科技创新攻克隧道富水顽疾

时间：2024年02月05日

随着我国交通基础设施建设事业的快速发展，我国已经成为世界上公路隧道数量最多，建设发展最快的国家。公路隧道总规模已达26784.3公里；其中山岭隧道占比达97.4%，山区地下水储量约占82%；由于隧道结构处于地层、围岩的覆盖之中，隐蔽性强，衬砌背后易受各种劣化因子的影响，造成损伤积累。富水环境的隧道衬砌还会遭受高水压侵蚀、水压渗透等加剧结构损伤的外力作用，造成了承水压隧道结构损伤的复杂性，损伤的积累不仅导致了大量的隧道水害，甚至可能造成结构的突然失稳，导致大型灾害的发生，危及行车安全。因此，如何准确的评价隧道结构安全，精确的感知隧道结构服役状态，并为隧道管养单位提供科学的处置决策建议，确保隧道运营安全可防可控，长期以来一直是困扰富水隧道运营安全的关键难题。特别是隧道施工灾害之首-突水事故（约占45%），运营中 “十隧九漏”问题，使得富水隧道不仅施工难度大，而且运营风险高。当前，大规模的隧道投入运营，带来了巨大的管养压力，随着高压富水隧道占比逐渐增大，隧道结构开裂、渗漏水问题加剧，结构失稳垮塌与突涌水事故时有发生，严重威胁行车安全。

基于此，以中心为牵头单位的项目研究团队以国家重点研发计划课题等5项科研任务为支撑，针对富水隧道的结构安全问题，开展了隧道结构孕灾机理与快速评价、隧道结构灾变感知与智能判识及隧道结构灾变防控与韧性提升3个方面的研究工作，历时十余年，形成了富水隧道结构安全风险快速量化评价-多维度感知-智能装备管控的全链条智能防控成套技术体系，荣获了中国公路学会2023年科学技术奖二等奖。该项奖取得了以下主要创新成果:

◢ 揭示了“高水压+裂缝”服役状态下富水隧道结构应力、位移应特征与演化规律，提出了水压作用下裂损衬砌结构损伤等效量化方法与水压致损等效力学模型，开发了富水在役隧道结构安全快速评价系统。

◢ 提出了基于围岩/结构设计条件+结构应变/位移响应的外水压力补偿式监测与推演方法，研发了基于图像变焦分级采集+人工智能算法的上部结构裂缝/渗漏水等常见病损巡检机器人；研发了基于图像识别的渗漏水/裂缝高风险部位靶向监测装备，构建了富水隧道区域结构高精度安全感知体系和监测平台。

◢ 建立了基于结构承载安全量化评价的富水隧道结构安全风险处置标准，开发了富水隧道泄压控制排放系统，研制了隧道管沟检测与疏通装备，构建了富水隧道结构服役安全防控技术体系。

科研团队以上述创新成果为基础，结合众多实体隧道工程，开展了大量的研究工作，积极将研究成果付诸实践，成功应用于重庆、云南、贵州、四川、广西等地众多座隧道工程的相关建设与运营管理，有效预防了富水在役隧道病害 的发生，减少了结构病害处治与加固费用，发展了富水隧道结构安全评价体系，保证隧道工程的安全性和经济性，推动了隧道管养技术自动化与智能化发展，取得了良好的社会、经济及环境效益。

（撰稿人：关书敏、郭鸿雁）

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