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在2023WTC世界交通運輸大會WTC2023隧道工程學部論壇——高地應力軟巖隧道大變形機理與防治技術論壇上，中國工程院院士杜彥良通過線上的方式，以“超長跨海隧道災害規(guī)律和施工控制關鍵技術研究”為題作報告，介紹了目前我國超長跨海隧道的災害規(guī)律與施工控制關鍵技術研究的進展情況。

(資料圖)

論壇現(xiàn)場

杜彥良以“超長跨海隧道災害規(guī)律和施工控制關鍵技術研究”為題作線上報告

研究背景和意義

我國沿海經(jīng)濟高速發(fā)展，對于跨海區(qū)域交通提出了巨大要求，2022年中國沿海省市經(jīng)濟總量達到了接近60萬億元，占國內總產(chǎn)值GDP的52%以上。我國大陸沿海沿線1.8萬公里，分布著渤海灣、臺灣海峽等多個海峽，將行政區(qū)域和城市圈天然分割，成為阻礙東部沿海互聯(lián)互通的瓶頸。為了突破瓶頸，通過輪渡、跨海隧道、跨海大橋等多種形式進行島嶼之間的互通。其中跨海隧道因其處于地下隱秘環(huán)境不受天氣環(huán)境影響，可以保障全天候通行而且可保護地表的海洋生態(tài)環(huán)境，并對國防戰(zhàn)略有重要的意義。圍繞交通強國和海洋強國戰(zhàn)略，跨海隧道是連接海峽、海灣的重要交通工程，同時是開發(fā)海洋經(jīng)濟的重要紐帶，對支撐海洋強國交通強國具有重要的支撐作用。

無論國際還是國內，海峽、跨海、穿江隧道發(fā)展都越來越快，國外比我國發(fā)展早一些，以英國、挪威、日本為代表的超長跨海隧道，有日本的青函海底隧道、歐洲海底隧道。我國近年來海底隧道也開始快速發(fā)展，目前貫通的有15條、在建7條，還有些大通道已經(jīng)規(guī)劃，比如渤海灣、瓊州海峽等。

我國已經(jīng)進入了穿江躍?？焖俚陌l(fā)展期，正處于當前和未來大規(guī)模的水下跨海隧道的建設時期，但是跨海隧道的建造運營面臨著空前復雜的地質條件和環(huán)境，一是極其復雜的地質條件，二是無限覆蓋的海水效應，三是地震的多發(fā)環(huán)境，四是惡劣的微環(huán)境等。這些特殊環(huán)境、特殊地質如果施工和運營掌控不好會造成巨大的災害，造成人身和經(jīng)濟損失。

跨海隧道建設運營面臨的三個難題

杜彥良提出，目前跨海隧道建設運營面臨著三個關鍵技術難題需要進行突破，即災害源的探測、建造運營期間大變形演化規(guī)律的認知、抗震運行結構的設計。要想突破以上問題，一是從跨海隧道災害源精細探測方面突破；二是建設運營期災難演化規(guī)律方面突破；三是在抗震運行結構設計方面突破。

杜彥良表示，解決三個關鍵技術問題的項目已于2019年立項，由多個單位共同承擔，主要是從地質探測和精細探測問題、結構的力學行為問題、抗震運行設計方法和設計理論、長區(qū)域過程長期感知監(jiān)測問題以及對災害的防控五個方面開始研究，預期取得以下成果。

圍繞精細探測，建立一套海底隧道施工不良地質精細探測與主動防護的基礎理論與關鍵技術來解決海底隧道壓密級突涌水通道探測技術難題。

在領先技術材料上進行突破，建立海水腐蝕環(huán)境不良地質、圍巖加固體與隧道支護結構長期協(xié)調設計方法，解決多長耦合、多尺度破壞的實驗理論與仿真。

在抗震設計方面建立兩個理論一個技術體系，突破不良地質的跨海隧道地質破壞機理及抗震運行設計關鍵技術，解決相關方面的結構設計理論難題。

圍繞跨海隧道多元信息感知結構性能分析，突破核心技術智慧感知，建立一套超長跨海隧道運營區(qū)多元信息技術感知與結構安全性的結構分析方法，解決多元信息條件下結構性能的評價。

通過學科的交叉來推動基于大數(shù)據(jù)驅動的不良地質的跨海隧道災備預報與控制。

重要創(chuàng)新突破

杜彥良說，通過近3年的研究，目前取得了重要的階段性進展。

跨海隧道災害源精細探測方面

突破壓密級通道探測難，海底隧道突涌水防護難的關鍵問題，提出了海洋地質背景超前探測方法，開發(fā)了相應的探測裝備。針對結構性探測問題發(fā)明了孔中雷達定向探測方法，針對海水性探測問題提出了孔隧積淀初始探測方法，研發(fā)了孔隧類合機電儀器樣機，施行嚴密級的探測。建立了突涌水的物理方法，研發(fā)了全程探測突涌水突涌到定位綜合預警技術平臺。

突破壓密級通道探測難，海底隧道突涌水防護難的關鍵問題。首先提出了海洋地質背景超前探測方法，建立了海底、洞內聯(lián)合觀測與探驗方法，開發(fā)了相應的探測裝備，突破海底隧道與斷裂坡隧道的地質背景成像問題，目前探測距離只達到150米（超過）。

針對結構性探測問題發(fā)明了孔中雷達定向探測方法，針對海水性探測問題提出了孔隧積淀初始探測方法，研發(fā)了孔隧類合機電儀器樣機，施行嚴密級的探測，探測距離可達200米以上，探測分辨率可以達到分貝級。

建立了突涌水的物理方法，研發(fā)了全程探測突涌水突涌到定位綜合預警技術平臺。通過平臺和技術的研究主要提升海底隧道突涌水災害的防控科學技術水平。

運營期災難演化規(guī)律方面

在不良地質海底隧道漸進突破機理與長期性能設計方法方面，主要是突破注漿加固體宏細觀漸進破壞理論的機理的氧化規(guī)律，研發(fā)了HMC耦合試驗平臺，攻克HMC耦合宏細觀測試和仿真技術難題。

提出了襯砌結構長期變形協(xié)調的韌性設計方法，研發(fā)了新型緩沖吸能器支護機構，建立了剛柔結合的跨海隧道支護結構韌性設計方法，編制了首部跨海隧道韌性結構設計規(guī)范，填補了相關的一些空白。

跨海隧道地震破壞機理抗震韌性設計方面

針對強震海水耦合和控制非一致機制不明的問題，建立了海域多點非一致人工合成地震模型，提出了靜動力統(tǒng)一人工邊界下跨海隧道場地的地震反應模型。

針對超長跨海隧道延全方位災害機理不明的問題，建立了考慮“海水-土體-結構”隧道，橫截面有效的輸入模型，提出了隧道多尺度精細化分析方法，揭示不良地質條件下超長跨海隧道結構的地震演化規(guī)律。

針對韌性設計理論研發(fā)了多臺聯(lián)動震動臺模擬設計平臺，對后續(xù)的研究提供了很好的手段和支撐。在大量的模擬實驗基礎上開發(fā)了不良地質段跨海隧道新型減震材料，目前在強烈區(qū)超長大直徑海底盾構隧道蘇埃海底隧道進行了應用。

不良地質段海底隧道多源信息的智慧感知性能分析

關鍵是對海底隧道結構劣化難以感知和辨識，以及多源信息的時空演化及關聯(lián)特征難題進行分析，提出了區(qū)域巡檢，通過巡檢和關鍵部位的監(jiān)測進行結合，推動海底隧道的安全檢測由人工到智能的轉變。

針對盾構管片性能，考慮接頭及地層參數(shù)分布不確定性的問題，提出了海底隧道管片性能的整體化分析方法。在此基礎上提出了基于改進的神經(jīng)網(wǎng)絡指標體系降維與組合賦權多準則妥協(xié)解排序法的結構性能評價方法，主要是針對結構病害的檢測、整體性能的分析以及性態(tài)的評估、長期運行的預測。

不良地質段跨海隧道災變預報與控制

針對海底隧道性態(tài)特征難解析，以及災變致因難溯源的難題進行研究，提出了海底隧道異常性態(tài)的辨識方法，建立了多類型的性態(tài)的模式特征庫，利用判識方法以所建立的模型特征庫提高了在噪聲影響下異常性態(tài)的準確識別。

建立了“隧道智腦”智能AI引擎。通過多個課題任務的研究，集成多元數(shù)據(jù)，設計了標準化的設計資源池，包括勘察設計、施工、運營、運維多方面的數(shù)據(jù)。

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