3月5日下午，工程技术研究中心（以下简称“中心”）主办的2021年度第四期技术沙龙在院206会议室开讲。本期沙龙的主题为“第十一届管道工程与非开挖技术国际研讨会学习汇报”，中心汪旭、王虎担任主讲嘉宾。

非开挖技术是一种少开挖或不开挖的地下空间施工技术，包括盾构法、顶管法、水平定向钻进法、穿插法、原位固化法、折叠内衬法等，广泛应用于铺设、更换、修复各种地下管线，地铁区间隧道、地下通道的施工，已被联合国环境保护署认定为环境友好的施工新技术。非开挖施工技术具有不污染环境、不影响交通、对地层结构破坏小、施工周期短等优点，具有良好的竞争优势。本期沙龙主要分享第十一届管道工程与非开挖技术国际研讨会中管道工程与非开挖技术研究的最新动态和前沿。

图1 沙龙现场

一、地下空间施工装备技术创新动态

1. 盾构隧道下穿地铁运营隧道控制变形的精细技术

图2 “人-机-控-测-决”精细控制模式

盾构下穿地铁运营隧道执行《地铁限界标准》，控制精度要求毫米级，陈湘生院士提出了盾构隧道下穿地铁运营隧道控制变形的精细技术：（1）盾构土仓压力略高于地层压力的动态控制方法；（2）基于时空效应的隧道围岩的群泵综合注浆加固地层并矫正隧道技术；（3）多步滚动逼近沉降最小的多参数准智能化控制技术；（4）“人-机-控-测-决”精细控制模式，较之以往盾构掘进“人-机-环”操控方法更为科学，沉降控制准度提高65%。

2. 矿山法隧道下穿建筑群关键技术

陈湘生院士团队利用重叠隧道矿山法在深圳地铁1号线下穿建筑群减少截桩技术（图3）。利用“孔口密封装置+大功率定向动力钻头+钻机组合”新型高精度管幕技术，配合小管棚+全断面注浆支护等，可一次钻进水平长度120m，成功连续下穿荔园新村13栋8-9层住宅浅基建筑群，做到了对居民正常生活无影响。

图3 重叠隧道矿山法下穿建筑群减少截桩技术

3. 异型盾构或矩形顶管机技术

矩形顶管机技术可提高空间利用率20%以上，能够适应软土、砂、卵石、软岩地层，广泛应用于过街通道、综合管廊、地铁出入口、地下停车场等领域。类矩形盾构技术可以把双洞变为一个洞即一洞双线，减少对地下空间占用和扰动。马蹄形盾构技术可以极大地节省开挖断面，提高断面利用率，同样能够适应软土、砂、卵石、软岩地层。

4. 富水地层冻结技术

通过人工制冷将地层内的水冻结成冰均匀加固地层，在开挖体周围形成整体强度极高的冻土保护体，是确保工程安全的最可靠技术，可提高地层整体力学性能。水平冻结成套技术已经成为富水地层风险防控制的最有效技术，而采用的地铁盾构管片冷板冻结技术（图4），解决了盲区的冻结难题，该方法可用于地层加固，桩间止水，管幕间止水。

图4 富水地层冻结技术

5. 跨地铁运营隧道地下空间利用综合技术

地铁沿线安保区大量的土地资源无法实现立体空间效能最大化利用，制约了城市空间发展。为此，陈湘生院士综合提出了多种技术措施：（1）地铁运营隧道被弱化围岩群泵综合注浆加固技术，对已扰动范围地层进行分层注多组份液浆，开挖时能保证地铁运营隧道沉降可控；（2）超前钢护筒旋挖钻机施工桩基，最大限度减少桩基施工对地铁运营隧道围岩和隧道结构本身的影响；（3）竖井跳挖方式最大限度抑制地铁运营隧道结构的反弹上浮。

同时创新了一种结构（图5），使得地下空间结构与隧道结构、二者垂向受力独立、变形相互隔离，确保上覆地层地下空间建设全过程和两种结构全寿命周期的安全稳定。

图5 变形隔离措施

以上技术创新使得地铁盾构隧道等工法，在近接既有隧道的施工安全控制、地铁运营隧道上部和两侧地下空间施工安全风险预测预控这两大综合技术取得了长足进步，当前国内的地层位移和变形控制技术在世界上处于领先地位。

二、地下工程水灾变防控技术的发展

当前地下管道渗漏问题突出，造成水资源浪费和环境污染，城市道路坍塌事件频发。水引发的工程灾害涉及多种基础工程设施全寿命安全维护，严重影响国民经济运行和人民生活质量，并且随着工程规模及服役年限增加日益严峻。

1. 水灾害防治材料的发展

国内外常用水反应材料，其必须与水混合发生化学反应，因此抢险抢修时效性差，难以封堵涌水或射流。王复明院士团队针对水反应材料应急抢险方面存在的不足提出基于非水反应材料的防渗加固支护技术理念，通过多学科团队联合攻关，改性预聚体亲水组份，研制出了不受水影响的新型防渗修复材料——发泡非水反应高聚物，具有环保、耐久、早强和适应性强的特点。

2. 渗漏涌水快速治理复合注浆技术

涌水时常造成的灾害具有突发性，典型实例如日本福岛核电站采用水反应材料封堵涌水失效，国内外关于涌水应急抢险技术匮乏。王复明院士团队基于非水反应高聚物在水中反应与膨胀扩散特性提出高聚物水下注浆、膜袋注浆及其复合注浆方法，膜袋膨胀形成“栓塞”快速封堵涌水（图6），高效、经济，可用于地下管道渗漏、脱空、沉降非开挖修复。

图6 膜袋注浆快速封堵管涌

3. 隐蔽病害诊治技术

地下管道渗漏、脱空是导致地面坍塌的主要原因，但是地质条件复杂，深层隐患探测修复困难。王复明院士团队融合电磁与视频检测的建立了地下排水管道隐患识别技术；采用分布式噪声监测，渗漏主动识别和GPS远程传输，发展了给水管道渗漏区域自动化快速检测技术；基于高灵敏度光纤声压传感发明了长距离给水管道渗漏检测技术。郑州大学王念念博士和浙江大学郑飞飞博士分别基于深度学习和物联网提出了管道缺陷的智能检测技术和管网漏损主动定位技术。

4. 城市地下空间开发防水支护技术

现行支护技术依赖于水泥混凝土材料，混凝土材料与土体变形不协调，开裂渗漏不易修复，拆除困难，对环境影响大。为此，王复明院士团队基于钢骨架支撑结构与高聚物注浆技术，提出柔性复合防水可回收支护方法，采用装配式施工方法，并且钢材回收利用。该技术方法中钢骨架为主要承载构件，柔韧性强；钢面板分散水土压力，协调钢骨架整体受力；利用高聚物注浆快速形成柔性防渗体。在低温节能生态地下储粮试验仓的现场应用表明该技术安全可靠（图7）。

图7 柔性复合防水可回收支护结构

5. 防水隔震韧性隧道结构

王复明院士团队针对复杂地质条件、高烈度地震区隧道防水隔震问题，采用高分子聚合物代替原填充材料，研发韧性隧道结构及其建造技术（图8）。盾构隧道高聚物隔震数值模拟与振动台试验表明了该结构良好的减隔震性能。

图8 防水隔震韧性隧道结构

沙龙分享过程中，专业总工汪旭结合自己多年的设计实践经验，详细解释了相关新技术。水务分院周国鑫认为管道缺陷智能检测技术如能应用到他们的项目中，能大大减轻人工判识病害类型的工作量，极大提高工作效率。本次沙龙内容引起了参会人员的极大兴趣，在讨论中，大家一致认为多学科的交叉能提高创新能力、创新技术方法、推动技术进步。本次技术沙龙的分享将最新动态、前沿的管道工程和非开挖技术带入了我们的日常设计工作中，为院工程设计、技术服务拓展了科研思路、技术方法和策略。