搜索
12017年度国家科技进步奖推荐项目公示根据国家科学技术奖励工作办公室《关于2017年度国家科学技术奖推荐工作的通知》（国科奖字[2016]41号），国家铁路局推荐《高速铁路特长水下盾构隧道工程成套技术及应用》项目为2017年度国家科学技术进步奖一等奖，现就项目基本情况公示如下：一、项目名称高速铁路特长水下盾构隧道工程成套技术及应用二、推荐单位意见该项目依托广深港高铁狮子洋隧道，历经数年联合攻关，系统解决了高速铁路特长水下盾构隧道工程设计、施工、装备、运营中的诸多难题，取得了多项知识产权与创新成果。创建了高速铁路水下盾构隧道结构体系与设计方法，研发了适应长距离、高水压、严重软硬不均地层盾构施工与地中对接关键技术，创立了高速铁路特长水下隧道气动效应控制方法与防灾救援技术体系。在结构设计、轨道平顺性控制、盾构机地中对接、土岩复合地层长距离掘进、盾构装备研发、隧道空气动力学效应与缓解、特长水下隧道防灾疏散等方面形成了成套创新技术。采用该项目整体技术成果建成的狮子洋隧道是世界首座盾构法高速铁路水下隧道、国内最长和我国首座铁路水下隧道，工程获国家优质工程奖和菲迪克2015年优秀工程奖。自2011年12月通车以来，运营状态良好，被称为“世界高速铁路隧道修建技术的里程碑”。成果推广应用于全国各地共250余公里的复合地层盾构隧道，取得了显著的经济效益和社会效益。该项目成果打破了我国铁路“遇水架桥”的常规思维，突破了高速铁路水下盾构隧道的技术瓶颈，极大发展了世界高速铁路修建技术和现代盾构技术，总体达到国际先进水平，多项关键技术达到国际领先水平，极大推进了本领域的科技进步。2推荐材料属实，推荐书填写符合要求。推荐该项目为国家科技进步奖一等奖。三、项目简介我国水域辽阔、江河湖海众多，高速铁路因对线型要求极高（最小平曲线半径7000m、最大纵坡20‰），将不可避免穿越通航条件复杂、两岸环境敏感、气象条件恶劣的水域，此时水下隧道往往成为其最优方案。盾构法因安全、环保、快速等优点已成为水下隧道最为常用的修建方法。然而，与其他水下盾构隧道相比，高速铁路水下盾构隧道在结构安全保障、轨道平顺性控制、水下长距离安全掘进、运营舒适性与防灾疏散等方面的难度更大。面对世界上没有高速铁路水下盾构隧道、我国没有特长水下隧道及没有大直径盾构穿越土岩复合地层的技术现状，本项目历经数年联合攻关，系统解决了特长高速铁路水下隧道工程设计、施工、装备、运营中的诸多难题，形成了成套创新技术。【创新点一】创建了高速铁路水下盾构隧道结构体系与设计方法。建立了复合地层水下盾构隧道单、双层衬砌相结合的结构体系，开发了可有效控制软土沉降的“管片+内衬+隧底纵梁”新型空间结构（沉降≤15mm，且沉降曲率≤1/15000），提出了考虑施工效应的荷载计算方法与新型空间结构的分析方法，解决了高速铁路盾构隧道结构设计、轨道平顺性控制难题。【创新点二】研发了适应长距离、高水压、严重软硬不均地层盾构施工与地中对接关键技术。开发了盾构地中对接技术，解决了深水、宽海域下特长隧道修建难题；建立了复合式盾构掘进技术体系，研制了我国首台复合式大直径泥水平衡盾构机，攻克了大直径盾构长距离连续穿越软土、砂层、岩层及其破碎带的技术难题。【创新点三】创立了高速铁路特长水下隧道气动效应控制方法与防灾3救援技术体系。编制了高精度的高速铁路隧道气动效应计算软件，开发了世界首个双孔单线隧道洞口缓冲结构，提出了动车组火灾热释放功率标准，建立了世界首个双孔单线隧道水下紧急救援站，保证了高速铁路水下隧道乘车舒适性与防灾安全。获授权国家发明专利12项，软件著作权1项，省部级工法9项，出版论著2部、发表论文61篇，出版行业规范1项，培养博硕士研究生30余名。成果整体应用于广深港高铁狮子洋隧道工程，解决了其行车速度高、掘进距离长、地层复杂多变、盾构地中对接、水压力大、安全标准高等6大技术难题，节省投资2.77亿元；自2011年12月通车以来，运营状态良好，对完善我国高速铁路网具有重要意义；获国家优质工程奖和菲迪克2015年优秀工程奖，被誉为“世界高速铁路隧道修建技术的里程碑”。成果推广应用于珠三角城际铁路、长株潭城际铁路等全国各地共250余公里的复合地层盾构隧道，取得了显著的经济效益和社会效益。本项目成果打破了我国铁路“遇水架桥”的常规思维，突破了高速铁路水下盾构隧道的技术瓶颈，极大发展了世界高速铁路修建技术和现代盾构技术，总体达到国际先进水平，多项关键技术达到国际领先水平，极大推进了本领域的科技进步，对后续工程起到了引领和示范作用，并为更长、更大水深隧道的建设奠定了基础。四、客观评价1．对技术难度的评价中国工程院何华武院士为《高速铁路水下隧道研究与设计》一书做序时指出：狮子洋隧道工程地质条件复杂、技术难度极大。中国工程院王梦恕院士在其专著《中国隧道及地下工程修建技术》一书中指出：狮子洋隧道是隧道施工从“穿江”到“越洋”的转折性工程。盾构隧道为国内首次在软硬不均地层和岩层中采用，主要技术难点有：大直4径、长距离、高水压、软硬不均地层的盾构选型；对接技术关系到整个工程的成败；如何确保软土地基、软硬不均地层隧道工后沉降满足运营安全要求；特长水下隧道的防水技术、风险管理、防灾救灾、运营管理，对每一个建设者都是一次挑战。2．对技术创新性的评价1）工程验收报告评价2011年11月12日，铁道部的验收报告指出：在铁路隧道盾构法设计施工取得了突破，相继解决了盾构选型与设计、地质软硬不均、盾构掘进施工、江中对接拆机、无砟轨道设计与施工诸多技术、施组管理方面的难题，为全路盾构隧道施工提供了技术与组织管理经验。2）“高速铁路水下盾构法隧道设计关键技术”技术评审2014年11月14日，中国铁路总公司主持，以周丰峻院士为主任、史玉新设计大师为副主任的专家组评审结论为：提出了埋置深度选择原则，并应用水下盾构地中对接技术，创新了总体设计方法；通过盾构双层衬砌及隧底纵梁的创新设计，解决了高速铁路隧道软土、全强风化地层不均匀沉降问题。提出了岩石地层盾构隧道围岩压力的确定方法。合理确定了时速350km的双孔单线盾构隧道结构断面，提出了减小微气压波影响的洞口缓冲结构。提出了水下隧道防灾救援疏散定点模式。研究成果创新性突出，取得了显著的经济、环境和社会效益，总体上达到了国际领先水平。3）“狮子洋隧道复合地层盾构掘进姿态控制与对接技术”技术评审2013年8月28日，中国铁路总公司主持，梁文灏院士等专家的评审结论为：提出了具有创新性的成果，不但出色的解决了具体工程中的难题，而且对我国隧道工程的技术进步具有重要作用。本项科技成果总体达到国际领先水平。4）“QJRN-112泥水平衡盾构”成果鉴定2008年12月20日，中国机械工业联合会的鉴定结论为：该成套设备5具有自主知识产权，填补了国内大型泥水平衡盾构设计、制造领域的空白，成功替代了进口，打破了国外的技术垄断，整机技术性能指标达到国际同类产品先进水平，部分指标达到国际领先水平。5）“高速铁路隧道气动效应计算软件”成果评审2013年11月7日中国中铁股份有限公司的评审结论为：对列车内外瞬变压力、洞口微气压波、空气阻力的计算方法进行了改进，计算结果更符合实际情况。成果达到国际先进水平，其中洞口微气压波的计算方法达到国际领先水平。6）院士评价中国工程院何华武院士为《高速铁路水下隧道研究与设计》一书做序时指出：本书将高速铁路技术、现代盾构技术与狮子洋隧道的工程实践有机结合，具有较高的理论水平和适用价值，它的出版有助于提高我国复杂地质超长高标准水下隧道的修建水平，也为今后隧道向更长更大水深发展奠定了坚实基础。3．社会评价2011年3月20日，中央电视台报道：水下67米精确对接，世界行车速度最快水下铁路隧道贯通，标志着我国水下隧道建设的科研攻关取得了重大突破。2011年3月28日，科技日报报道：狮子洋隧道近日全线贯通，多项世界性技术难题全部破解，填补了我国泥水加压平衡盾构机施工多项技术空白。中文核心期刊《隧道建设》2015年第11期报道：广深港高铁狮子洋隧道获菲迪克工程项目优秀奖，代表了世界工程项目的最高水平。在软硬交替的特殊复杂地质条件下，采用盾构技术一次掘进的长度超过5km，而且是在60m的水下进行盾构对接，这在世界隧道建设史上是没有先例的。4．国内外重要科技奖励61）“高速铁路水下盾构法隧道设计关键技术”获2015年铁道科技奖一等奖（中国铁道学会）；2）“QJRN-112泥水平衡盾构机”获2010年辽宁省科技进步奖一等奖；3）“高速铁路水下盾构法隧道设计施工关键技术”获2014年中国建设工程施工技术创新成果奖一等奖（中国建筑业协会）；4）“狮子洋隧道复合地层盾构掘进姿态控制与对接技术”获2013年度中国施工企业管理协会科技进步一等奖（中国施工企业管理协会）；5）“高速铁路特长水下高风险隧道盾构施工及对接技术”获2012年度中国施工企业管理协会科技进步一等奖（中国施工企业管理协会）；6）“QJRN-112泥水平衡盾构机”获2009年中国机械工业联合会科技进步奖一等奖；7）“高速铁路水下盾构法隧道设计关键技术”获2012年中国铁道建筑总公司科学技术奖特等奖；8）“广深港客运专线狮子洋隧道”获2013～2014年度铁路优秀工程设计一等奖；9）“广深港高速铁路狮子洋隧道”获菲迪克2015年优秀工程奖；10）“广深港客运专线广深段”获2015年国家优质工程奖。5．与国内外相关技术的比较（直径10m以上水下盾构隧道）主要成果对比点国内外现有同类技术本项目成果结构技术结构体系单层衬砌，行车速度160km/h，沉降≤30mm，且沉降曲率≤1/10000首创“管片+内衬+隧底纵梁”空间结构，行车速度350km/h，沉降≤15mm，且沉降曲率≤1/15000荷载计算全土柱或压力拱理论，不适用于大埋深考虑泥水盾构施工效应的收敛-约束法，基于D-P准则的围岩-衬砌结构相互作用解析解，适用于大埋深。结构分析结构横向、纵向，静力、动力分别计算对空间结构建立了静动一体化结构分析方法盾构施工技术地中对接日本采用冻结法对接首创刀盘直接接触对接技术盾构掘进土岩复合地层最长掘进4050m土岩复合地层总掘进18680m，单台掘进最长5200m盾构设备少数复合式泥水平衡盾构可适应地中对接的大直径复合式泥水平衡盾构双孔隧道运营技术缓冲结构无双孔单线隧道缓冲结构世界首个双孔单线隧道缓冲结构火灾疏散常规横通道疏散技术首个双孔单线水下紧急救援站五、推广应用情况成果整体应用于广深港高铁狮子洋隧道，推广应用于广深港高铁深港段益田路隧道和深港隧道、珠三角城际铁路多条线路及佛莞线狮子洋隧道、7长株潭城际铁路湘江隧道和树木岭隧道、武汉三阳路公铁合建长江隧道、武汉地铁8号线越长江隧道、厦门地铁2号线跨海隧道、温州市域铁路S2线瓯江隧道、芜湖长江隧道等多个穿越土岩复合地层的盾构隧道项目，盾构段总长约254单洞公里，取得了显著的经济效益和社会效益。六、主要知识产权证明目录知识产权类别知识产权具体名称国家（地区）授权号授权日期证书编号权利人发明人发明专利有效状态发明专利盾构隧道中对接段衬砌结构中国ZL201210198886.62014.05.211407010中铁第四勘察设计院集团有限公司肖明清;邓朝辉;焦齐柱;季大雪;王腾飞;张惠兰有效专利发明专利一种盾构机在风化槽中脱困及刀盘修复的方法中国ZL201110207097.X2013.10.231290081中铁十二局集团第二工程有限公司；中铁十二局集团有限公司王宗勇;雷军;刘广钧;赵香萍;李有兵有效专利发明专利一种盾构隧道管片同步注浆方法和装置中国ZL200910157376.22012.01.18897855中铁隧道股份有限公司杜闯东；王坤；任成国；游永锋有效专利发明专利全断面掘进机盾体分半结构整体制作的工艺方法中国ZL201210220008.X2015.03.251614066北方重工集团有限公司任丽维；苏鹏程；杨涛；高伟贤；何恩光；赵海峰；巫思荣；赵羽；杜大川有效专利发明专利一种超大直径盾构掘进在高水压条件下更换盾尾刷的方法中国ZL