《交通運(yùn)輸科學(xué)技術(shù)新成果推廣目錄》（２０２1）第二部分隧道工程篇《隧道多尺度精細(xì)化地質(zhì)預(yù)報(bào)及服役狀態(tài)管控關(guān)鍵技術(shù)》

完成單位：江西省交通科學(xué)研究院有限公司、江西省交通投資集團(tuán)有限責(zé)任公司；同濟(jì)大學(xué)；上海交通大學(xué)；江西交投咨詢(xún)集團(tuán)有限公司

主要完成人：榮耀、袁勇、艾青、孫洋、姚旭朋、徐義標(biāo)、周小勇、張承客、俞俊平、朱利晴、吳江鵬、 李志強(qiáng)、習(xí)小華、孫 斌、熊含威。

項(xiàng)目簡(jiǎn)介

　　本項(xiàng)目屬于隧道工程領(lǐng)域。

　　我國(guó)隧道里程雖已位居世界第一，但長(zhǎng)期以來(lái)不良地質(zhì)和結(jié)構(gòu)病害導(dǎo)致的事故仍頻繁發(fā)生，是隧道建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中無(wú)法回避的難題。為此，項(xiàng)目通過(guò)精細(xì)化探明隧道施工期地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)、快速智能化實(shí)現(xiàn)隧道運(yùn)營(yíng)期結(jié)構(gòu)病害檢測(cè)以及建立隧道狀態(tài)導(dǎo)向維護(hù)理論多年研究，取得如下創(chuàng)新：

　?。?）提出了不良地質(zhì)多尺度精細(xì)化超前預(yù)報(bào)方法，形成了利用物探數(shù)據(jù)多源信息融合的隧道圍巖快速分級(jí)技術(shù)，使圍巖等級(jí)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率提高到80%。

　　（2）研發(fā)了集成圖像識(shí)別-移動(dòng)攝影測(cè)量技術(shù)的隧道變形與滲漏水快速檢測(cè)樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)了隧道滲漏水識(shí)別與橫斷面收斂自動(dòng)化測(cè)量，檢測(cè)速度超過(guò)5km/h，測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差9mm。

　　（3）建立了隧道結(jié)構(gòu)服役性能退化模型，提出了非周期性檢查和多狀態(tài)導(dǎo)向維護(hù)為特色的隧道狀態(tài)導(dǎo)向維護(hù)理論。

　　本項(xiàng)目授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利10項(xiàng)（美國(guó)專(zhuān)利1項(xiàng)）、實(shí)用新型9項(xiàng)、軟件著作權(quán)8項(xiàng)，發(fā)表論文47篇，出版專(zhuān)著3部，主編地方標(biāo)準(zhǔn)1部。成果應(yīng)用于國(guó)內(nèi)十余條公路隧道等項(xiàng)目，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益15400萬(wàn)余元，有效提升了我國(guó)隧道工程災(zāi)變預(yù)報(bào)技術(shù)水平，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外隧道維護(hù)理論空白。經(jīng)中國(guó)公路學(xué)會(huì)組織專(zhuān)家評(píng)價(jià)，項(xiàng)目總體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，其中在隧道狀態(tài)導(dǎo)向維護(hù)技術(shù)方面達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

　　本項(xiàng)目獲得2021年度中國(guó)交通運(yùn)輸協(xié)會(huì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

　?。?）提出了多尺度精細(xì)化不良地質(zhì)超前預(yù)報(bào)方法，形成了利用物探數(shù)據(jù)多源信息融合的隧道圍巖快速分級(jí)技術(shù)。提出了兼顧地質(zhì)分析、地質(zhì)調(diào)查、物探鉆探、物性參數(shù)和定性定量預(yù)報(bào)結(jié)合的多尺度超前地質(zhì)預(yù)報(bào)原則，構(gòu)建形成隧道多尺度超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)體系。

　　提出融合TGP地震波縱波波速、現(xiàn)場(chǎng)回彈試驗(yàn)與室內(nèi)巖石單軸抗壓強(qiáng)度相關(guān)性的巖石強(qiáng)度現(xiàn)場(chǎng)快速獲取及修正系數(shù)標(biāo)定方法，建立了一套適合于高速公路隧道的圍巖快速分級(jí)方法。

　?。?）研發(fā)了集成光學(xué)和照相結(jié)合的圖像識(shí)別-移動(dòng)攝影測(cè)量技術(shù)的隧道變形與滲漏水快速檢測(cè)樣機(jī)。研發(fā)了基于圖像差影法的隧道表觀病害采集識(shí)別技術(shù)和基于移動(dòng)式攝影測(cè)量的隧道橫斷面變形檢測(cè)技術(shù)，搭建隧道智能運(yùn)維管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)隧道運(yùn)維全息病害云平臺(tái)同步和虛擬漫游展示，為大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的隧道智能維護(hù)奠定基礎(chǔ)。研制了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多功能實(shí)用化快速檢測(cè)裝備樣機(jī)，并初步達(dá)到了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的要求。

　?。?）構(gòu)建了隧道結(jié)構(gòu)服役性能退化概率預(yù)測(cè)模型和非穩(wěn)態(tài)隨機(jī)過(guò)程模型，建立了確定檢查周期和制定維護(hù)技術(shù)的隧道狀態(tài)導(dǎo)向維護(hù)理論。建立了不良地質(zhì)和施工缺陷等因素導(dǎo)致的隧道滲漏水病害損傷累積預(yù)測(cè)模型；發(fā)展了一種基于非穩(wěn)態(tài)Gamma過(guò)程的隧道結(jié)構(gòu)服役性能隨機(jī)過(guò)程模型，為隧道結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)性維護(hù)提供基礎(chǔ)。創(chuàng)建了隧道服役狀態(tài)導(dǎo)向維護(hù)方法，為隧道維護(hù)工作提供理論依據(jù)和管理工具，使隧道服役狀態(tài)可預(yù)測(cè)、可規(guī)劃、可優(yōu)化。

應(yīng)用案例

　　以多尺度超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)為基礎(chǔ)，成立了江西省地下工程探（檢）測(cè)技術(shù)設(shè)備工程研究中心，承擔(dān)相關(guān)省廳級(jí)課題研究二十余項(xiàng)，研究經(jīng)費(fèi)1000余萬(wàn)元；近五年來(lái)隧道累計(jì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)長(zhǎng)度近十萬(wàn)米，預(yù)報(bào)斷面近4000個(gè)，承接了昌寧高速、大廣擴(kuò)容高速、祁婺高速、宜遂高速、興贛北延高速等省內(nèi)多條高速和九綿高速等超前地質(zhì)預(yù)報(bào)項(xiàng)目100余項(xiàng)，完成相關(guān)合同產(chǎn)值3000余萬(wàn)元。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證和統(tǒng)計(jì)分析顯示該技術(shù)的預(yù)報(bào)結(jié)果準(zhǔn)確率達(dá)80%，有效的規(guī)避隧道施工中的諸多不良工程地質(zhì)問(wèn)題，保障了施工進(jìn)度，節(jié)省了建造投資，保障了隧道施工建設(shè)的安全。

　　隧道結(jié)構(gòu)病害智能檢測(cè)裝備應(yīng)用于江西省昌寧高速公路等項(xiàng)目的隧道掘進(jìn)面超欠挖快速檢測(cè)，并拓展應(yīng)用于南昌地鐵隧道，檢測(cè)速度達(dá)到5km/h，實(shí)現(xiàn)隧道所有環(huán)全覆蓋。表觀病害采集分析約2500環(huán)/小時(shí)，同等工作量人工檢測(cè)約24小時(shí)；斷面變形采集分析5000環(huán)/小時(shí)，同等工作量全站儀檢測(cè)約5小時(shí)。該裝備完全能夠滿(mǎn)足隧道結(jié)構(gòu)病害快速檢測(cè)需求，可快速獲取隧道結(jié)構(gòu)表觀滲漏水病害信息和隧道斷面變形信息，極大的提高了現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)工作的速度和效率，降低了隧道檢測(cè)成本。

　　創(chuàng)建的隧道滲漏水病害損傷累積預(yù)測(cè)技術(shù)結(jié)合隧道初始缺陷（不良地質(zhì)探測(cè)結(jié)果）與隧道運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀（病害檢測(cè)數(shù)據(jù)），所提出的多狀態(tài)導(dǎo)向維護(hù)策略與現(xiàn)行規(guī)范（《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》JTGH12-2015、《盾構(gòu)法隧道結(jié)構(gòu)服役性能鑒定規(guī)范》DG/TJ08-2123-2013）中技術(shù)狀況評(píng)定等級(jí)有效銜接，為隧道全壽命期服役狀態(tài)管控提供優(yōu)化方法和管理工具。

社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益

　　2018年~2020年，該項(xiàng)目成果成功應(yīng)用于祁婺高速、九綿高速等項(xiàng)目的多座隧道，近三年檢測(cè)隧道長(zhǎng)度近六萬(wàn)米，較傳統(tǒng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、檢測(cè)相比，節(jié)省成本20%~30%，三年累計(jì)新增產(chǎn)值約15400萬(wàn)元，新增利潤(rùn)約2310萬(wàn)元，新增稅收約924萬(wàn)元。

　　多尺度超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)極大的補(bǔ)充和完善了超前地質(zhì)預(yù)報(bào)研究理論中的不足，保障了隧道建設(shè)安全；隧道結(jié)構(gòu)病害快速檢測(cè)技術(shù)提升了病害發(fā)現(xiàn)能力，提高我國(guó)隧道施工和運(yùn)營(yíng)的風(fēng)險(xiǎn)控制能力；隧道狀態(tài)導(dǎo)向維護(hù)方法開(kāi)拓性的為隧道全壽命期維護(hù)提供了科學(xué)的理論工具和技術(shù)依據(jù)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外相關(guān)理論空白。該技術(shù)研究緊跟《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》要求，為建設(shè)好平安百年品質(zhì)工程具有重要的社會(huì)意義，應(yīng)用前景廣闊，社會(huì)效益顯著。