【需求简介】：

      巴基斯坦NEELUM-JHELUM (N-J水电站）工程位于阿萨得·查谟和克什米尔州（AJK)（巴基斯坦东北地区)，为长隧洞引水式水电站。该工程在尼拉姆河上的 NAUSERI建拦水坝和取水口，开挖一条长28.6km的引水隧洞将河水引入设在CHATTARKALAS的电站厂房，利用其间河水天然落差发电。电站工作水头为420m，总装机容量963兆瓦，是中亚地区规模最大的水电工程，被誉为“巴基斯坦的三峡工程”。TBM洞段在高山丘陵的岩石中（下 Muree地层）穿行，隧洞主要处于300m-1800m之间，最大埋深达1900m，具有大埋深、高地应力、长洞线的特点。

      随着TBM施工隧洞工程日益增多，且长距离大埋深的特点越来越显著，岩体所赋存的地质环境更为复杂，地应力更高，TBM开挖诱发的岩爆灾害严重突出。如2015年5月31日，N-J水电站TBM696 隧洞发生一起极强岩爆事件，造成该洞段已完成支护的近20m边墙沿轴线和垂直轴线开裂,锚杆钻机支撑梁断裂、TH梁断裂扭曲变形和大移位、TH梁锚钉断裂，TBM偏移，左右侧墙岩爆爆坑1.5-2.0m，修复长达半年之久;2016年1月，TBM恢复掘进期间岩爆灾害仍频发。岩爆灾害的频度、烈度、规模是浅埋低应力区工程施工所不曾遇到的，给国家、企业和人民群众造成了巨大的生命、财产和经济损失，同时也给工程设计、施工及灾害防治带来了新的困难与挑战。

      现有的微震监测方法研究主要针对固定的采场,传感器通常固定安装并包围目标监测区域，岩体微破裂源一般位于传感器阵列之内。深埋长隧洞开挖过程中，TBM掘进或钻爆法爆破是诱发岩体破裂及岩爆的主要原因。因此，岩体微震活动主要集中于掌子面前后，与之对应的是，距离掌子面约1倍洞径范围内岩爆活动最强烈且大多数岩爆发生在掌子面掘进后几小时内。深埋隧洞的施工特点决定了其微震监测方法有如下特点:(1）深埋隧洞属线性工程，传感器通常无法布置于掌子面前方;同时，爆破及岩爆对监测设备及技术人员的安全构成较大威胁。因此，传感器需距掌子面后方一定距离布置，致使多数岩体微破裂均位于传感器阵列之外;(2)隧洞的快速掘进决定了传感器布置需随掌子面的推进而实时动态调整。这样，就需要进一步研究传感器布置优化方法，使得传感器尽可能获取更多有效的微破裂源信号。

      因此，如何有效监测、预警和控制深埋长距离TBM掘进隧洞岩爆灾害，为工程设计、施工及灾害治理提供实时岩爆风险信息，减少岩爆灾害带来的生命和财产损失，成为深埋长距离TBM隧洞工程顺利进行、地下空间高速开发亟待解决的关键技术问题。

【单位简介及现有基础情况】：

      中国葛洲坝集团第三工程有限公司是世界500 强中国能源建设股份有限公司的全资子公司，是中国能建西北区域一体化、集约化、区域化、平台化的建筑专业化子企业。国内经营区域遍布全国，实现了陕西、新疆、湖北、福建等区域深耕;国际经营区域遍布巴基斯坦、俄罗斯、哈萨克斯坦等18个国家地区，国际业务综合占比达到50%以上。公司优先发展国际业务，优化发展国内业务，实现了承包投资双轮驱动，国际国内协同发展，正朝着水利水电、综合交通、城市建设结构转变。

      公司拥有水利水电工程施工总承包特级，水利行业专业甲级，公路总承包一级，市政公用、建筑工程、矿山工程、电力工程施工总承包二级，环保工程地基基础工程专业承包一级等各类、各级资质45项。公司抢占行业制高点，先后建设了世界第一、第二、第六高的面板堆石坝、世界最深压力竖井群、世界最高的碾压混凝土重力坝，代表人类首次穿越了喜马拉雅断裂带。拥有面板堆石坝施工中大坝变形控制、大坝渗流控制、大坝施工与质量控制、高寒地区水利水电工程施工、高发地震区水库工程施工与修复等国内外领先技术，先后获国家专利160项、工法14项、各级各类科技技术奖40余项。公司拥有各类工程设备3663台（套)，其中大型及专业施工设备1855台（套)，设备总原值14.13亿元，总净值4.94亿元。技术装备率约28.33万元/人，具备土石方挖填约6500万m³/年、混凝土浇筑3500万m³/年、金属结构制安6万t/年的综合施工能力。

      在巴基斯坦N-J水电站工程建设期间,中国葛洲坝第三工程有限公司与中国科学院武汉岩土力学研究所通力合作，针对长距离复杂频变地质条件下NJ一TBM隧洞岩爆灾害实时监测遇到的难题，广泛开展了TBM施工引水隧洞宽频段微震的监测方法研究，提出多类型、多组台站，紧跟岩爆灾害风险源动态循环移动，局部加强整体协同工作的微震监测优化布置方法，并利用人工神经网络的非线性映射能力和自学习能力，消除环境噪音的不利影响，获取有效的微震信号;根据已发生岩爆的地质条件、应力条件、施工掘进速率及支护条件,提出了基于微震实时监测信息的TBM长距离隧洞岩爆灾害定量动态预警与调控方法，并在N-J水电站深埋长距离TBM隧洞中进行了长期的成功应用。通过TBM长隧洞施工微震监测已取得了一些较好的成果，但监测精度与岩爆预警的精度与可靠性仍有提升的空间，需要结合数值分析理解应力场演化规律、围岩破坏机理，进一步优化传感器布置方案，从而提高微震源定位精度，进而达到提升TBM施工技术的目的。

【预期经济社会效益】：

      长距离隧洞TBM微震监测技术成果已在巴基斯坦N-J水电站深埋长距离TBM隧洞成功实践应用，累计监测预警超过5km，累计预警超过300 天，有效的降低了岩爆灾害发生频次和强度的同时，保障了TBM开挖效率，可为今后及其他类似工程在复杂地质环境下TBM隧洞施工提供宝贵的施工经验,具有重大的借鉴意义。

      参考N-J电站长隧洞成果的应用,技术成果的应用有效降低了岩爆发生的频次和强度,5.2km洞长可直接节省锚杆费用711万元,钢纤维混凝土费用757万元;与没有引入该研究成果的相同洞段相比，因工期节约4.5个月对应的固定成本3150万元。因此，预期经济效益可达3000万元以上，具有良好的社会和经济效益。

【产权归属、利益分配等要求】：

      该技术成果的产权归中国葛洲坝第三工程有限公司与中国科学院武汉岩土力学研究所共同所有。

【该需求已跟科研界合作情况】：

      在巴基斯坦N-J水电站引水隧洞建设过程中已与中国科学院武汉岩土力学研究所开展了广泛形式的合作，具有良好的协作沟通和相应的研究基础，拟继续与武汉岩土所合作开展研究并深入推广。