科技赋能强企 构建质量建投
今年4月，云南省人民政府发布关于2023年度科学技术奖励的决定。集团“红石岩堰塞坝水利枢纽工程关键技术”荣获云南省科学技术进步奖特等奖，“高墩大跨径连续刚构桥关键施工技术应用”、“建筑安全性鉴定与抗震鉴定一体化关键技术应用”、“隧道施工运营期结构安全监测与智能预警关键技应用”荣获云南省科学技术进步奖三等奖。4项荣誉体现了集团在解决行业关键核心技术“卡脖子”难题上的创新能力和技术水平，标志着集团在致力构建“质量建投”，激发创新创造动力、坚持科技赋能强企方面取得又一重大成果。
近年来，集团紧紧围绕发展创效、管理创新、质量创优、价值创造目标，全链条、全方位、全要素系统推进质量管理，致力构建“质量建投”，全面提升经营质量、投资质量、融资质量、工程质量和管理质量，管理效能明显增强，科技创新与产业升级深度融合，品牌知名度和美誉度显著提升，为集团内涵式高质量发展注入了强大动力，以质量强企新成效助推全省经济社会高质量发展。7月3日，集团微信公众号发布了红石岩堰塞坝水利枢纽工程创新铸盾、安澜利民的故事。今日，继续为你详解保施高速隧道施工运营期结构安全监测与智能预警关键技术运用。
保施高速隧道施工运营期结构安全监测与智能预警关键技术应用
炎炎夏日，在集团投资建设的保山通往施甸的高速公路上，各类车辆快速、平稳地驶过桥梁、穿过隧道。良好的驾驶通行体验背后，驾驶员们不知道的是，在他们穿过的保场隧道、小官市隧道里，有一套高科技的预警技术，在时刻监测着隧道的结构安全，为来往司乘保驾护航。
这项技术就是“隧道施工运营期结构安全监测与智能预警关键技术应用”。目前，该课题研发成果已成功应用于保施高速小官市隧道、保场隧道建设与运营，节约投资约6150万元，缩短保场隧道施工工期2个月，缩短小官市隧道施工工期3个月，提高了隧道施工监控技术水平，保障了隧道运营安全。
找准病灶确定隧道结构健康易损关键部位
保施高速公路项目起点接杭瑞高速，止点与规划维永高速施甸至永德段顺接，路线全长33.49公里。路线区域山脉、沟谷和凹地相互交错，地下暗河、滑坡、不稳定斜坡、崩塌与岩堆、土源性深切冲沟等不良地质较为集中，多呈管道式径流、排泄，富水性中等，这些特征对隧道有较大影响。
▲保施高速由旺互通
保施高速投资公司总工程师王忠伟介绍：“保施高速全线桥隧比高，隧道有6座，其中长隧道2座。过去隧道工程安全监测和预警体系相对薄弱，监测手段不足、数据采集不及时等问题导致了一些隧道事故的发生。如何确保保施高速项目隧道施工期和运营期安全，找到针对隧道施工运营期健康监测、结构安全状态评价、有效处治决策的方式方法，实现隧道施工运营期健康监管，是我们要面临的重要课题。”
▲隧道施工运营期结构安全监测预警系统
保施高速项目公司自我加压，决定开展“隧道施工运营全寿命期结构安全监测与智能预警关键技术研究”项目，探索隧道施工、运营全寿命期结构安全监测与智能预警的关键技术，为隧道施工期和运营期安全管理提供科学理论和先进技术支撑。
项目公司和科研团队面临的首要问题，便是确定隧道结构健康易损关键部位，才能进行准确监测。王忠伟说：“通过既有隧道病害调研、文献调研、理论分析等手段，我们选取并确定了隧道结构重点监测段落。”
在考虑保障隧道施工期与运营期监测机制连续性的基础上，根据依托工程隧道的工程条件、结构特征等，科研团队初步筛选出需重点监测段落，再对所选段落进行分析，通过有限元数值模拟，建立相应计算模型，根据计算结果最终确定监测对象段落。
▲集成系统安装与数据采集装置安装
基于数值极限分析法建立隧道施工运营阶段的围岩与结构整体失稳的极限位移标准，结合保施高速的特点，科研团队在常规围岩地质条件下，补充了断层破碎带、软弱围岩以及变截面等特殊条件下的围岩稳定性判定标准，最终确定在保场隧道、小官市隧道选取隧道洞口、紧急停车带、软弱围岩等3种不同结构特性位置的拱顶、拱肩、拱腰等处进行监测，确保数据准确有效。
开出药方找到隧道分阶段典型损伤致灾机理与分级诊断评价方法
隧道结构长期稳定性评价一直是困扰隧道运营安全的关键问题。项目组基于隧道全生命期考虑，通过工程调研、数值模拟、理论研究等手段，分析不同阶段隧道典型损伤病害，对施工期和运营期的隧道损伤致灾机理进行了深入研究。
▲系统软件平台断面与测点管理
项目组技术人员郭鸿雁介绍：“隧道结构健康状态评价指标体系是一个多项目、多层次的复杂系统，每个层次又由多个诊断指标组成。要对隧道的健康状态进行综合诊断，需要对各层中的诊断指标的诊断结果进行综合。”
▲保场隧道出口三维地质分析模型
针对隧道施工期，项目组通过理论分析、室内试验、数值模拟等方法相结合，基于无支护条件下围岩机理和失稳模式的研究，引入围岩稳定安全系数这一量化指标作为稳定性判据，揭示隧道围岩稳定性动态演化机理。
课题通过现场试验段引入复变量求导法，实现施工全过程围岩力学参数的动态识别，建立隧道施工全过程围岩稳定分析的四维时空模型，揭示隧道施工全过程围岩稳定性演化规律，建立隧道施工全过程围岩稳定性动态分级方法，提出对应监测指标的分级预警标准，明确各级预警等级下隧道围岩稳定性状态和可以采取的应对控制措施。
▲系统软件平台监测点统计
针对隧道运营期衬砌裂缝、渗漏水、衬砌剥落等典型病害进行分析，项目组建立有限元数值模型，分析不同病害类型及病害程度对隧道结构安全的影响。基于分析结果，对运营期隧道衬砌变形、应力分布、衬砌裂缝分布等结构的健康状态进行分析，研究在不同病害情况下隧道典型损伤致灾机理。面向不同病害致灾机理，提出不同的隧道结构健康状态评价指标，进而提出相应监测指标，构建多因素下隧道健康状态分级评价体系。
郭鸿雁表示，项目组通过深入研究隧道结构的工程原理和设计标准，在掌握隧道工程复杂性和特殊性的基础上，收集了大量的隧道结构数据和实测信息，进行系统化整理分析，最终将复杂的结构参数转化为可量化的评价指标，建立了准确的结构损伤模型和评价标准，为隧道工程的安全施工和运营提供了重要的技术支持和保障。”
成效显著产生良好的经济效益和社会效益
▲系统软件平台监测数据
弄清楚隧道致灾机理和建立隧道病害评价标准体系后，就到了研发隧道结构安全远程监测装备阶段。项目组通过前端裂缝计、振弦式传感器等监测围岩的应力和变形情况，将数据通过移动通信网络发送到远程服务器，在远程服务器上对数据进行保存、处理，采用模块化软件系统实现监测数据的实时采集，保证数据传输迅捷可靠和准确性。
在项目推进过程中，如何让电脑实现自动识别隧道正常区域与病害区域的异同，也是一个需突破的难题。
通过对正常区域与病害区域两者照片的比对，项目组发现，若隧道出现表观病害，其周边的图像灰度值会发生变化，选择合适的灰度阈值分割，提取特征边缘，并根据不同发展时段的灰度程度值，便可实现对隧道外观的识别，达到动态监测病害变化的目的。
▲保施高速保场隧道
保施高速投资公司运营管理部部长莫江春介绍，项目组还曾遇到另一个难题。由于保施高速小官市隧道、保场隧道位置偏僻，隧道的通信信号较差，项目开展过程中，工作人员往往进入隧道便直接“失联”，还使得隧道实时监测数据不能及时有效传输，直接影响监测效果。
莫江春回忆，针对隧道内无线通讯问题，项目组查阅文献资料，咨询通信领域专家，决定采用扩频通讯技术，最终实现在无中继条件下最大通讯距离可达2.8公里，很好地满足了5.6公里以下隧道的施工安全预警。针对超特长隧道通讯需求，项目组根据隧道施工环境研发了适用于隧道施工运营环境的通讯网关与中继设备等，通讯距离实现无限加长。
▲保施高速施甸北收费站
目前，项目获授权发明专利6项、实用新型专利6项，发表论文12篇，其中SCI/BI收录9篇，出版专著1部，获软件著作权3项、新产品1项，产生了良好的经济效益和社会效益。
【记者：朱金磊 责任编辑：苏粲 朱国亮】
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