北京
人民网记者 崔新耀
第二代囊体扩张智能实时控制隧道位移工程应用。天津大学供图
仲夏时节，新建天津至潍坊高速铁路滨海站房施工现场，机器轰鸣，一派繁忙。一个长457米、深达23.7米的巨型基坑，稳稳地嵌入土层中。基坑一侧不足9米处，海河隧道内车流如织，昼夜不息。最近处，两者仅相隔8.7米。
“这里是典型的近代海相软土，高压缩性、低强度，像一块巨大的‘豆腐’。稍有不慎，基坑失稳就可能引发隧道错缝、渗水，直接威胁行车安全。”施工现场，天津大学教授郑刚俯身指向基坑边缘，语气凝重。
在传统施工中，面对如此严苛的邻近保护要求，工程人员往往采用加强支护、分区开挖、土体注浆等“被动控制”措施。这些方法本质上是“预测变形、尽量减小”，却无法逆转已经发生的位移。加之岩土体分布不均、参数变异性大，变形预测精度常常大打折扣。
“我们换了一个思路。”郑刚告诉记者，“过去是‘以整体控制局部’，通过控制整个基坑支护体系来保护周边对象；现在，我们做到了‘以局部控制局部’——只需精准调控隧道附近土体的应力状态，就能‘四两拨千斤’。”
这一理念的落地，依托于团队自主研发的“智能囊体扩张技术”。在基坑开挖前，团队在海河隧道邻近土体中预置特制高强囊体，并布设高精度位移计、土压力计等传感设备。基坑开挖导致土体卸荷时，囊体根据指令精准扩张，注入附加应力，实时补偿损失的土压力，使隧道周边土体应力始终保持在稳定区间。
更关键的是，这套系统拥有一颗“智慧大脑”。现场数据通过大带宽无线传输汇入云端数字孪生模型，系统实时反演土体参数，动态计算囊体所需扩张深度与体积，并自动下达执行指令。“感知—建模—仿真—决策—调控”闭环运行，全过程无需人工干预。
“以往我们靠经验估算，现在系统自己会思考、会修正。”郑刚说，监测数据显示，应用该技术后，海河隧道在基坑开挖全过程中的最大水平位移控制在毫米级，远低于设计预警值。
不仅如此，这项技术在经济性和效率上也交出了亮眼答卷。对比国内外同类主动控制技术，智能囊体扩张技术将变形控制能力从厘米级提升至毫米级，工程材料消耗降低20%—40%，综合造价降低80%—90%，工期缩短15%—20%。以天津中心妇产科医院邻近地铁三号线基坑工程为例，通过分阶段实时主动控制，隧道位移有效受控，同时取消了部分被动加固措施，节约费用约500万元，工期缩短近30天。
“这项技术的意义，不仅在于一个基坑、一条隧道的安全，更在于为未来地下空间密集开发与既有设施保护之间，找到一种更精巧、更可持续的平衡。”郑刚表示，目前该技术已可推广至盾构下穿、深基坑群施工等多种场景，为城市地下空间“见缝插针”式开发提供坚实技术支撑。
基坑深处，监测屏幕上的数据曲线平稳延伸。8.7米外，海河隧道依然安静地承载着这座城市的忙碌与流动。而地下的“智慧大脑”，正默默守护着每一寸土体的安宁。
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