【项目名称】

复杂条件下长大公路隧道智能安全建造关键技术及应用

【主要完成单位】
华中科技大学、中铁十一局集团有限公司、湖北建科国际工程有限公司、西南交通大学、中交第二航务工程局有限公司、湖北市政建设集团有限公司、湖北省数字产业发展集团有限公司、石家庄铁道大学

【项目简介】
随着交通强国战略和国家综合立体交通网建设深入推进，长大公路隧道建设日益面临深埋长距离穿越复杂山岭地层、断层破碎带发育、富水软弱地层广布等复杂工况。在隧道开挖卸荷、地下水渗流、爆破与机械振动、装备控制时滞等多源扰动耦合下，长大公路隧道围岩-装备-结构复杂系统呈现显著非线性、时变性与级联演化等特征，极易诱发掌子面失稳、围岩大变形等重大工程灾害。项目组依托国家重点研发计划、自然科学基金和重大工程实践，历时十余年系统攻关，构建了“风险推演-风险预警-风险治理”贯通的长大公路隧道智能安全建造理论方法与成套技术体系。项目提出了多源信息融合的围岩智能判识方法，建立了物理增强的智能本构与风险解耦模型，形成了知识-概率-能量协同的风险传导识别方法；构建了多源扰动响应监测、时空因果增强风险预测和可变阈值预警模型，建立了知识迁移支持的级联失效与早期诊断技术；建立了多目标全局寻优和装备时滞效应精确度量/动态匹配方法，研制了推拼同步智能掘进、智能钻爆等装备，开发了轻量化数字孪生决策系统。项目成果获授权专利117项（含发明专利70项），发表论文267篇（含SCI论文167篇），近十年严格他引超1.1万次，出版专著11部，形成国家/省部级工法11项，软件著作权13项，成果编入15部国家标准或行业规程。不良地质实时预报精度达95%以上，系统响应推演误差小于5%，计算效率提升约10倍，误漏警率降低20%以上，时滞参数度量精度达99%以上。项目成果整体达到国际领先水平，并在四川、湖北、云南等十余个省480余项复杂公路隧道工程中得到推广运用，近三年创造新增销售额158.72亿元、利润17.58亿元，取得了显著经济、社会和行业示范效益。

【主要创新点】
1）风险推演：提出了多源信息融合的围岩智能判识方法，建立了物理增强的智能本构与风险解耦模型，形成了知识-概率-能量协同的风险传导识别方法，揭示了复杂地质下围岩-装备-结构系统风险孕育、传导及临界突变机理。

2）风险预警：构建了多源扰动响应监测、时空因果增强风险预测和可变阈值预警模型，建立了知识迁移支持的级联失效与早期诊断技术，实现了由被动监测向自适应预警、前兆诊断转变。

3）风险治理：建立了多目标全局寻优和装备时滞效应精确度量/动态匹配方法，研制了推拼同步智能掘进、智能钻爆等装备，开发了轻量化数字孪生决策系统，实现了风险处置闭环管控。