复杂条件隧洞围岩不良地质体弹性波超前探测关键技术与 装备

  • 获奖名称: 复杂条件隧洞围岩不良地质体弹性波超前探测关键技术与 装备
  • 获奖等级: 三等奖
  • 获奖类别: 大禹水利科学技术奖
  • 授奖单位: 中国水利学会
  • 完成单位: 长江水利委员会长江科学院
  • 获奖年度: 2022
  • 获奖人员: 周黎明、肖国强、周华敏、付代光、丁秀丽、黄书岭、王法刚、李玉婕、韩贤权、董士琦
  • 成果简介:本成果所属科学技术领域：水利工程建设与运行、水利信息化和水利机械设备。 隧洞工程安全建设系关国计民生，由于长线路、大埋深隧洞所处地质环境复杂多 变，施工建设极易面临围岩大变形、塌方冒顶、涌水突泥等地质灾害。提前精确探查 识别围岩不良地质分布特征并采取合理施工方案和有效支护加固措施，是保障隧洞安 全建设的迫切需求和关键技术难点。本项目围绕地下工程安全建设与风险预警的国家 重大需求，依托多项国家重点研发计划、国家自然科学基金、科研院所技术开发专项 以及重大工程项目，深入开展了复杂条件隧洞围岩不良地质体弹性波场传播特征、低 信噪比探测数据处理技术、高精度反演成像技术、弹性波超前探测系统装备和“三测一 体化”（超前探测、质量检测和监控量测）智能管理系统等方面研究工作。历时近20 年研究积累和技术攻关，取得了新理论、新技术、新装备、新方法等一批原创性科研 成果，形成了复杂条件隧洞围岩不良地质体弹性波超前探测成套关键技术与新装备。 主要创新点如下： （1）创建了考虑空气介质的隧洞围岩非均匀介质弹性波传播衰减过程模拟方法， 建立了复杂条件隧洞围岩多物性结构不良地质体数值理论模型，揭示了复杂背景场条 件下不良地质体弹性波场响应特征和时空演变规律，解决了超前预报观测系统优化布 置关键技术难题，为不良地质体的成果地质解译提供理论基础。 （2）开发了基于渐进式消噪卷积神经网络数据智能噪声压制技术，集成了基于反 射波方程的最小二乘偏移成像和贝叶斯非线性随机反演的联合反演体系，提高了不良 地质体成像精度。据此，提出了隧洞岩体结构面快速提取和围岩变形超前预测方法， 弥补了现有软岩大变形超前预测空白，突破了不良地质体几何分布、物性定量分析及 致灾危害评估技术瓶颈，实现了不良地质体的高精度、高分辨率预报。 （3）研发了隧洞弹性波超前地质预报装备TEP（Tunnel Elastic Prediction）及配套 数据处理软件系统，研制了接收杆出露端蜂窝结构消噪装置和压电式三分量接收传感 器，有效提高了采集数据的信噪比和灵敏度，攻克了长距离预报数据远端能量微弱与 硬件响应匹配不足的技术难关。据此，集成研发了复杂条件隧洞围岩三测一体化智能 管控云平台，实现了隧洞地灾风险动态评估、预警防控和标准化、信息化运行管理。 项目成果获国家专利59 项，其中发明专利34 项，软件著作权12 项，编制行业标 准7 部、团体标准2 部，发表论文200 余篇，其中SCI/EI 检索83 篇，出版专著10 部， 1 项新技术被水利部认定为水利先进实用技术。成果已在滇中引水工程、引汉济渭工程、 十堰水资源配置工程、蒙华铁路等20 余个国家重点工程中得到成功应用。近3 年创收 经济效益达3.51 亿元，累计保障超1000 公里隧洞安全建设，经济、社会和生态效益显 著，研究成果达到国际领先水平，并辐射至水利、交通、市政等领域，应用前景广阔。