北京
人民網記者 崔新耀
第二代囊體擴張智能實時控制隧道位移工程應用。天津大學供圖
仲夏時節，新建天津至濰坊高速鐵路濱海站房施工現場，機器轟鳴，一派繁忙。一個長457米、深達23.7米的巨型基坑，穩穩地嵌入土層中。基坑一側不足9米處，海河隧道內車流如織，晝夜不息。最近處，兩者僅相隔8.7米。
“這里是典型的近代海相軟土，高壓縮性、低強度，像一塊巨大的‘豆腐’。稍有不慎，基坑失穩就可能引發隧道錯縫、滲水，直接威脅行車安全。”施工現場，天津大學教授鄭剛俯身指向基坑邊緣，語氣凝重。
在傳統施工中，面對如此嚴苛的鄰近保護要求，工程人員往往采用加強支護、分區開挖、土體注漿等“被動控制”措施。這些方法本質上是“預測變形、盡量減小”，卻無法逆轉已經發生的位移。加之巖土體分布不均、參數變異性大，變形預測精度常常大打折扣。
“我們換了一個思路。”鄭剛告訴記者，“過去是‘以整體控制局部’，通過控制整個基坑支護體系來保護周邊對象；現在，我們做到了‘以局部控制局部’——只需精準調控隧道附近土體的應力狀態，就能‘四兩撥千斤’。”
這一理念的落地，依托于團隊自主研發的“智能囊體擴張技術”。在基坑開挖前，團隊在海河隧道鄰近土體中預置特制高強囊體，并布設高精度位移計、土壓力計等傳感設備。基坑開挖導致土體卸荷時，囊體根據指令精準擴張，注入附加應力，實時補償損失的土壓力，使隧道周邊土體應力始終保持在穩定區間。
更關鍵的是，這套系統擁有一顆“智慧大腦”。現場數據通過大帶寬無線傳輸匯入云端數字孿生模型，系統實時反演土體參數，動態計算囊體所需擴張深度與體積，并自動下達執行指令。“感知—建模—仿真—決策—調控”閉環運行，全過程無需人工干預。
“以往我們靠經驗估算，現在系統自己會思考、會修正。”鄭剛說，監測數據顯示，應用該技術后，海河隧道在基坑開挖全過程中的最大水平位移控制在毫米級，遠低于設計預警值。
不僅如此，這項技術在經濟性和效率上也交出了亮眼答卷。對比國內外同類主動控制技術，智能囊體擴張技術將變形控制能力從厘米級提升至毫米級，工程材料消耗降低20%—40%，綜合造價降低80%—90%，工期縮短15%—20%。以天津中心婦產科醫院鄰近地鐵三號線基坑工程為例，通過分階段實時主動控制，隧道位移有效受控，同時取消了部分被動加固措施，節約費用約500萬元，工期縮短近30天。
“這項技術的意義，不僅在于一個基坑、一條隧道的安全，更在于為未來地下空間密集開發與既有設施保護之間，找到一種更精巧、更可持續的平衡。”鄭剛表示，目前該技術已可推廣至盾構下穿、深基坑群施工等多種場景，為城市地下空間“見縫插針”式開發提供堅實技術支撐。
基坑深處，監測屏幕上的數據曲線平穩延伸。8.7米外，海河隧道依然安靜地承載著這座城市的忙碌與流動。而地下的“智慧大腦”，正默默守護著每一寸土體的安寧。
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