科技賦能強(qiáng)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(jiǎng)勵(lì)的決定。集團(tuán)“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(jiǎng)特等獎(jiǎng)，“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(yùn)營(yíng)期結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)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(jiǎng)三等獎(jiǎng)。4項(xiàng)榮譽(yù)體現(xiàn)了集團(tuán)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(tuán)在致力構(gòu)建“質(zhì)量建投”，激發(fā)創(chuàng)新創(chuàng)造動(dòng)力、堅(jiān)持科技賦能強(qiáng)企方面取得又一重大成果。
近年來，集團(tuán)緊緊圍繞發(fā)展創(chuàng)效、管理創(chuàng)新、質(zhì)量創(chuàng)優(yōu)、價(jià)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(yíng)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(qiáng)，科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級(jí)深度融合，品牌知名度和美譽(yù)度顯著提升，為集團(tuán)內(nèi)涵式高質(zhì)量發(fā)展注入了強(qiáng)大動(dòng)力，以質(zhì)量強(qiáng)企新成效助推全省經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展。7月3日，集團(tuán)微信公眾號(hào)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(yùn)營(yíng)期結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)與智能預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)運(yùn)用。
保施高速隧道施工運(yùn)營(yíng)期結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)與智能預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用
炎炎夏日，在集團(tuán)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(yàn)背后，駕駛員們不知道的是，在他們穿過的保場(chǎng)隧道、小官市隧道里，有一套高科技的預(yù)警技術(shù)，在時(shí)刻監(jiān)測(cè)著隧道的結(jié)構(gòu)安全，為來往司乘保駕護(hù)航。
這項(xiàng)技術(shù)就是“隧道施工運(yùn)營(yíng)期結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)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(chǎng)隧道建設(shè)與運(yùn)營(yíng)，節(jié)約投資約6150萬元，縮短保場(chǎng)隧道施工工期2個(gè)月，縮短小官市隧道施工工期3個(gè)月，提高了隧道施工監(jiān)控技術(shù)水平，保障了隧道運(yùn)營(yíng)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(xiàng)目起點(diǎn)接杭瑞高速，止點(diǎn)與規(guī)劃維永高速施甸至永德段順接，路線全長(zhǎng)33.49公里。路線區(qū)域山脈、溝谷和凹地相互交錯(cuò)，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(duì)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(zhǎng)隧道2座。過去隧道工程安全監(jiān)測(cè)和預(yù)警體系相對(duì)薄弱，監(jiān)測(cè)手段不足、數(shù)據(jù)采集不及時(shí)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(xiàng)目隧道施工期和運(yùn)營(yíng)期安全，找到針對(duì)隧道施工運(yùn)營(yíng)期健康監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)評(píng)價(jià)、有效處治決策的方式方法，實(shí)現(xiàn)隧道施工運(yùn)營(yíng)期健康監(jiān)管，是我們要面臨的重要課題?！?/p>
▲隧道施工運(yùn)營(yíng)期結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)
保施高速項(xiàng)目公司自我加壓，決定開展“隧道施工運(yùn)營(yíng)全壽命期結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)與智能預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)研究”項(xiàng)目，探索隧道施工、運(yùn)營(yíng)全壽命期結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)與智能預(yù)警的關(guān)鍵技術(shù)，為隧道施工期和運(yùn)營(yíng)期安全管理提供科學(xué)理論和先進(jìn)技術(shù)支撐。
項(xiàng)目公司和科研團(tuán)隊(duì)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(cè)。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(diǎn)監(jiān)測(cè)段落?！?/p>
在考慮保障隧道施工期與運(yùn)營(yíng)期監(jiān)測(cè)機(jī)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(tuán)隊(duì)初步篩選出需重點(diǎn)監(jiān)測(cè)段落，再對(duì)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(jì)算模型，根據(jù)計(jì)算結(jié)果最終確定監(jiān)測(cè)對(duì)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(yùn)營(yíng)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(diǎn)，科研團(tuán)隊(duì)在常規(guī)圍巖地質(zhì)條件下，補(bǔ)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(chǎng)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(cè)，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(jī)理與分級(jí)診斷評(píng)價(jià)方法
隧道結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期穩(wěn)定性評(píng)價(jià)一直是困擾隧道運(yùn)營(yíng)安全的關(guān)鍵問題。項(xiàng)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(duì)施工期和運(yùn)營(yíng)期的隧道損傷致災(zāi)機(jī)理進(jìn)行了深入研究。
▲系統(tǒng)軟件平臺(tái)斷面與測(cè)點(diǎn)管理
項(xiàng)目組技術(shù)人員郭鴻雁介紹：“隧道結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是一個(gè)多項(xiàng)目、多層次的復(fù)雜系統(tǒng)，每個(gè)層次又由多個(gè)診斷指標(biāo)組成。要對(duì)隧道的健康狀態(tài)進(jìn)行綜合診斷，需要對(duì)各層中的診斷指標(biāo)的診斷結(jié)果進(jìn)行綜合?！?/p>
▲保場(chǎng)隧道出口三維地質(zhì)分析模型
針對(duì)隧道施工期，項(xiàng)目組通過理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬等方法相結(jié)合，基于無支護(hù)條件下圍巖機(jī)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(dòng)態(tài)演化機(jī)理。
課題通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段引入復(fù)變量求導(dǎo)法，實(shí)現(xiàn)施工全過程圍巖力學(xué)參數(shù)的動(dòng)態(tài)識(shí)別，建立隧道施工全過程圍巖穩(wěn)定分析的四維時(shí)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(dòng)態(tài)分級(jí)方法，提出對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的分級(jí)預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)，明確各級(jí)預(yù)警等級(jí)下隧道圍巖穩(wěn)定性狀態(tài)和可以采取的應(yīng)對(duì)控制措施。
▲系統(tǒng)軟件平臺(tái)監(jiān)測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)
針對(duì)隧道運(yùn)營(yíng)期襯砌裂縫、滲漏水、襯砌剝落等典型病害進(jìn)行分析，項(xiàng)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(duì)隧道結(jié)構(gòu)安全的影響?；诜治鼋Y(jié)果，對(duì)運(yùn)營(yíng)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(jī)理。面向不同病害致災(zāi)機(jī)理，提出不同的隧道結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)而提出相應(yīng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)，構(gòu)建多因素下隧道健康狀態(tài)分級(jí)評(píng)價(jià)體系。
郭鴻雁表示，項(xiàng)目組通過深入研究隧道結(jié)構(gòu)的工程原理和設(shè)計(jì)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(shí)測(cè)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(píng)價(jià)指標(biāo)，建立了準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)損傷模型和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，為隧道工程的安全施工和運(yùn)營(yíng)提供了重要的技術(shù)支持和保障。”
成效顯著產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益
▲系統(tǒng)軟件平臺(tái)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)
弄清楚隧道致災(zāi)機(jī)理和建立隧道病害評(píng)價(jià)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(cè)裝備階段。項(xiàng)目組通過前端裂縫計(jì)、振弦式傳感器等監(jiān)測(cè)圍巖的應(yīng)力和變形情況，將數(shù)據(jù)通過移動(dòng)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、處理，采用模塊化軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，保證數(shù)據(jù)傳輸迅捷可靠和準(zhǔn)確性。
在項(xiàng)目推進(jìn)過程中，如何讓電腦實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別隧道正常區(qū)域與病害區(qū)域的異同，也是一個(gè)需突破的難題。
通過對(duì)正常區(qū)域與病害區(qū)域兩者照片的比對(duì)，項(xiàng)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(huì)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(shí)段的灰度程度值，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道外觀的識(shí)別，達(dá)到動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)病害變化的目的。
▲保施高速保場(chǎng)隧道
保施高速投資公司運(yùn)營(yíng)管理部部長(zhǎng)莫江春介紹，項(xiàng)目組還曾遇到另一個(gè)難題。由于保施高速小官市隧道、保場(chǎng)隧道位置偏僻，隧道的通信信號(hào)較差，項(xiàng)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不能及時(shí)有效傳輸，直接影響監(jiān)測(cè)效果。
莫江春回憶，針對(duì)隧道內(nèi)無線通訊問題，項(xiàng)目組查閱文獻(xiàn)資料，咨詢通信領(lǐng)域?qū)＜遥瑳Q定采用擴(kuò)頻通訊技術(shù)，最終實(shí)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(duì)超特長(zhǎng)隧道通訊需求，項(xiàng)目組根據(jù)隧道施工環(huán)境研發(fā)了適用于隧道施工運(yùn)營(yíng)環(huán)境的通訊網(wǎng)關(guān)與中繼設(shè)備等，通訊距離實(shí)現(xiàn)無限加長(zhǎng)。
▲保施高速施甸北收費(fèi)站
目前，項(xiàng)目獲授權(quán)發(fā)明專利6項(xiàng)、實(shí)用新型專利6項(xiàng)，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(xiàng)、新產(chǎn)品1項(xiàng)，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
【記者：朱金磊 責(zé)任編輯：蘇粲 朱國(guó)亮】
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