获奖等级：特等奖
项目名称：大跨度公路隧道支护理论与设计施工关键技术
“大跨度公路隧道支护理论与设计施工关键技术”项目研究，创新了大跨度公路隧道支护理论，创建了大跨度公路隧道结构设计方法，提出了大跨度公路隧道施工技术，形成了系统完整的大跨度公路隧道支护理论与设计施工关键技术体系。研究成果达到国际领先水平，填补了现行规范的空白，实现了大跨度公路隧道修建技术的重大突破，对大跨度公路隧道建设有引领和示范作用。
随着社会经济的迅猛发展，在发达地区城市周边主干线和新建、改扩建高速公路中，涌现出一大批双洞八车道公路隧道工程。与两车道、三车道公路隧道相比，单洞四车道公路隧道断面跨度更大、形状更扁平，且由于施工中多次扰动，围岩压力分布和支护结构受力更加复杂，结构稳定性差，工程中易出现失稳、垮塌等事故，常常阻滞设计和施工进度。究其原因，单洞四车道大跨度公路隧道支护理论尚不完善，缺乏系统的设计方法和施工技术，尚未形成相应的规范和标准。
“大跨度公路隧道支护理论与设计施工关键技术”项目（以下简称“项目”）历经多年科研攻关与工程实践，系统研究了大跨度公路隧道支护理论、设计方法和施工技术三大关键问题，形成了完整的大跨度公路隧道支护理论与设计施工关键技术体系，填补了大跨度公路隧道设计方法的空白，实现了大跨度公路隧道安全、快速、高效施工。
项目成果获省部级科学技术奖特等奖1项，授权发明专利17项、实用新型专利19项，发表学术论文52篇，其中SCI/ EI收录12篇，两篇入选交通运输部交通运输重大科技创新成果库，主编地方标准1部，获批省部级工法8项，培养研究生21名，部分成果已被编入《中国公路学报》编辑部撰写的“中国交通隧道工程学术研究综述·2022”，举办了18次共5000余人参加的全国技术培训交流会。成果应用于44座国家重点隧道工程，累计产生经济效益约3.75亿元，且间接经济效益远大于直接经济效益。
研究成果填补了现行规范的空白，实现了大跨度公路隧道修建技术的重大突破，对大跨度公路隧道建设有引领和示范作用，对推动我国大跨度公路隧道工程技术整体水平进步的作用特别明显。项目成果经中国公路学会组织专家评价认为达到国际领先水平。
创新了大跨度公路隧道支护理论
项目探明了大跨度公路隧道变形规律，建立了扁平率与跨度对隧道稳定性影响的分析计算方法，揭示了不同扁平率与配筋率大跨度公路隧道二次衬砌承载特性，为大跨度公路隧道设计与施工奠定了理论基础。
探明了大跨度公路隧道变形规律 基于5个地区的8座大跨度公路隧道的现场试验，获得测试数据数万组，发现大跨度公路隧道拱顶下沉大于周边位移。隧道围岩条件差时，施工工序繁多，拱顶下沉在各导洞下台阶和相邻导洞施工时，出现多次急剧增长。周边位移在上半断面开挖完成后急剧减小，隧道结构向外扩张。与单洞两、三车道公路隧道变形规律显著不同。
建立了扁平率与跨度对隧道稳定性影响的分析计算方法
项目提出了基于复变函数的隧道围岩应力解析计算方法，发现随着跨度增大和扁平率减小，隧道拱部围岩拉应力的范围和量值增大，边墙围岩压力显著增大。建立了隧道地层-结构数值计算模型，发现随着扁平率增大，初期支护结构最小安全系数先增大后减小，最大值相比最小值增大了57%。
揭示了不同扁平率与配筋率大跨度公路隧道二次衬砌承载特性
研发大跨度公路隧道大型物理模型试验系统，开展不同扁平率与配筋率大跨度公路隧道二次衬砌加载破坏试验，揭示了扁平率减小，二次衬砌弯矩出现多次急剧正负变化；配筋率增大对二次衬砌力学性能提升效果不显著。
创建了大跨度公路隧道结构设计方法
项目提出了大跨度公路隧道围岩分级标准，构建了大跨度隧道围岩压力计算方法，建立了基于NSGA-II算法的大跨度公路隧道扁平率与初期支护参数多目标优化方法，确定了单洞四车道公路隧道合理断面形式和支护结构设计参数，填补了大跨度公路隧道设计方法的空白。
提出了大跨度公路隧道围岩分级标准
大跨度公路隧道设计时，围岩级别往往被人为降级。项目以14座大跨度公路隧道85个断面围岩参数为样本，采用K-means聚类分析方法，得到大跨度公路隧道围岩分级中单轴饱和抗压强度Rc和岩体完整性系数Kv的范围，提出了大跨度公路隧道围岩分级标准，解决了大跨度公路隧道围岩分级不准确的问题。
构建了大跨度公路隧道形变围岩压⼒计算方法
现行隧道设计规范中围岩压力计算以松散荷载理论为基础，与目前隧道支护结构承受围岩形变压力的实际情况不符。项目基于414个大跨度公路隧道围岩压力实测数据，采用多因子耦合回归，构建了考虑隧道跨度、围岩级别和扁平率的大跨度隧道围岩压力计算方法，为大跨度公路隧道设计提供了基础条件。基于现场实测数据回归分析得到围岩形变压力计算公式，突破了现行规范松散荷载理论，填补了大跨度公路隧道围岩形变压力计算的空白。
提出了大跨度公路隧道合理断面形式与支护结构设计参数
合理的扁平率和支护参数是大跨度公路隧道设计的关键。现有大跨度公路隧道断面形式和初期支护参数设计只考虑单一因素，导致大跨度公路隧道设计无法兼顾安全性与经济性的问题。
项目综合考虑隧道断面扁平率和初期支护参数对隧道结构稳定性和经济性的影响，构建隧道扁平率与初期支护参数的多目标优化模型，以调研结果与工程实践经验作为优化模型的约束条件，建立了基于 NSGA-II算法的大跨度公路隧道扁平率与初期支护参数多目标优化方法。
采用以上方法，项目计算得到了单洞四车道公路隧道最优扁平率与初期支护参数。根据单洞四车道公路隧道的建筑限界和最优扁平率，采用三心圆法绘制了单洞四车道公路隧道设计时速 60公里、80公里、100公里、120公里 的合理内轮廓图。结合大跨度公路隧道工程实践，确定了单洞四车道公路隧道合理支护参数。
提出了大跨度公路隧道施工技术
项目提出了不同围岩级别的大跨度公路隧道开挖方法，研发了以上台阶CD法为核心的大跨度公路隧道施工工法，创新了大跨度公路隧道工法快速转换工艺，实现了大跨度公路隧道安全、快速、高效施工。
提出了不同围岩级别的大跨度公路隧道开挖方法
针对大跨度公路隧道施工开挖方法无章可循，施工安全和工效兼顾性差的问题，项目采用调研分析、现场实测与数值模拟相结合的方法，提出了大跨度公路隧道不同围岩级别适宜的开挖方法。
研发了以上台阶CD法为核⼼的大跨度公路隧道施工工法
在“摸清地质、吃透设计、掌握规律、保证安全”的前提下，结合前述大跨度公路隧道围岩稳定性和荷载、变形规律和支护力学特性的研究成果，项目优化施工方法，适当调整了各开挖部分的尺寸和形状，改变了其开挖顺序，仅在上台阶分部施工时施作中隔壁临时支护，提出了“上台阶CD法”新型开挖方法。
创新了大跨度公路隧道工法快速转换工艺
为提高开挖方法转化施工效率，提出了大跨度公路隧道 V3级围岩双侧壁导坑法向V2级围岩CD或CRD法转换的新工艺。相较于常规的开挖方法转化施工工艺，该新工艺降低了施工难度和风险，工期由传统工艺的36天缩短为14天，节约工期61%。
应用情况
项目成果优化了大跨度公路隧道的断面形式、支护参数和施工工艺，有效指导了大跨度公路隧道设计和施工，保障了隧道结构稳定性和施工安全性，降低了工程造价，加快了施工进度。经济效益和社会效益特别显著。
项目成果直接应用于山东济南老虎山隧道、G30连霍高速公路改扩建工程新疆杏花村1号和2号隧道、滨莱高速公路改扩建工程5座隧道、广东广州新建石门堂山隧道、贵州贵阳七冲村一号隧道工程建设，保证了隧道施工安全、工程质量和工期，节约了工程成本，经济和社会效益显著。以上工程贵阳七冲村一号隧道通车时间最早，为2016年12月29日，已安全运营6年；广州新建石门堂山隧道通车时间最晚，为2021年9月 16日，已安全运营22个月。这些隧道结构安全稳定，未发生衬砌渗漏、开裂等现象。
山东滨莱高速公路改扩建工程
项目成果推广应用于广东深圳至岑溪高速公路改扩建工程新莲花山隧道、浙江金丽温高速公路东延线工程大罗山隧道、江西大广高速公路吉安至南康段改扩建项目晓沅隧道、新疆乌鲁木齐绕城高速（西线）公路工程西山隧道等29 座国家重点隧道工程，有效指导了工程设计和施工，效果特别显著。
该成果应用于44座国家重点隧道工程，应用范围覆盖山东、新疆、贵州、广东、浙江、江西、云南等地，为国家节省 3.75亿元建设资金，对提升我国大跨度公路隧道工程技术和整体水平起到了特别明显的推动作用。
-LEYU
