科技賦能強企 構建質量建投
今年4月,云南省人民政府發(fā)布關于2023年度科學技術獎勵的決定。集團“紅石巖堰塞壩水利樞紐工程關鍵技術”榮獲云南省科學技術進步獎特等獎,“高墩大跨徑連續(xù)剛構橋關鍵施工技術應用”、“建筑安全性鑒定與抗震鑒定一體化關鍵技術應用”、“隧道施工運營期結構安全監(jiān)測與智能預警關鍵技應用”榮獲云南省科學技術進步獎三等獎。4項榮譽體現(xiàn)了集團在解決行業(yè)關鍵核心技術“卡脖子”難題上的創(chuàng)新能力和技術水平,標志著集團在致力構建“質量建投”,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、質量創(chuàng)優(yōu)、價值創(chuàng)造目標,全鏈條、全方位、全要素系統(tǒng)推進質量管理,致力構建“質量建投”,全面提升經營質量、投資質量、融資質量、工程質量和管理質量,管理效能明顯增強,科技創(chuàng)新與產業(yè)升級深度融合,品牌知名度和美譽度顯著提升,為集團內涵式高質量發(fā)展注入了強大動力,以質量強企新成效助推全省經濟社會高質量發(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構安全監(jiān)測與智能預警關鍵技術運用。
保施高速隧道施工運營期結構安全監(jiān)測與智能預警關鍵技術應用
炎炎夏日,在集團投資建設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,有一套高科技的預警技術,在時刻監(jiān)測著隧道的結構安全,為來往司乘保駕護航。
這項技術就是“隧道施工運營期結構安全監(jiān)測與智能預警關鍵技術應用”。目前,該課題研發(fā)成果已成功應用于保施高速小官市隧道、保場隧道建設與運營,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)控技術水平,保障了隧道運營安全。
找準病灶確定隧道結構健康易損關鍵部位
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)測和預警體系相對薄弱,監(jiān)測手段不足、數據采集不及時等問題導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、結構安全狀態(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>
▲隧道施工運營期結構安全監(jiān)測預警系統(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構安全監(jiān)測與智能預警關鍵技術研究”項目,探索隧道施工、運營全壽命期結構安全監(jiān)測與智能預警的關鍵技術,為隧道施工期和運營期安全管理提供科學理論和先進技術支撐。
項目公司和科研團隊面臨的首要問題,便是確定隧道結構健康易損關鍵部位,才能進行準確監(jiān)測。王忠偉說:“通過既有隧道病害調研、文獻調研、理論分析等手段,我們選取并確定了隧道結構重點監(jiān)測段落。”
在考慮保障隧道施工期與運營期監(jiān)測機制連續(xù)性的基礎上,根據依托工程隧道的工程條件、結構特征等,科研團隊初步篩選出需重點監(jiān)測段落,再對所選段落進行分析,通過有限元數值模擬,建立相應計算模型,根據計算結果最終確定監(jiān)測對象段落。
▲集成系統(tǒng)安裝與數據采集裝置安裝
基于數值極限分析法建立隧道施工運營階段的圍巖與結構整體失穩(wěn)的極限位移標準,結合保施高速的特點,科研團隊在常規(guī)圍巖地質條件下,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)定性判定標準,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種不同結構特性位置的拱頂、拱肩、拱腰等處進行監(jiān)測,確保數據準確有效。
開出藥方找到隧道分階段典型損傷致災機理與分級診斷評價方法
隧道結構長期穩(wěn)定性評價一直是困擾隧道運營安全的關鍵問題。項目組基于隧道全生命期考慮,通過工程調研、數值模擬、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機理進行了深入研究。
▲系統(tǒng)軟件平臺斷面與測點管理
項目組技術人員郭鴻雁介紹:“隧道結構健康狀態(tài)評價指標體系是一個多項目、多層次的復雜系統(tǒng),每個層次又由多個診斷指標組成。要對隧道的健康狀態(tài)進行綜合診斷,需要對各層中的診斷指標的診斷結果進行綜合?!?/p>
▲保場隧道出口三維地質分析模型
針對隧道施工期,項目組通過理論分析、室內試驗、數值模擬等方法相結合,基于無支護條件下圍巖機理和失穩(wěn)模式的研究,引入圍巖穩(wěn)定安全系數這一量化指標作為穩(wěn)定性判據,揭示隧道圍巖穩(wěn)定性動態(tài)演化機理。
課題通過現(xiàn)場試驗段引入復變量求導法,實現(xiàn)施工全過程圍巖力學參數的動態(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,提出對應監(jiān)測指標的分級預警標準,明確各級預警等級下隧道圍巖穩(wěn)定性狀態(tài)和可以采取的應對控制措施。
▲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行分析,項目組建立有限元數值模型,分析不同病害類型及病害程度對隧道結構安全的影響。基于分析結果,對運營期隧道襯砌變形、應力分布、襯砌裂縫分布等結構的健康狀態(tài)進行分析,研究在不同病害情況下隧道典型損傷致災機理。面向不同病害致災機理,提出不同的隧道結構健康狀態(tài)評價指標,進而提出相應監(jiān)測指標,構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構的工程原理和設計標準,在掌握隧道工程復雜性和特殊性的基礎上,收集了大量的隧道結構數據和實測信息,進行系統(tǒng)化整理分析,最終將復雜的結構參數轉化為可量化的評價指標,建立了準確的結構損傷模型和評價標準,為隧道工程的安全施工和運營提供了重要的技術支持和保障。”
成效顯著產生良好的經濟效益和社會效益
▲系統(tǒng)軟件平臺監(jiān)測數據
弄清楚隧道致災機理和建立隧道病害評價標準體系后,就到了研發(fā)隧道結構安全遠程監(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)測圍巖的應力和變形情況,將數據通過移動通信網絡發(fā)送到遠程服務器,在遠程服務器上對數據進行保存、處理,采用模塊化軟件系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)測數據的實時采集,保證數據傳輸迅捷可靠和準確性。
在項目推進過程中,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,工作人員往往進入隧道便直接“失聯(lián)”,還使得隧道實時監(jiān)測數據不能及時有效傳輸,直接影響監(jiān)測效果。
莫江春回憶,針對隧道內無線通訊問題,項目組查閱文獻資料,咨詢通信領域專家,決定采用擴頻通訊技術,最終實現(xiàn)在無中繼條件下最大通訊距離可達2.8公里,很好地滿足了5.6公里以下隧道的施工安全預警。針對超特長隧道通訊需求,項目組根據隧道施工環(huán)境研發(fā)了適用于隧道施工運營環(huán)境的通訊網關與中繼設備等,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3項、新產品1項,產生了良好的經濟效益和社會效益。
【記者:朱金磊 責任編輯:蘇粲 朱國亮】