十余年技術聯(lián)合攻關路

文|江西省高速公路投資集團有限責任公司

公路隧道因修建于地下，受地質復雜多變性的影響較為顯著，建設、運維難度遠超一般地上工程，傳統(tǒng)“二維設計、靜態(tài)施工、被動養(yǎng)護”模式存在“三階段分離”弊端，信息化施工、動態(tài)設計難以落實，建養(yǎng)脫節(jié)。江西省高速公路投資集團有限責任公司自2005年開始，聯(lián)合同濟大學、江西交通咨詢有限公司、江西省交通工程集團有限公司、上海同巖土木工程科技股份有限公司等單位，經過十多年的技術攻關，從三維地質延申至三維設計，以建養(yǎng)一體平臺為載體，運用自動化監(jiān)測、快速檢測及無紙化巡檢普查技術，實時采集施工運維關鍵數(shù)據(jù)，動態(tài)分析施工期圍巖穩(wěn)定性、變形發(fā)展趨勢及結構健康狀態(tài)，智能反饋指導設計施工及養(yǎng)護決策，無縫集成設計、施工及運維信息，已形成全面的公路隧道智慧建養(yǎng)關鍵技術成套體系。

實現(xiàn)隧道管控、設計、施工、運維的智能化

針對公路隧道三維參數(shù)化設計及設計計算一體化分析技術空白、施工安全質量動態(tài)管控落實不足、運營期結構評價與考慮二次受力加固設計缺乏理論依據(jù)，以及建養(yǎng)脫離等疑難問題，“公路隧道智慧建養(yǎng)關鍵技術及應用示范”項目綜合運用室內試驗、力學仿真、軟件研發(fā)、平臺集成及現(xiàn)場測試等多種手段，覆蓋設計、施工及運維各階段，系統(tǒng)開展了公路隧道智能建養(yǎng)關鍵技術的研究與應用示范工作，提出了基于地質的公路隧道三維設計方法，并將模型數(shù)字化，使得設計信息方便、快捷應用于施工階段，結合視頻變形在線監(jiān)測、基于過程的施工安全風險快速評估、基于地質的圍巖穩(wěn)定性快速分析及支護動態(tài)設計方法，實現(xiàn)公路隧道施工安全及質量的動態(tài)智能管控。

此外，通過研究提出基于監(jiān)測檢測的隧道結構健康度評價與加固設計計算方法，借助基于圖像的襯砌裂縫快速識別、基于移動終端的無紙化巡檢，以及長期健康監(jiān)測技術，動態(tài)、量化評價并快速反饋結構運營安全狀態(tài)，為結構的維修養(yǎng)護籌劃提供了依據(jù)。

同時，該項目自主研發(fā)搭建公路隧道建養(yǎng)一體化管控平臺，有效集成全壽命周期各階段關鍵數(shù)據(jù)，有效解決了建養(yǎng)分離、后期養(yǎng)護缺乏前期地質與施工數(shù)據(jù)支持的技術難題。通過上述研究與成果的推廣應用，集成公路隧道智能建養(yǎng)關鍵技術體系真正實現(xiàn)了隧道工程的智能設計、智能施工及智能運維。

江西省吉蓮高速公路永蓮隧道應用了該項目研究成果

該項目的推廣應用情況

三維設計、安全動態(tài)管控等多項創(chuàng)新技術

在研發(fā)過程中，該項目取得了系列技術創(chuàng)新。

公路隧道三維設計。建立了基于子鉆孔遞歸的圍巖地質參數(shù)化建模方法，提出了公路隧道三維設計方法及其與數(shù)值計算的無縫對接技術，搭建了三維設計平臺。

公路隧道建設安全動態(tài)管控。建立了基于視頻圖像的隧道變形實時在線監(jiān)測系統(tǒng)；提出了基于地質、設計及施工參數(shù)的公路隧道施工安全風險動態(tài)快速評估方法、隧道圍巖穩(wěn)定性快速分析及支護參數(shù)動態(tài)設計方法。

公路隧道健康度評價與加固設計。建立了裂損襯砌承載能力的評價模型和健康度評價指標體系；開發(fā)了基于荷載-結構法的常見病害計算方法及平臺；實現(xiàn)了結構安全狀態(tài)的快速評價和智能反饋；提出了基于二次受力和疊合梁理論的襯砌加固設計計算方法。

公路隧道智能建養(yǎng)平臺?；诮y(tǒng)一的三維數(shù)字化模型，集成勘察、設計、施工、運維各階段多源異構數(shù)據(jù)，構建公路隧道建養(yǎng)一體化的智能管控平臺，實現(xiàn)全壽命周期信息的互聯(lián)互通。

應用于150余座公路隧道工程

該項目的成果整體技術已應用于井睦高速公路井岡山隧道、吉蓮高速公路永蓮隧道、德上高速公路隴首一隧道等工程，推廣應用于江西武吉高速公路、石吉高速公路、寧安高速公路、瑞尋高速公路、德昌高速公路，以及浙江杭紹臺高速公路、青海花久高速公路、甘肅渭武高速公路、福建廈門第二西通道等，共計150余座公路隧道工程、雙洞總長近60萬延米，有效改善了公路隧道施工安全質量管控及運維養(yǎng)護水平，預測預防塌方、突涌水等施工風險事故，節(jié)省了大量的勞動生產力，縮短了設計、施工及養(yǎng)護工期，顯著降低了施工成本及維修養(yǎng)護費用，延長了隧道使用壽命，間接帶動了江西、貴州、青海等多山地區(qū)的經濟發(fā)展。

該項目研發(fā)的養(yǎng)護檢查手持終端