《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《复合地层隧道靶向控制爆破大数据系统研发与施工灾变防控关键技术》

本期项目简介

完成单位：山东省路桥集团有限公司、山东科技大学、山东大学

主要完成人：贺鹏，崔亚军，刘性锋，李为腾，张万志，张建彪，朱衍海，苏子龙，孔强，魏方永

项目简介

（一）项目背景

　　近年来频繁遭遇复合地层的东部沿海地区，隧道钻爆法施工过程中围岩渐进式变形破坏、大体量塌方等灾害时常发生，造成了重大人员伤亡和恶劣社会影响。本项目旨在破解复合地层隧道围岩等级稳健评定与施工动态变更难题，攻克隧道靶向控制爆破自动化设计与大数据管控技术壁垒，突破复合地层隧道高风险段围岩体协同稳控支护技术瓶颈，为国内同类隧道修建过程中规避风险、优化施工组织、节能减排提供技术保障。

（二）技术概况

　　主要研发了“隧道专用裂隙岩体结构信息智能解译与围岩分级云端交互系统”、“隧道施工全过程靶向控制爆破大数据管控平台”、“复合地层隧道围岩动参注浆-抗剪锚杆-高强拱架复合控制理论与综合治理技术”。实现了岩体结构精细化自动获取及量化表征，通过围岩亚级分级可靠度分析，实现了隧道及地下岩体工程开挖全过程的岩体质量渐变态势动态评估，为围岩等级即时变更、开挖工法转换及支护优化提供了数据支撑。所研发系统可有效地对隧道修建过程中各开挖循环对象实施远程、实时、动态爆破优化、管理与控制，为复合地层隧道的靶向爆破参数优化、爆破质量动态反馈与调控、施工全过程爆破大数据管智能决策等提供切实服务。

（三）适用范围

　　本项目研究可为钻爆法隧道修建中规避风险、优化施工、节约成本提供重要技术保障，研究成果对国内同类公路、铁路隧道及城市地铁建设都具有极其重要的指导意义。

（四）获奖情况

　　项目出版专著3部，SCI/EI论文28篇，行业工法3项，授权代表性发明专利10项、实用新型专利15项、软件著作权4项；培养博士硕士23名，专业技术人才27名，培育“省级青创人才建设团队”1个，举办技术培训会32次，打造校企联合教育实习基地3处，产生了积极学术与行业影响。

项目创新点

　　创新点一：破解了复合地层隧道围岩等级稳健评定与施工动态变更难题

　　开发了裂隙岩体图像处理与结构信息多元解译算法，实现了岩体结构“人脸识别”；提出了基于《工程岩体分级标准》BQ法的围岩亚级分级可靠度评定工法，实现了复合地层隧道施工全过程中岩体质量态势跟踪与稳健评判，集成开发了岩体结构信息智能解译与围岩分级云端交互系统；基于多源异构信息融合分析，实现了复合地层隧道围岩变形响应预测模型，构建了隧道施工全过程动态变更许可机制与评估决策体系。

　　创新点二：攻克了隧道靶向控制爆破自动化设计与大数据管控技术壁垒

　　构建了隧道靶向爆破炮孔及装药参数数字量化技术体系，提出了复合地层隧道围岩爆破开挖质量后效评估与动态反馈技术；提出了基于机器视觉的隧道掌子面炮孔参数智能获取技术，耦合云服务、大数据与网页加载技术，集成开发了复合地层隧道施工全过程靶向控制爆破大数据服务平台。

　　创新点三：突破了复合地层隧道高风险段围岩体协同稳控支护技术瓶颈

　　提出了基于并行运算的裂隙网络批量仿真模拟技术，揭示了复合地层隧道危石群空间形态演化规律与响应特征，建立了支护条件下关键块体稳定性评价的鲁棒可靠度指标；提出了复合地层围岩-支护结构耦合模型与钢管混凝土拱架支护技术；建立了裂隙岩体跨尺度分析理论与优化方法，构建了以“动参注浆-抗剪锚杆-高强拱架”为核心的复合地层隧道围岩协同稳控复合支护技术体系。

应用案例

　　本项目历经多年科技研发与工程实践，整体研究成果在我国京沪高速、青岛地铁、济南绕城高速超大断面隧道群等系列国家重难点工程30余条高风险隧道中得到推广应用。为复合地层隧道钻爆开挖的靶向控制爆破与智能管理、施工全过程围岩体地质灾变协同防控提供了技术支持。研究成果也成功应用于山东济泰高速、泰东高速、广西浦清高速等工程中，避免了隧道围岩体变形破坏、渐进性垮塌失稳等工程灾害事故发生，保障了隧道安全、高效爆破施工。

社会效益与经济效益

　　2018-2021年：京沪高速莱临段改扩建工程青龙崮隧道节支5130万元；济南绕城高速济南连接线工程老虎山隧道节支4300万元；青岛地铁13号线中交隧道工程局节支5277.8万元；济泰高速公路两条隧道节支7800万元；荣乌高速潍日段工程大瓮山隧道节支2240万元；济南绕城高速济西二环工程三条隧道节支2760万元；泰东高速公路三条隧道节支7560万元；青岛地铁6号线节支5559.3万元。项目同时也产生了积极学术与行业影响，通过项目产学研用一体化，有助于打造交通精品工程，服务“新基建”。