微觀世界裏，有一種被稱(chēng)為「繆子」（μ子）的基本粒子，看不見(jiàn)摸不著，卻能夠輕鬆穿透巖石和金屬，揭示地下世界的秘密——如今，這些神秘的粒子被深鐵集團(tuán)轉(zhuǎn)化為軌道交通建設(shè)中的「眼睛」，為盾構(gòu)隧道拍「CT」，這在全球軌道交通行業(yè)尚屬首例。
截至目前，深鐵集團(tuán)已將繆子成像技術(shù)深度融入到地鐵15號(hào)線、16號(hào)線、22號(hào)線以及深惠城際鐵路、穗莞深城際鐵路等軌交線路施工全流程，累計(jì)完成4190米隧道探測(cè)，精準(zhǔn)定位並指導(dǎo)處理軟弱地層57處，為我國(guó)軌道施工地下空間探查及災(zāi)害防控提供了新的思路和方法。
當(dāng)粒子物理遇上軌交工程
據(jù)介紹，深圳地鐵盾構(gòu)隧道繆子成像實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱(chēng)項(xiàng)目）由深鐵集團(tuán)與華北電力大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)深圳研究院於2024年3月開(kāi)始聯(lián)合實(shí)施。項(xiàng)目歷時(shí)一年半，在繆子探測(cè)環(huán)境適應(yīng)性、數(shù)據(jù)獲取與處理、成像算法以及工程化驗(yàn)證等多個(gè)層面，攻克了極具挑戰(zhàn)性的關(guān)鍵技術(shù)難題，在多條軌交線路掘進(jìn)階段部署實(shí)踐，展現(xiàn)了規(guī)?；瘧?yīng)用潛力。
據(jù)深鐵集團(tuán)工程技術(shù)中心負(fù)責(zé)人介紹，繆子成像具有穿透能力強(qiáng)、遠(yuǎn)距離非接觸探測(cè)、空間分辨率高等特點(diǎn)，可根據(jù)不同地層密度區(qū)對(duì)繆子的吸收差異特性進(jìn)行成像，能廣泛應(yīng)用於地下深層結(jié)構(gòu)密度缺失區(qū)探測(cè)，就像「天然的地質(zhì)探針」，能幫助看清地表之下的結(jié)構(gòu)。相較於傳統(tǒng)電磁雷達(dá)和人工鑽探，繆子成像技術(shù)具有穿透性強(qiáng)、無(wú)需主動(dòng)發(fā)射信號(hào)、不受地面干擾、無(wú)損實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等顯著優(yōu)勢(shì)。
據(jù)悉，該項(xiàng)目於2024年立項(xiàng)，半年內(nèi)即完成設(shè)備研發(fā)、現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)及首條盾構(gòu)線路部署，在地鐵16號(hào)線盾構(gòu)期實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。期間，通過(guò)繆子成像實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)+AI實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)精準(zhǔn)識(shí)別出淺層疏鬆、空洞及管涌通道等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，為施工單位提供了精準(zhǔn)的灌漿加固依據(jù)，顯著提升了工程安全系數(shù)。
從技術(shù)空白到全球領(lǐng)先
2024年初，深圳地鐵16號(hào)線共建管廊項(xiàng)目在施工中遭遇難題：面對(duì)近20米厚的複雜地層與交錯(cuò)密布的地下管線，傳統(tǒng)鑽探勘探僅能覆蓋淺層區(qū)域，難以探明深層地質(zhì)全貌。為了破解「地下迷局」，深鐵集團(tuán)工程技術(shù)中心經(jīng)過(guò)研究考證，決定引入古建築無(wú)損探傷領(lǐng)域應(yīng)用的繆子成像技術(shù)。
2024年3月，深鐵集團(tuán)依託產(chǎn)學(xué)研平臺(tái)聯(lián)動(dòng)華北電力大學(xué)與西北工業(yè)大學(xué)深圳研究院，迅速組建跨學(xué)科攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，並於同年4月在地鐵16號(hào)線管廊項(xiàng)目進(jìn)行試驗(yàn)，正式拉開(kāi)繆子技術(shù)工程化應(yīng)用的序幕。
由於國(guó)內(nèi)外針對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的繆子密度成像重建算法研究近乎空白，加之隧道施工環(huán)境高溫高濕、多塵多擾，對(duì)繆子成像技術(shù)應(yīng)用的軟硬件提出了極高的要求。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)從零開(kāi)始二次研發(fā)，歷經(jīng)數(shù)十次設(shè)計(jì)迭代和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，歷時(shí)半年成功研製首臺(tái)應(yīng)用於隧道施工的繆子成像儀。
2024年10月，繆子成像儀在深惠城際部署測(cè)試。測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)，依靠繆子成像系統(tǒng)生成的三維密度圖，團(tuán)隊(duì)迅速鎖定某段隧道中段「存在明顯低密度異常，推測(cè)為結(jié)構(gòu)疏鬆區(qū)」。當(dāng)鑽頭根據(jù)成像標(biāo)記位置打穿巖層後，直徑4米的空洞赫然顯現(xiàn)——繆子成像儀實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)定位！
2025年，繆子成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；こ虘?yīng)用：在穗莞深城際、深惠城際大鵬支線等項(xiàng)目中，設(shè)備直接搭載於盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)後方，實(shí)時(shí)掃描隧道斜上方地層，精準(zhǔn)探測(cè)鬆散區(qū)17處，同步評(píng)估注漿效果。此外，兩次超排搶險(xiǎn)中，還通過(guò)繆子成像技術(shù)快速定位河道下滲漏通道與巖溶區(qū)沉降源，為應(yīng)急處決提供關(guān)鍵依據(jù)。
從深圳地鐵走出來(lái)的「中國(guó)方案」
在城市化進(jìn)程加速推進(jìn)的今天，軌道交通、地下管網(wǎng)、綜合交通樞紐等承載城市生命線的地下空間工程，正面臨地層複雜帶來(lái)的安全挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)地質(zhì)探測(cè)手段如人工鑽探、地質(zhì)雷達(dá)、電磁成像等，在覆蓋深度、精度、成本和施工干擾等方面，難以滿足地鐵盾構(gòu)跨越複雜地層的風(fēng)險(xiǎn)管控需求。
「繆子成像技術(shù)一次布設(shè)、長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，覆蓋廣、效率高，大幅降低了勘探成本和對(duì)市政設(shè)施的干擾。同時(shí)，還能直接獲取真實(shí)三維結(jié)構(gòu)，自動(dòng)化反演縮短異常響應(yīng)和報(bào)告周期，效率優(yōu)勢(shì)突出。此外，還可拓展到路面塌陷預(yù)警、橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)、地下綜合體安全及盾構(gòu)地質(zhì)預(yù)判等多個(gè)領(lǐng)域?！股铊F集團(tuán)相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，深圳地鐵盾構(gòu)隧道繆子成像實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的落地應(yīng)用，為軌道交通地下安全鑄就了「隱形盾牌」，同時(shí)也將實(shí)驗(yàn)室的「高精尖」科技轉(zhuǎn)化為溫暖民生的實(shí)用工具。作為從實(shí)驗(yàn)室走向軌交工程的突破性「中國(guó)方案」，繆子成像技術(shù)將為國(guó)內(nèi)外軌道交通建設(shè)等基礎(chǔ)設(shè)施安全監(jiān)測(cè)提供可複製的成功範(fàn)式。（記者 原野）
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