获奖等级：特等奖 

项目名称：公路隧道病害快速精准感知与处治技术及装备

截至2021年底，我国运营公路隧道23268座、总长24699公里，位居世界第一。但是隧道衬砌开裂、渗漏水、剥落等病害问题严重，安全隐患突出。针对隧道规模大、病害多、检测任务重的现状，传统手段效率低、精度差，难以及时全面发现和准确评价病害。任隧道病害发展最终将导致隧道结构掉块、失稳、突水等灾变，威胁交通安全。病害快速检测、精确诊断和精准处治已成为隧道结构运营安全面临的首要难题和行业的迫切需求。

“公路隧道病害快速精准感知与处治技术及装备”项目组综合运用理论研究、数值模拟、物理试验、装备研发和现场测试等手段，历经10余年攻关，构建了“全断面快速检测-服役性能精确诊断-病害精准处治”成套技术体系，积极响应了公路隧道“高效绿色科学养护”的行业需求，成为行业内有口皆碑的“隧道医生”。

公路隧道病害快速精准感知与处治技术整体思路

“医术”精湛

隧道运营过程中，受环境、施工、设计等因素影响，结构会出现不同程度的变形、病害问题，导致其服役性能降低。覆盖我国2200公里隧道的检测结果显示，平均每公里发育43处裂缝、17处渗漏水，轻微破损和中等及以上破损的隧道占比80%。病害已成为隧道服役性能衰退的“头号元凶”，严重威胁结构及交通运行安全。加强隧道养护，及时发现病害、准确评价病害、分类处治病害，从根本上消除结构安全隐患，是维护交通安全和保障民生的重要手段。在隧道运营规模大、结构病害多、检测任务重的背景下，隧道养护关键技术及装备研发成为行业关注的重要问题，但也面临着传统检测手段效率低、精度差；传统定性、半定量评估方法难以准确把握病因和病情；病害分类处治缺乏理论支撑与技术等突出问题。

项目组立足“高效绿色科学养护”的行业需求，深入研究隧道结构病害快速检测、精确诊断和精准处治等关键技术，成功研发了公路隧道病害快速精准感知与处治技术及装备。

全断面快速检测装备和病害自动识别系统  解决养护检查难题

针对同类检测技术在图像采集、测量定位精度、病害识别结果等方面面临的诸多问题。项目创新性地提出了“由表及里”的病害综合、全面检测思路，采用“一次性全断面采集图像+隧道内特征物校准定位+病害自动识别”的组合方案解决表观病害快速检测难题；采用“非接触式”的方案解决浅层病害快速检测难题；并采用三维数字化和高精度定位技术解决病害信息比对、可视化表达的问题；最后通过装备、系统的研发，形成全断面快速检测技术，为病害诊断与处治提供全面支撑。

为破解隧道表观病害快速检测的难题，项目研制了适用于复杂隧道环境的高功率低热阻红外补光装置，提出红外补光的衬砌表观病害全断面快速采集技术和基于材质-照度-拍摄角度-距离等多因素自适应修正的病害特征智能识别方法，开发了病害自动识别系统，裂缝宽度识别能力由0.2毫米提升至0.1毫米，病害自动识别率大于95%；针对隧道结构保护层潜在剥落、钢筋锈蚀等病害，提出基于红外热成像的非接触快速检测新思路，揭示了隧道结构浅层病害的热传导效应和脉冲激光激发表面波在混凝土中的传播特征，创建了潜在剥落和钢筋锈蚀状态的红外探测方法，以及衬砌裂缝深度非接触激光超声检测方法；建立了隧道“受限空间内环向激光扫描-纵向编码器测量-图像特征校准”的融合定位模型，实现了环向毫米级、纵向厘米级定位；研制的高功率低热阻红外补光装置、纳秒级相机阵列同步控制系统、变形移动检测系统，集成开发红外光源成像的一次性全断面检测装备，填补了一次性全断面快速检测的国际空白，实现80公里时速下隧道结构病害的高精度、无干扰快速检测。

隧道全断面快速检测车

隧道结构服役性能精确诊断方法及智能分析平台  解决病情诊断难题

准确评价病害是掌握结构服役性能、合理处治病害的关键所在，具体包括病害成因分析、病害对隧道结构承载影响两部分。为弥补当前国内分析工具匮乏，仅以服役性能定性评估为主的不足，项目组建立了“病害成因快速判别-病情精确评价”的技术体系。

为解决病害准确评价难题，项目结合海量现场检测数据、物理试验成果，揭示了隧道结构损伤演化机理与变形破坏特征，建立了基于结构变形与病害形态特征的裂缝成因快速判别方法，提出了结构病害发展演化的图像实时监测技术，监测精度达1毫米；探明了裂缝对隧道结构刚度影响的规律，建立了裂缝单元弹簧刚度的计算模型，提出了裂缝、剥落等结构病害的有限元精细模拟方法，制定了 “带病”结构服役性能的多指标定量评价标准；提出了结构外力的动态增量混合优化反演方法和围岩力学行为模拟的修正广义三维H-B破坏准则，开发了自动判别隧道病害成因和精确诊断服役性能的智能分析平台。

基于数字模型的隧道结构服役性能精确分析

多层次均匀化的电沉积修复多相复合材料细观力学分析方法

公路隧道病害精准处治关键技术  解决病害处治难题

准确诊断病情后“对病下药”，是从根本上消除结构安全隐患、保障隧道健康服役和运营安全的重要手段。但是，当前加固时机、加固措施及设计参数多是依据经验确定，缺乏适用于公路隧道加固结构的计算方法，同时也没有轻微破损的微创修复技术。鉴于此，项目组提出了轻微破损、中等破损和严重破损结构分类精准处治的技术思路。

为攻克病害分类处治难题，项目通过大量试验、数值仿真和现场测试等手段，揭示了公路隧道套拱、黏钢等加固结构损伤演化机理和加固效果，提出了公路隧道不同服役状态的合理加固措施与时机；建立了公路隧道加固结构的力学计算模型和承载力计算方法，成果已纳入行业标准《公路隧道加固技术规范》（JTG/T 5440-2018）；针对轻微破损，建立了地下混凝土结构微损伤电沉积自修复的随机细观力学分析方法与多物理场仿真模型，揭示了结构微损伤电沉积自修复的微细观物理力学机制及“工艺参数-沉积产物-修复效果”之间的量化关系，创建了地下混凝土结构的微损伤电沉积自修复技术。

实力强大

项目形成了隧道病害“快速检测”“精确诊断”“精准处治”成套技术成果，通过室内外测试、第三方机构认证、大量工程实践应用，检测技术指标的可靠性与先进性、评价方法及平台分析结论的有效性、加固处治的效果已得到充分的论证。 

在项目研究团队的不懈努力和持续攻关下，所有技术成果已顺利实现转化，转化率达100%，不仅推出了公路隧道快速检测车（TDV-H2000）、结构病害智能识别分析系统（2020SR1217800）、服役性能智能分析平台（2019SR1450211）等产品，成果还被纳入相关标准规范，如行业标准《公路隧道加固技术规范》（JTG/T 5440-2018）、产品标准《公路隧道检测车》（T/CECS 10024- 2019）、团体标准《公路隧道衬砌结构快速检测规程》（T/CECS G：J61-01 2021）、《混凝土结构耐久性电化学技术规程》（T/CECS 565- 2018）、《在役公路隧道长期监测技术指南》（T/CHTS10021-2020，）引领技术发展、推动标准化进程。 

检测方面，项目提出了全断面检测的新方案，相比现有技术检测效率提高了1倍。病害自动化识别程度、识别精度和效率更高，裂缝宽度识别能力由0.2毫米提升至0.1毫米，首次满足隧道结构耐久性指标检测的要求。病害定位更精准，采用“全断面一次性同步采集+融合定位校准模型”，规避了两次或多次采集的错位问题，纵向定位精度达厘米级，且洞内行驶次数少，可实现不可见光采集图像，消除交通安全隐患，竞争力远超同类技术。

诊断方面，项目构建了“病害跟踪-病因快速分析-病情精确诊断”的技术体系，系统性更强；病害跟踪方面，保证监测精度、效率的同时，有效控制了成本；病害影响诊断方面，开发了国内知名的“同济曙光软件”产品，打破了国外技术垄断，国内商业用户484家。

处治方面，项目形成了我国公路隧道的加固设计理论，纳入国家行业标准，直接指导国内隧道工程的养护加固维修工作；创建了新型的裂缝微创修复技术，有效规避了常规方法修复效果差、钻孔二次损伤的缺陷，竞争力强劲。

前景广阔

项目研究成果已在贵州、江西、广东、浙江、福建、甘肃、河北等地共计16省份获得了大范围推广应用。截至2021年，项目成果已累计服务于单洞隧道3570座，单洞总长3963公里的检查诊断工作，及时发现27.35万处病害，其中19.049万条裂缝、 48146处渗漏水、34878处剥落，及时发现57座严重破损状态的隧道并有效指导了加固设计工作，如陇首一、南石壁、小朋坡、槽箐头等隧道；自主研发的同济曙光岩土及地下工程设计与分析软件及数字化养护管理系统，覆盖国内超过70%的省级及以上公路隧道设计单位。成果应用以来，近3年新增产值2.7亿元，节省成本2.6亿元。 

我国交通隧道规模不断扩大，为实现科学养护，快速检测和精细化诊断隧道结构服役状态是必然趋势，市场需求巨大。项目突破了快速检测、 “带病”结构精细诊断和精准养护面临的诸多瓶颈难题，形成了公路隧道结构病害快速精准感知与处治成套技术及装备，竞争力强劲，不仅可以应用于公路、城市轨道交通领域，还可进一步推广至铁路隧道领域，应用前景良好。

上海同岩土木工程科技股份有限公司

上海同岩土木工程科技股份有限公司成立于2003年，是上海地下基础设施安全检测与养护装备工程技术研究中心建设单位，同时，也是同济大学土木信息技术教育部工程研究中心的建设单位、中国智慧基础设施联盟暨全球智慧基础设施研究中心建设单位之一。

拥有CMMI3认证、ISO9001质量体系认证、知识产权体系认证、电子与智能化专业资质、甲级测绘资质、勘察资质。截至2021年12月，公司拥有知识产权150项；主参编行业标准、团体标准15项；旗下的“同济曙光”系列产品已遍及全国，成为国内外知名的岩土及地下工程专业软件品牌。

公司多次获得国家、地方科技创新扶持基金，同时，获评杨浦区科技小巨人企业、劳动关系和谐企业等称号，先后获得上海市技术发明奖一等奖、科学技术进步奖一等奖等荣誉。公司拥有教授级研发团队，员工先后获得“上海市人才”“上海市优秀技术带头人”等。

公司以基础设施建设运营关键技术、数据采集装备及平台研发为核心，涉及公路工程信息化、轨道交通信息化、同济曙光检测车、核电安全、智慧城市、健康监测、同济曙光软件、工程咨询八大主体业务。

★ ★★  联系人：甜心  13146474233（微信同号）  小海  18722474481（微信同号）★ ★★