科技賦能強企 構(gòu)建質(zhì)量建投
今年4月，云南省人民政府發(fā)布關(guān)于2023年度科學(xué)技術(shù)獎勵的決定。集團“紅石巖堰塞壩水利樞紐工程關(guān)鍵技術(shù)”榮獲云南省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎特等獎，“高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋關(guān)鍵施工技術(shù)應(yīng)用”、“建筑安全性鑒定與抗震鑒定一體化關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用”、“隧道施工運營期結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測與智能預(yù)警關(guān)鍵技應(yīng)用”榮獲云南省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎三等獎。4項榮譽體現(xiàn)了集團在解決行業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)“卡脖子”難題上的創(chuàng)新能力和技術(shù)水平，標(biāo)志著集團在致力構(gòu)建“質(zhì)量建投”，激發(fā)創(chuàng)新創(chuàng)造動力、堅持科技賦能強企方面取得又一重大成果。
近年來，集團緊緊圍繞發(fā)展創(chuàng)效、管理創(chuàng)新、質(zhì)量創(chuàng)優(yōu)、價值創(chuàng)造目標(biāo)，全鏈條、全方位、全要素系統(tǒng)推進(jìn)質(zhì)量管理，致力構(gòu)建“質(zhì)量建投”，全面提升經(jīng)營質(zhì)量、投資質(zhì)量、融資質(zhì)量、工程質(zhì)量和管理質(zhì)量，管理效能明顯增強，科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級深度融合，品牌知名度和美譽度顯著提升，為集團內(nèi)涵式高質(zhì)量發(fā)展注入了強大動力，以質(zhì)量強企新成效助推全省經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展。7月3日，集團微信公眾號發(fā)布了紅石巖堰塞壩水利樞紐工程創(chuàng)新鑄盾、安瀾利民的故事。今日，繼續(xù)為你詳解保施高速隧道施工運營期結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測與智能預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)運用。
保施高速隧道施工運營期結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測與智能預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用
炎炎夏日，在集團投資建設(shè)的保山通往施甸的高速公路上，各類車輛快速、平穩(wěn)地駛過橋梁、穿過隧道。良好的駕駛通行體驗背后，駕駛員們不知道的是，在他們穿過的保場隧道、小官市隧道里，有一套高科技的預(yù)警技術(shù)，在時刻監(jiān)測著隧道的結(jié)構(gòu)安全，為來往司乘保駕護(hù)航。
這項技術(shù)就是“隧道施工運營期結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測與智能預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用”。目前，該課題研發(fā)成果已成功應(yīng)用于保施高速小官市隧道、保場隧道建設(shè)與運營，節(jié)約投資約6150萬元，縮短保場隧道施工工期2個月，縮短小官市隧道施工工期3個月，提高了隧道施工監(jiān)控技術(shù)水平，保障了隧道運營安全。
找準(zhǔn)病灶確定隧道結(jié)構(gòu)健康易損關(guān)鍵部位
保施高速公路項目起點接杭瑞高速，止點與規(guī)劃維永高速施甸至永德段順接，路線全長33.49公里。路線區(qū)域山脈、溝谷和凹地相互交錯，地下暗河、滑坡、不穩(wěn)定斜坡、崩塌與巖堆、土源性深切沖溝等不良地質(zhì)較為集中，多呈管道式徑流、排泄，富水性中等，這些特征對隧道有較大影響。
▲保施高速由旺互通
保施高速投資公司總工程師王忠偉介紹：“保施高速全線橋隧比高，隧道有6座，其中長隧道2座。過去隧道工程安全監(jiān)測和預(yù)警體系相對薄弱，監(jiān)測手段不足、數(shù)據(jù)采集不及時等問題導(dǎo)致了一些隧道事故的發(fā)生。如何確保保施高速項目隧道施工期和運營期安全，找到針對隧道施工運營期健康監(jiān)測、結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)評價、有效處治決策的方式方法，實現(xiàn)隧道施工運營期健康監(jiān)管，是我們要面臨的重要課題?！?/p>
▲隧道施工運營期結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)
保施高速項目公司自我加壓，決定開展“隧道施工運營全壽命期結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測與智能預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)研究”項目，探索隧道施工、運營全壽命期結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測與智能預(yù)警的關(guān)鍵技術(shù)，為隧道施工期和運營期安全管理提供科學(xué)理論和先進(jìn)技術(shù)支撐。
項目公司和科研團隊面臨的首要問題，便是確定隧道結(jié)構(gòu)健康易損關(guān)鍵部位，才能進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測。王忠偉說：“通過既有隧道病害調(diào)研、文獻(xiàn)調(diào)研、理論分析等手段，我們選取并確定了隧道結(jié)構(gòu)重點監(jiān)測段落?！?/p>
在考慮保障隧道施工期與運營期監(jiān)測機制連續(xù)性的基礎(chǔ)上，根據(jù)依托工程隧道的工程條件、結(jié)構(gòu)特征等，科研團隊初步篩選出需重點監(jiān)測段落，再對所選段落進(jìn)行分析，通過有限元數(shù)值模擬，建立相應(yīng)計算模型，根據(jù)計算結(jié)果最終確定監(jiān)測對象段落。
▲集成系統(tǒng)安裝與數(shù)據(jù)采集裝置安裝
基于數(shù)值極限分析法建立隧道施工運營階段的圍巖與結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)的極限位移標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合保施高速的特點，科研團隊在常規(guī)圍巖地質(zhì)條件下，補充了斷層破碎帶、軟弱圍巖以及變截面等特殊條件下的圍巖穩(wěn)定性判定標(biāo)準(zhǔn)，最終確定在保場隧道、小官市隧道選取隧道洞口、緊急停車帶、軟弱圍巖等3種不同結(jié)構(gòu)特性位置的拱頂、拱肩、拱腰等處進(jìn)行監(jiān)測，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確有效。
開出藥方找到隧道分階段典型損傷致災(zāi)機理與分級診斷評價方法
隧道結(jié)構(gòu)長期穩(wěn)定性評價一直是困擾隧道運營安全的關(guān)鍵問題。項目組基于隧道全生命期考慮，通過工程調(diào)研、數(shù)值模擬、理論研究等手段，分析不同階段隧道典型損傷病害，對施工期和運營期的隧道損傷致災(zāi)機理進(jìn)行了深入研究。
▲系統(tǒng)軟件平臺斷面與測點管理
項目組技術(shù)人員郭鴻雁介紹：“隧道結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評價指標(biāo)體系是一個多項目、多層次的復(fù)雜系統(tǒng)，每個層次又由多個診斷指標(biāo)組成。要對隧道的健康狀態(tài)進(jìn)行綜合診斷，需要對各層中的診斷指標(biāo)的診斷結(jié)果進(jìn)行綜合?！?/p>
▲保場隧道出口三維地質(zhì)分析模型
針對隧道施工期，項目組通過理論分析、室內(nèi)試驗、數(shù)值模擬等方法相結(jié)合，基于無支護(hù)條件下圍巖機理和失穩(wěn)模式的研究，引入圍巖穩(wěn)定安全系數(shù)這一量化指標(biāo)作為穩(wěn)定性判據(jù)，揭示隧道圍巖穩(wěn)定性動態(tài)演化機理。
課題通過現(xiàn)場試驗段引入復(fù)變量求導(dǎo)法，實現(xiàn)施工全過程圍巖力學(xué)參數(shù)的動態(tài)識別，建立隧道施工全過程圍巖穩(wěn)定分析的四維時空模型，揭示隧道施工全過程圍巖穩(wěn)定性演化規(guī)律，建立隧道施工全過程圍巖穩(wěn)定性動態(tài)分級方法，提出對應(yīng)監(jiān)測指標(biāo)的分級預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)，明確各級預(yù)警等級下隧道圍巖穩(wěn)定性狀態(tài)和可以采取的應(yīng)對控制措施。
▲系統(tǒng)軟件平臺監(jiān)測點統(tǒng)計
針對隧道運營期襯砌裂縫、滲漏水、襯砌剝落等典型病害進(jìn)行分析，項目組建立有限元數(shù)值模型，分析不同病害類型及病害程度對隧道結(jié)構(gòu)安全的影響?；诜治鼋Y(jié)果，對運營期隧道襯砌變形、應(yīng)力分布、襯砌裂縫分布等結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)進(jìn)行分析，研究在不同病害情況下隧道典型損傷致災(zāi)機理。面向不同病害致災(zāi)機理，提出不同的隧道結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評價指標(biāo)，進(jìn)而提出相應(yīng)監(jiān)測指標(biāo)，構(gòu)建多因素下隧道健康狀態(tài)分級評價體系。
郭鴻雁表示，項目組通過深入研究隧道結(jié)構(gòu)的工程原理和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，在掌握隧道工程復(fù)雜性和特殊性的基礎(chǔ)上，收集了大量的隧道結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和實測信息，進(jìn)行系統(tǒng)化整理分析，最終將復(fù)雜的結(jié)構(gòu)參數(shù)轉(zhuǎn)化為可量化的評價指標(biāo)，建立了準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)損傷模型和評價標(biāo)準(zhǔn)，為隧道工程的安全施工和運營提供了重要的技術(shù)支持和保障?！?/p>
成效顯著產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和社會效益
▲系統(tǒng)軟件平臺監(jiān)測數(shù)據(jù)
弄清楚隧道致災(zāi)機理和建立隧道病害評價標(biāo)準(zhǔn)體系后，就到了研發(fā)隧道結(jié)構(gòu)安全遠(yuǎn)程監(jiān)測裝備階段。項目組通過前端裂縫計、振弦式傳感器等監(jiān)測圍巖的應(yīng)力和變形情況，將數(shù)據(jù)通過移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器，在遠(yuǎn)程服務(wù)器上對數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、處理，采用模塊化軟件系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時采集，保證數(shù)據(jù)傳輸迅捷可靠和準(zhǔn)確性。
在項目推進(jìn)過程中，如何讓電腦實現(xiàn)自動識別隧道正常區(qū)域與病害區(qū)域的異同，也是一個需突破的難題。
通過對正常區(qū)域與病害區(qū)域兩者照片的比對，項目組發(fā)現(xiàn)，若隧道出現(xiàn)表觀病害，其周邊的圖像灰度值會發(fā)生變化，選擇合適的灰度閾值分割，提取特征邊緣，并根據(jù)不同發(fā)展時段的灰度程度值，便可實現(xiàn)對隧道外觀的識別，達(dá)到動態(tài)監(jiān)測病害變化的目的。
▲保施高速保場隧道
保施高速投資公司運營管理部部長莫江春介紹，項目組還曾遇到另一個難題。由于保施高速小官市隧道、保場隧道位置偏僻，隧道的通信信號較差，項目開展過程中，工作人員往往進(jìn)入隧道便直接“失聯(lián)”，還使得隧道實時監(jiān)測數(shù)據(jù)不能及時有效傳輸，直接影響監(jiān)測效果。
莫江春回憶，針對隧道內(nèi)無線通訊問題，項目組查閱文獻(xiàn)資料，咨詢通信領(lǐng)域?qū)＜?，決定采用擴頻通訊技術(shù)，最終實現(xiàn)在無中繼條件下最大通訊距離可達(dá)2.8公里，很好地滿足了5.6公里以下隧道的施工安全預(yù)警。針對超特長隧道通訊需求，項目組根據(jù)隧道施工環(huán)境研發(fā)了適用于隧道施工運營環(huán)境的通訊網(wǎng)關(guān)與中繼設(shè)備等，通訊距離實現(xiàn)無限加長。
▲保施高速施甸北收費站
目前，項目獲授權(quán)發(fā)明專利6項、實用新型專利6項，發(fā)表論文12篇，其中SCI/BI收錄9篇，出版專著1部，獲軟件著作權(quán)3項、新產(chǎn)品1項，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
【記者：朱金磊 責(zé)任編輯：蘇粲 朱國亮】
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