術。

推進了研究成果在青島地鐵、南京地鐵、徐州地鐵、濟南地鐵等工程項目中的推廣和應用，保證了工程的安全施工，推動了行業的進步，起到了示范作用。

2.中國石油大學（華東）作為項目承擔單位之一，主要負責富水砂層注漿加固理論及注漿設計方法方面的研究，其創新推廣貢獻主要包括：

(1)提出了富水砂層注漿加固體性能定量計算方法；

(2)研發了砂層可視化注漿模擬試驗系統的配套注漿裝置及監測裝置；

(3)協助第一完成單位研究了基于“量、壓、變形”三控的富水砂層注漿設計方法。

協助第一完成單位推進了研究成果在青島地鐵工程中的推廣應用。

3.中鐵工程設計咨詢集團有限公司作為項目承擔單位之一，主要負責富水砂層注漿加固理論及注漿設計方法方面的研究，以及現場試驗，其創新推廣貢獻主要包括：

(1)研究了富水砂層注漿加固理論，揭示了富水砂層劈裂-壓密-滲透注漿協同注漿加固機理；

(2)結合工程實踐，協助第一完成單位研發了系列關鍵技術及工藝；

(3)開展了地鐵潰砂塌方災害控制關鍵技術現場試驗。

協助第一完成單位推進了研究成果在青島地鐵等工程中的推廣應用。

4.青島市地鐵一號線有限公司作為項目承擔單位之一，主要負責富水砂層注漿加固關鍵技術工藝開發和現場試驗，其創新推廣貢獻主要包括：

(1)研究了預加水平應力超前加固技術中膜袋膨脹體積、注漿壓力等關鍵參數的確定方法；

(2)開展了注漿導致地表隆起變形的現場試驗，協助研究了注漿導致地表隆起變形機理；

(3)開展了針對富水砂層及類似不良地質體的注漿治理現場試驗。

負責成套技術在青島地鐵1號線的推廣與應用。

5.中國建筑第五工程局有限公司作為項目承擔單位之一，主要負責富水砂層注漿加固理論及新型注漿材料、注漿設備的試驗測試工作，其創新推廣貢獻主要包括：

(1)參與研究了富水砂層注漿加固理論，揭示了劈裂-壓密-滲透協同注漿加固模式；

(2)開展了新型注漿材料與新型注漿泵的現場應用試驗。

協助第一完成單位推進了研究成果在青島地鐵、濟南地鐵工程中的推廣應用

六、推廣應用情況

項目整體與部分成果已在中鐵十二局集團有限公司、中鐵五局集團有限公司、中鐵隧道集團有限公司、中國建筑第五工程局有限公司、中鐵十四局集團有限公司、中鐵二十二局集團有限公司、北京振沖工程股份有限公司等單位進行了推廣應用。

本項目針對復雜城市環境地鐵潰砂塌方災害控制的一系列難題，建立了富水砂層注漿加固效果與地表管線(建筑物)變形安全協同控制理論，研發了新型水泥基復合注漿材料與新型偏心回轉注漿泵，為富水砂層注漿加固提供了有效材料與實用裝備，提出了基于“量、壓、變形”三控的富水砂層注漿設計方法，研發了預加水平應力超前加固技術及雙層膜袋注漿管封固、防坍塌注漿固結等配套工藝，最終集成創立了復雜城市環境地鐵潰砂塌方災害控制成套技術，成功解決了青島、南京、濟南及徐州等城市地鐵工程數十個富水砂層及類似不良地質體的加固治理難題。如：青島地鐵13號線富水砂層治理工程應用本項目成果，改善了第四系松散砂層工程力學性能，避免了潰砂塌方等災害事故。

項目整體與部分成果在多個地下工程建設中進行了成功示范，經過鑒定項目整體成果達到了國際領先水平。

七、曾獲科技獎勵情況

無

八、主要知識產權證明目錄

類型	名稱	知識產權編號	單位	人員
授權發明專利	一種三維注漿試驗裝置及試驗方法	專利授權號： ZL201510708332X	山東大學；山東能源集團有限公司；濟南力穩巖土工程有限公司	劉人太；馮嘯；翟明華；趙少龍；范建國；郭信山；張兵；王慧濤
授權發明專利	一種前進式定域雙液注漿裝置及施工方法	專利授權號： ZL2015106571275	山東大學；山東新能源有限公司	劉人太；張世杰；張兵；賈廣輝；張連震；白繼文；王洪波；鄭卓；劉建國
授權發明專利	用于硬巖一次性開孔的系統及操作方法	專利授權號： ZL201210508939X	山東大學	劉人太；張兵；李術才；王漢鵬；張霄；李召峰
授權發明專利	室內注漿模型試驗用穩壓注漿泵及其安裝和使用方法	專利授權號： ZL2014101258082	山東大學	張慶松；李術才；王德明；李志鵬；朱明聽；張霄；張連震；鄭東柱
授權發明專利	一種適應于袖閥管仰角注漿的裝置及使用方法	專利授權號： ZL2016100649514	山東大學	張慶松；王洪波；張樂文；劉人太；張連震；鄭卓；張世杰
授權發明專利	一種防坍塌注漿固結裝置及其使用方法	專利授權號： ZL2015105091815	山東大學	潘光明；李術才；張慶松；林春金；華而業；楊騰；隨海通；杜緒新
授權發明專利	注漿擴散試驗裝置及其試驗方法	專利授權號： ZL2014106280985	山東大學	馮嘯；劉人太；李術才；張樂文；韓偉偉；孫子正；王洪波；王健；趙少龍
授權發明專利	一種大流量偏心回轉注漿泵及其使用方法	專利授權號： ZL2015109808206	山東大學	李術才；李夢天；張霄；張慶松；劉振國；戚厚羿；李鵬；李相輝；張家奇
授權發明專利	新型注漿材料被動螺旋均化及降塵裝置及工藝	專利授權號： ZL2015102636209	山東大學	李術才；白繼文；劉人太；張紅軍；仁智德；姜鵬；劉鵬；李良
授權發明專利	用于富水破碎巖體注漿治理的水泥基復合材料及制備工藝	專利授權號： ZL2015105266167	山東大學	李術才；李召峰；劉人太；白繼文；賈廣輝；沙飛；孫子正；張紅軍；張世杰；徐程；鄭卓
授權發明專利	應用于涌水砂土層中注漿管封固的雙層式膜袋裝置及方法	專利授權號： ZL2014106282355	山東大學	李術才；馮嘯；張樂文；劉人太；韓偉偉；孫子正；王洪波；趙少龍；王健
申請發明專利	一種適用于城市地鐵隧道的超前注漿控制方法	專利申請號： 201810673271.1	山東大學；山東科技大學；中鐵工程設計咨詢集團有限公司；山東交通學院	劉人太；郭焱旭；張慶松；韓偉偉；王雪亮；李志鵬；劉亞男；劉衍凱；周恒
申請發明專利	一種地層預加應力超前開挖穩定性控制方法	專利申請號： 201810668980.0	山東大學；中鐵工程設計咨詢集團有限公司；山東科技大學；山東交通學院	劉人太；李衛；王雪亮；韓偉偉；李志鵬；姜鵬；王曉晨；周恒
申請發明專利	一種地下工程襯砌滲漏水綜合治理方法	專利申請號： 201810670607.9	山東大學；山東交通學院；青島市地鐵一號線有限公司	劉人太；劉亞南；李志鵬；李克先；李衛；張建偉；姜鵬；劉衍凱；杜青
申請發明專利	一種基于鉆孔坍塌和誘導劈裂的砂層注漿地表抬升控制方法	專利申請號： 201810670494.2	山東科技大學；山東大學；中鐵工程設計咨詢集團有限公司；青島市地鐵一號線有限公司	韓偉偉；劉人太；王雪亮；李克先；李衛；張建偉；姜鵬
申請發明專利	一種多試塊滲流試驗裝置及使用方法	專利申請號： 2017108587648	山東大學	張慶松；劉衍凱；劉人太；王洪波；劉亞南
申請發明專利	一種隧道圍巖注漿加固開挖模擬裝置及方法	專利申請號： 2017104748570	山東大學	劉人太；楊紅魯；李術才；朱明聽；劉亞南；劉浩杰；桂大壯；姜其琛
工法	城市地鐵控制性膜袋注漿巖化施工工法	工法編號：SDSJGF 270-2017	青島市地鐵一號線有限公司	殷險峰；趙光泉；周桂銀；張建偉；耿賢軍；張振電；徐延晶

 

九、主要完成人情況表

1、姓名：劉人太       排名：1          技術職稱： 副教授

工作單位：山東大學

完成單位：山東大學

對本項目技術創造性貢獻：

揭示了城市地鐵潰砂塌方災變演化機理；提出了基于"量、壓、變形"三控的富水砂層注漿設計方法；提出了預加水平應力超前加固技術與前進式定域雙液注漿控制工藝。

曾獲科技獎勵情況：

①2015年，地下工程穿越富水軟弱地層重大災害控制成套技術，山東省科技進步二等獎，排名：2

②2013年，復雜地質條件下深井巷道動水治理關鍵技術，山東省科技進步一等獎，排名12

2、姓名：張慶松       排名：2          技術職稱： 教授

工作單位：山東大學

完成單位：山東大學

對本項目技術創造性貢獻：

建立了富水砂層注漿開挖安全與地表管線(建筑物)變形安全協同控制理論；研發了砂層可視化注漿模擬試驗系統；提出了洞內袖閥管仰角注漿控制工藝。

曾獲科技獎勵情況：

①2015年，地下工程穿越富水軟弱地層重大災害控制成套技術，山東省科技進步二等獎，排名：1

②2014年，隧道與地下工程重大突涌水災害治理關鍵技術及應用，國家科技進步二等獎，排名：2

3、姓名：王雪亮       排名：3        技術職稱： 高級工程師

工作單位：中鐵工程設計咨詢集團有限公司

完成單位：中鐵工程設計咨詢集團有限公司

對本項目技術創造性貢獻：

提出了新型注漿材料的研發思路；研究了富水砂層注漿加固理論，揭示了富水砂層劈裂-壓密-滲透協同注漿加固機理；主持開展了地鐵潰砂塌方災害控制關鍵技術現場試驗。

曾獲科技獎勵情況：

無。

4、姓名：張霄       排名：4        技術職稱： 副教授

工作單位：山東大學

完成單位：山東大學

對本項目技術創造性貢獻：

研發了新型偏心回轉注漿泵；協助第一完成人完善基于"量、壓、變形"三控的富水砂層注漿設計方法。

曾獲科技獎勵情況：

2014年，隧道與地下工程重大突涌水災害治理關鍵技術及應用，國家科技進步二等獎，排名：9

5、姓名：張連震       排名：5          技術職稱： 講師

工作單位：中國石油大學（華東）

完成單位：中國石油大學（華東）

對本項目技術創造性貢獻：

提出了富水砂層注漿加固體性能定量計算方法；協助第二完成人研發了砂層可視化注漿模擬試驗系統；協助第一完成人研究了基于"量、壓、變形"三控的富水砂層注漿設計方法。

曾獲科技獎勵情況：

無。

6、姓名：楊磊       排名：6          技術職稱： 副教授

工作單位：山東大學

完成單位：山東大學

對本項目技術創造性貢獻：

參與了新型注漿材料的研發制備工作；開展了預加水平應力超前加固技術的現場試驗。

曾獲科技獎勵情況：

2015年，山區高烈度地震區高聳危巖體崩塌機理與滾石沖擊危害風險控制，教育部科技進步二等獎，排名：10

7、姓名：韓偉偉       排名：7          技術職稱： 講師

工作單位：山東科技大學

完成單位：山東大學

對本項目技術創造性貢獻：

參與了砂層可視化注漿模擬試驗系統的研發；參與了砂層注漿機理的研究。

曾獲科技獎勵情況：

無。

8、姓名：李志鵬       排名：8         技術職稱： 講師

工作單位：山東交通學院

完成單位：山東大學

對本項目技術創造性貢獻：

參與研究了富水砂層注漿加固理論；開展了新型注漿材料與新型注漿泵的現場應用試驗。

曾獲科技獎勵情況：

無。

9、姓名：高東波       排名：9       技術職稱： 中級工程師

工作單位：中國建筑第五工程局有限公司

完成單位：中國建筑第五工程局有限公司

對本項目技術創造性貢獻：

參與富水砂層注漿加固現場試驗的實施，對研究成果進行推廣應用。

曾獲科技獎勵情況：

無。

10、姓名：李召峰       排名：10          技術職稱： 講師

工作單位：山東大學

完成單位：山東大學

對本項目技術創造性貢獻：

參與研發了新型水泥基復合注漿材料及配套生產工藝；參與了新型注漿材料的中試試驗。

曾獲科技獎勵情況：

無。

11、姓名：張建偉       排名：11        技術職稱：高級工程師

工作單位：青島市地鐵一號線有限公司

完成單位：青島市地鐵一號線有限公司

對本項目技術創造性貢獻：

協助第一完成人研發了預加水平應力超前加固技術；參與了成套技術的現場應用與推廣。

曾獲科技獎勵情況：

無。

12、姓名：沙飛       排名：12          技術職稱： 其他

工作單位：山東大學

完成單位：山東大學

對本項目技術創造性貢獻：

研究了新型注漿材料的微觀結構與宏觀力學性能。

曾獲科技獎勵情況：

無。

13、姓名：李克先       排名：13        技術職稱：教授級高工

工作單位：青島市地鐵一號線有限公司

完成單位：青島市地鐵一號線有限公司

對本項目技術創造性貢獻：

參與研究了注漿導致地表隆起變形機理；負責項目成套技術在青島地鐵的推廣與應用。

曾獲科技獎勵情況：

無。

14、姓名：潘光明       排名：14       技術職稱： 教授級高工

工作單位：山東大學

完成單位：山東大學

對本項目技術創造性貢獻：

研發了一種防坍塌注漿固結裝置及其使用方法，并開展了現場應用試驗。

曾獲科技獎勵情況：

2013年，復雜地質條件下深井巷道動水治理關鍵技術，山東省科技進步一等獎，排名6。

15、姓名：李衛       排名：15          技術職稱： 其他

工作單位：山東大學

完成單位：山東大學

對本項目技術創造性貢獻：

參與研究了富水砂層注漿加固機理；負責青島地鐵富水砂層注漿加固現場試驗方案實施。

曾獲科技獎勵情況：

無。

16、姓名：姜鵬       排名：16         技術職稱： 其他

工作單位：山東大學

完成單位：山東大學

對本項目技術創造性貢獻：

參與研發新型注漿材料的生產工藝；參與實施青島地鐵富水砂層注漿加固現場試驗。

曾獲科技獎勵情況：

無。

17、姓名：鄭卓       排名：17          技術職稱： 其他

工作單位：山東大學

完成單位：山東大學

對本項目技術創造性貢獻：

參與研究了富水砂層注漿加固機理。

曾獲科技獎勵情況：

無。

18、姓名：孫子正       排名：18          技術職稱： 講師

工作單位：河北工業大學

完成單位：山東大學

對本項目技術創造性貢獻：

參與研發了富水砂層可視化注漿模擬試驗系統；參與研發了新型注漿材料。

曾獲科技獎勵情況：

無。

19、姓名：李夢天       排名：19         技術職稱： 其他

工作單位：山東大學

完成單位：山東大學

對本項目技術創造性貢獻：

協助第四完成人研發了新型偏心回轉注漿泵。

曾獲科技獎勵情況：

無。

20、姓名：郭焱旭       排名：20          技術職稱： 其他

工作單位：山東大學

完成單位：山東大學

對本項目技術創造性貢獻：

參與研究了富水砂層注漿加固機理；參與項目關鍵技術在青島地鐵的現場應用試驗。

曾獲科技獎勵情況：

無。

21、姓名：王曉晨       排名：21          技術職稱： 其他

工作單位：山東大學

完成單位：山東大學

對本項目技術創造性貢獻：

參與研究了富水砂層注漿加固機理；參與項目關鍵技術在青島地鐵的現場應用試驗。

曾獲科技獎勵情況：

無

22、姓名：姜其琛       排名：22          技術職稱： 其他

工作單位：山東大學

完成單位：山東大學

對本項目技術創造性貢獻：

協助第一完成人研究了城市地鐵潰砂塌方機理；參與研發新型注漿材料及配套生產工藝。

曾獲科技獎勵情況：

無。

23、姓名：劉亞南       排名：23          技術職稱： 其他

工作單位：山東大學

完成單位：山東大學

對本項目技術創造性貢獻：

參與研發新型注漿材料及配套生產工藝。

曾獲科技獎勵情況：

無。

24、姓名：劉衍凱       排名：24          技術職稱： 其他

工作單位：山東大學

完成單位：山東大學

對本項目技術創造性貢獻：

參與研究了富水砂層注漿加固機理。

曾獲科技獎勵情況：

無。