在2023WTC世界交通运输大会WTC2023隧道工程学部论坛——高地应力软岩隧道大变形机理与防治技术论坛上，中国工程院院士杜彦良通过线上的方式，以“超长跨海隧道灾害规律和施工控制关键技术研究”为题作报告，介绍了目前我国超长跨海隧道的灾害规律与施工控制关键技术研究的进展情况。

论坛现场

(资料图片)

杜彦良以“超长跨海隧道灾害规律和施工控制关键技术研究”为题作线上报告

研究背景和意义

我国沿海经济高速发展，对于跨海区域交通提出了巨大要求，2022年中国沿海省市经济总量达到了接近60万亿元，占国内总产值GDP的52%以上。我国大陆沿海沿线1.8万公里，分布着渤海湾、台湾海峡等多个海峡，将行政区域和城市圈天然分割，成为阻碍东部沿海互联互通的瓶颈。为了突破瓶颈，通过轮渡、跨海隧道、跨海大桥等多种形式进行岛屿之间的互通。其中跨海隧道因其处于地下隐秘环境不受天气环境影响，可以保障全天候通行而且可保护地表的海洋生态环境，并对国防战略有重要的意义。围绕交通强国和海洋强国战略，跨海隧道是连接海峡、海湾的重要交通工程，同时是开发海洋经济的重要纽带，对支撑海洋强国交通强国具有重要的支撑作用。

无论国际还是国内，海峡、跨海、穿江隧道发展都越来越快，国外比我国发展早一些，以英国、挪威、日本为代表的超长跨海隧道，有日本的青函海底隧道、欧洲海底隧道。我国近年来海底隧道也开始快速发展，目前贯通的有15条、在建7条，还有些大通道已经规划，比如渤海湾、琼州海峡等。

我国已经进入了穿江跃海快速的发展期，正处于当前和未来大规模的水下跨海隧道的建设时期，但是跨海隧道的建造运营面临着空前复杂的地质条件和环境，一是极其复杂的地质条件，二是无限覆盖的海水效应，三是地震的多发环境，四是恶劣的微环境等。这些特殊环境、特殊地质如果施工和运营掌控不好会造成巨大的灾害，造成人身和经济损失。

跨海隧道建设运营面临的三个难题

杜彦良提出，目前跨海隧道建设运营面临着三个关键技术难题需要进行突破，即灾害源的探测、建造运营期间大变形演化规律的认知、抗震运行结构的设计。要想突破以上问题，一是从跨海隧道灾害源精细探测方面突破；二是建设运营期灾难演化规律方面突破；三是在抗震运行结构设计方面突破。

杜彦良表示，解决三个关键技术问题的项目已于2019年立项，由多个单位共同承担，主要是从地质探测和精细探测问题、结构的力学行为问题、抗震运行设计方法和设计理论、长区域过程长期感知监测问题以及对灾害的防控五个方面开始研究，预期取得以下成果。

围绕精细探测，建立一套海底隧道施工不良地质精细探测与主动防护的基础理论与关键技术来解决海底隧道压密级突涌水通道探测技术难题。

在领先技术材料上进行突破，建立海水腐蚀环境不良地质、围岩加固体与隧道支护结构长期协调设计方法，解决多长耦合、多尺度破坏的实验理论与仿真。

在抗震设计方面建立两个理论一个技术体系，突破不良地质的跨海隧道地质破坏机理及抗震运行设计关键技术，解决相关方面的结构设计理论难题。

围绕跨海隧道多元信息感知结构性能分析，突破核心技术智慧感知，建立一套超长跨海隧道运营区多元信息技术感知与结构安全性的结构分析方法，解决多元信息条件下结构性能的评价。

通过学科的交叉来推动基于大数据驱动的不良地质的跨海隧道灾备预报与控制。

重要创新突破

杜彦良说，通过近3年的研究，目前取得了重要的阶段性进展。

跨海隧道灾害源精细探测方面

突破压密级通道探测难，海底隧道突涌水防护难的关键问题，提出了海洋地质背景超前探测方法，开发了相应的探测装备。针对结构性探测问题发明了孔中雷达定向探测方法，针对海水性探测问题提出了孔隧积淀初始探测方法，研发了孔隧类合机电仪器样机，施行严密级的探测。建立了突涌水的物理方法，研发了全程探测突涌水突涌到定位综合预警技术平台。

突破压密级通道探测难，海底隧道突涌水防护难的关键问题。首先提出了海洋地质背景超前探测方法，建立了海底、洞内联合观测与探验方法，开发了相应的探测装备，突破海底隧道与断裂坡隧道的地质背景成像问题，目前探测距离只达到150米（超过）。

针对结构性探测问题发明了孔中雷达定向探测方法，针对海水性探测问题提出了孔隧积淀初始探测方法，研发了孔隧类合机电仪器样机，施行严密级的探测，探测距离可达200米以上，探测分辨率可以达到分贝级。

建立了突涌水的物理方法，研发了全程探测突涌水突涌到定位综合预警技术平台。通过平台和技术的研究主要提升海底隧道突涌水灾害的防控科学技术水平。

运营期灾难演化规律方面

在不良地质海底隧道渐进突破机理与长期性能设计方法方面，主要是突破注浆加固体宏细观渐进破坏理论的机理的氧化规律，研发了HMC耦合试验平台，攻克HMC耦合宏细观测试和仿真技术难题。

提出了衬砌结构长期变形协调的韧性设计方法，研发了新型缓冲吸能器支护机构，建立了刚柔结合的跨海隧道支护结构韧性设计方法，编制了首部跨海隧道韧性结构设计规范，填补了相关的一些空白。

跨海隧道地震破坏机理抗震韧性设计方面

针对强震海水耦合和控制非一致机制不明的问题，建立了海域多点非一致人工合成地震模型，提出了静动力统一人工边界下跨海隧道场地的地震反应模型。

针对超长跨海隧道延全方位灾害机理不明的问题，建立了考虑“海水-土体-结构”隧道，横截面有效的输入模型，提出了隧道多尺度精细化分析方法，揭示不良地质条件下超长跨海隧道结构的地震演化规律。

针对韧性设计理论研发了多台联动震动台模拟设计平台，对后续的研究提供了很好的手段和支撑。在大量的模拟实验基础上开发了不良地质段跨海隧道新型减震材料，目前在强烈区超长大直径海底盾构隧道苏埃海底隧道进行了应用。

不良地质段海底隧道多源信息的智慧感知性能分析

关键是对海底隧道结构劣化难以感知和辨识，以及多源信息的时空演化及关联特征难题进行分析，提出了区域巡检，通过巡检和关键部位的监测进行结合，推动海底隧道的安全检测由人工到智能的转变。

针对盾构管片性能，考虑接头及地层参数分布不确定性的问题，提出了海底隧道管片性能的整体化分析方法。在此基础上提出了基于改进的神经网络指标体系降维与组合赋权多准则妥协解排序法的结构性能评价方法，主要是针对结构病害的检测、整体性能的分析以及性态的评估、长期运行的预测。

不良地质段跨海隧道灾变预报与控制

针对海底隧道性态特征难解析，以及灾变致因难溯源的难题进行研究，提出了海底隧道异常性态的辨识方法，建立了多类型的性态的模式特征库，利用判识方法以所建立的模型特征库提高了在噪声影响下异常性态的准确识别。

建立了“隧道智脑”智能AI引擎。通过多个课题任务的研究，集成多元数据，设计了标准化的设计资源池，包括勘察设计、施工、运营、运维多方面的数据。

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