隧道数智建设及安全运维团队，专注于复杂地质环境下隧道工程的关键技术与理论研究。主要研究方向包括：复杂环境隧道大变形韧性支护理论与控制技术、高地应力软弱破碎围岩注浆加固技术、深埋高地应力隧道裂隙岩体时效力学行为、基于可解释混合模型的隧道施工期变形预测方法、数据驱动的隧道结构性能评估与安全预警技术、隧道全寿命周期安全评价及风险灾变控制技术研究，具体如下：
一、复杂环境隧道大变形韧性支护理论与控制技术
针对西部复杂艰险山区深埋软岩隧道的大变形控制难题，隧道数智建设及安全运维团队研究了不同地质特征、施工环境和施工关键参数下的隧道施工力学行为，揭示了大变形隧道的失稳模式及支护结构破坏特征；基于蠕变与应变软化耦合机制，进行软岩本构模型的二次开发，实现对软岩时效变形与损伤演化过程的定量分析；研究了不同开挖工法、预留变形量、支护时机等关键参数的变形控制效果，建立了基于监控量测反演与开挖参数动态设计互馈体系；研究了悬臂掘进机、多臂凿岩台车、多功能支护台车等机械化装备的适用性、工作效率与环保效益，建立了大变形隧道的机械化施工优化方案；研究了钢纤维混凝土支护结构的力学性能，评估其在增强延性与能量耗散方面的作用机制；研究了让压支护条件下衬砌结构的受力与变形特征，揭示了塑性与粘性耦合条件下隧道体系的能量转化与耗散规律。通过系统研究，构建了适用于软岩大变形隧道的韧性支护理论与控制技术体系，为复杂地质条件下隧道工程的安全、稳定及长期耐久提供理论依据与工程指导。
二、高地应力软弱破碎围岩注浆加固技术研究
围岩既是荷载的来源，也是约束结构变形的重要组成部分。为有效控制高地应力软岩隧道的变形，有必要对围岩进行注浆加固。依托海子山1号隧道，隧道数智建设及安全运维团队开发了一种针对高地应力软弱破碎围岩隧道工程的注浆加固模拟系统，并研发了一种适用于软弱破碎地层可注性强、效果可控的注浆加固材料；通过一系列现场试验与室内试验，系统研究了注浆体的宏观力学性能与微观结构特征，揭示了其加固机制。该技术已在久马高速海子山1号隧道中成功应用，取得了良好的工程效果。
三、深埋高地应力隧道裂隙岩体时效力学行为研究
深埋隧道围岩赋存环境复杂，高应力和强扰动特性突出，岩体表现出强时间效应，围岩变形收敛慢、变形大，给施工安全和工程的长期稳定带来了不利影响。隧道数智建设及安全运维团队综合试验和理论研究，探索了能够反映围岩应力调整过程的室内裂隙岩体试件制备方法，从宏--细观角度揭示了裂隙岩体时效行为及损伤时效演化规律，建立了能够描述裂隙岩体轴向和横向蠕变全过程中的非线性三维蠕变损伤模型，为深埋隧道围岩长期变形预测及稳定性评价提供理论依据和技术支撑。
四、基于可解释混合模型的隧道施工期变形预测方法研究
隧道数智建设及安全运维团队提出了一种预测山岭隧道施工期变形的混合模型，综合考虑时序和静态因素。模型采用集成提升技术，结合了擅长处理时序数据的Bi-LSTM网络和处理表格数据性能优异的Light GBM模型，分别用于处理时序和静态因素。基于真实施工与监测数据，与既有机器学习模型对比，该模型在局部和整体预测误差方面均表现出色。通过在Light GBM中引入各监测断面的静态因素，模型有效解决了时序预测中的时间延迟问题。采用SHAP方法对混合模型进行解释，结果表明模型的预测规则与隧道工程及物理力学基本原理高度一致，验证了其可靠性和实用性。该模型有效融合了Bi-LSTM与LightGBM模块，为时序预测延迟问题提供了可靠解决方案；测试集均方根误差为0.455mm、平均绝对百分比误差为2.604%，相关系数为0.995；基于SHAP方法解释了混合模型决策机制。
五、数据驱动的隧道结构性能评估与安全预警技术研究
为解决隧道在施工与运营期间安全监测难度大、时效性差的问题，隧道数智建设及安全运维团队基于人工智能与大数据分析技术，引入智能监测与检测方法，构建了隧道工程数智化安全监测系统架构，研发了隧道实时监测系统，为大变形隧道结构提供了智能化的安全健康整体解决方案。基于大量既有隧道灾变与病害数据，通过深入的大数据分析与挖掘，建立了更贴合实际工程条件的性能评价方法。在此基础上，依托隧道结构安全预警与应急机制，实现了预警信息的实时发布，并开展了隧道结构应急安全评估与技术咨询工作；最终构建的隧道安全监测系统，为实现隧道服役性能的精准、合理评价提供了可靠支撑。
针对我国隧道服役过程中日益显现的病害与破坏问题，隧道数智建设及安全运维团队通过数值模拟结合理论创新研究，揭示了围岩和支护结构间的能量传递、转化和耗散的动态演变机制，建立了隧道稳定性极限状态能量判据，研发了隧道全寿命期广义安全系数求解方法。在围岩压力作用下，衬砌主要表现为大小偏心受压两种受力模式，其中隧道衬砌裂损是结构病害中最为普遍的一种情况。提出了一种轻型-快速-微创的网片-短锚（网-锚）加固和波纹板-短锚（板-锚）加固裂损衬砌的方法，揭示了加固组合结构的力学特性，获得了加固的关键设计参数。
