《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２1）第二部分隧道工程篇《隧道多尺度精细化地质预报及服役状态管控关键技术》

完成单位：江西省交通科学研究院有限公司、江西省交通投资集团有限责任公司；同济大学；上海交通大学；江西交投咨询集团有限公司

主要完成人：荣耀、袁勇、艾青、孙洋、姚旭朋、徐义标、周小勇、张承客、俞俊平、朱利晴、吴江鹏、 李志强、习小华、孙 斌、熊含威。

项目简介

　　本项目属于隧道工程领域。

　　我国隧道里程虽已位居世界第一，但长期以来不良地质和结构病害导致的事故仍频繁发生，是隧道建设和运营中无法回避的难题。为此，项目通过精细化探明隧道施工期地质灾害风险、快速智能化实现隧道运营期结构病害检测以及建立隧道状态导向维护理论多年研究，取得如下创新：

　　（1）提出了不良地质多尺度精细化超前预报方法，形成了利用物探数据多源信息融合的隧道围岩快速分级技术，使围岩等级预报准确率提高到80%。

　　（2）研发了集成图像识别-移动摄影测量技术的隧道变形与渗漏水快速检测样机，实现了隧道渗漏水识别与横断面收敛自动化测量，检测速度超过5km/h，测量标准差9mm。

　　（3）建立了隧道结构服役性能退化模型，提出了非周期性检查和多状态导向维护为特色的隧道状态导向维护理论。

　　本项目授权发明专利10项（美国专利1项）、实用新型9项、软件著作权8项，发表论文47篇，出版专著3部，主编地方标准1部。成果应用于国内十余条公路隧道等项目，创造经济效益15400万余元，有效提升了我国隧道工程灾变预报技术水平，填补了国内外隧道维护理论空白。经中国公路学会组织专家评价，项目总体达到国际先进水平，其中在隧道状态导向维护技术方面达到国际领先水平。

　　本项目获得2021年度中国交通运输协会科技进步奖一等奖。

项目创新点

　　（1）提出了多尺度精细化不良地质超前预报方法，形成了利用物探数据多源信息融合的隧道围岩快速分级技术。提出了兼顾地质分析、地质调查、物探钻探、物性参数和定性定量预报结合的多尺度超前地质预报原则，构建形成隧道多尺度超前地质预报技术体系。

　　提出融合TGP地震波纵波波速、现场回弹试验与室内岩石单轴抗压强度相关性的岩石强度现场快速获取及修正系数标定方法，建立了一套适合于高速公路隧道的围岩快速分级方法。

　　（2）研发了集成光学和照相结合的图像识别-移动摄影测量技术的隧道变形与渗漏水快速检测样机。研发了基于图像差影法的隧道表观病害采集识别技术和基于移动式摄影测量的隧道横断面变形检测技术，搭建隧道智能运维管理平台，实现隧道运维全息病害云平台同步和虚拟漫游展示，为大数据驱动的隧道智能维护奠定基础。研制了具有自主知识产权的多功能实用化快速检测装备样机，并初步达到了产业化生产的要求。

　　（3）构建了隧道结构服役性能退化概率预测模型和非稳态随机过程模型，建立了确定检查周期和制定维护技术的隧道状态导向维护理论。建立了不良地质和施工缺陷等因素导致的隧道渗漏水病害损伤累积预测模型；发展了一种基于非稳态Gamma过程的隧道结构服役性能随机过程模型，为隧道结构预测性维护提供基础。创建了隧道服役状态导向维护方法，为隧道维护工作提供理论依据和管理工具，使隧道服役状态可预测、可规划、可优化。

应用案例

　　以多尺度超前地质预报技术为基础，成立了江西省地下工程探（检）测技术设备工程研究中心，承担相关省厅级课题研究二十余项，研究经费1000余万元；近五年来隧道累计预测预报长度近十万米，预报断面近4000个，承接了昌宁高速、大广扩容高速、祁婺高速、宜遂高速、兴赣北延高速等省内多条高速和九绵高速等超前地质预报项目100余项，完成相关合同产值3000余万元。经现场验证和统计分析显示该技术的预报结果准确率达80%，有效的规避隧道施工中的诸多不良工程地质问题，保障了施工进度，节省了建造投资，保障了隧道施工建设的安全。

　　隧道结构病害智能检测装备应用于江西省昌宁高速公路等项目的隧道掘进面超欠挖快速检测，并拓展应用于南昌地铁隧道，检测速度达到5km/h，实现隧道所有环全覆盖。表观病害采集分析约2500环/小时，同等工作量人工检测约24小时；断面变形采集分析5000环/小时，同等工作量全站仪检测约5小时。该装备完全能够满足隧道结构病害快速检测需求，可快速获取隧道结构表观渗漏水病害信息和隧道断面变形信息，极大的提高了现场量测工作的速度和效率，降低了隧道检测成本。

　　创建的隧道渗漏水病害损伤累积预测技术结合隧道初始缺陷（不良地质探测结果）与隧道运营现状（病害检测数据），所提出的多状态导向维护策略与现行规范（《公路隧道养护技术规范》JTGH12-2015、《盾构法隧道结构服役性能鉴定规范》DG/TJ08-2123-2013）中技术状况评定等级有效衔接，为隧道全寿命期服役状态管控提供优化方法和管理工具。

社会效益与经济效益

　　2018年~2020年，该项目成果成功应用于祁婺高速、九绵高速等项目的多座隧道，近三年检测隧道长度近六万米，较传统超前地质预报、检测相比，节省成本20%~30%，三年累计新增产值约15400万元，新增利润约2310万元，新增税收约924万元。

　　多尺度超前地质预报技术极大的补充和完善了超前地质预报研究理论中的不足，保障了隧道建设安全；隧道结构病害快速检测技术提升了病害发现能力，提高我国隧道施工和运营的风险控制能力；隧道状态导向维护方法开拓性的为隧道全寿命期维护提供了科学的理论工具和技术依据，填补了国内外相关理论空白。该技术研究紧跟《交通强国建设纲要》要求，为建设好平安百年品质工程具有重要的社会意义，应用前景广阔，社会效益显著。