2025IBTC精選報告 | 紹興大學馬國偉
閱讀：次 發布人：橋梁與隧道
2025年11月22日-23日，中國工程院工程科技學術研討會暨第十三屆國際橋梁與隧道技術大會（IBTC 2025）在天津成功召開。大會深入貫徹落實黨的二十屆四中全會精神，以“新質生產力賦能交通基礎設施智能建養與韌性安全”為主題開展高質量學術報告與研討，涌現出一批具有前瞻性和實踐價值的研究成果。
作為中國乃至國際范圍內反映重大工程建設與技術創新的重要交流平臺，為更好傳播科技前沿成果、推動行業創新進步，大會組委會特別推出《2025IBTC精選報告回顧》，分享專家精彩觀點。本期聚焦河北工業大學原副校長、紹興大學深部金屬礦智能開采與裝備全國重點實驗室主任馬國偉的大會報告《噴射3D打印隧道襯砌設計與建造方法》，核心內容如下↓↓↓
一、隧道襯砌技術現狀與瓶頸
我國作為交通強國，隧道建設里程長、規模大，正向深地、高原等極端環境拓展。目前，復合式襯砌是我國交通隧道應用最廣泛的結構形式（占比80%-90%），其設計主要依據新奧法理念，采用“初支承載、二襯儲備”的模式。然而，傳統復合式襯砌在長期實踐中暴露出若干關鍵問題：一是結構與功能不協同，初支、防水板與二襯之間結構不連續，變形不協調，導致承載能力難充分利用；二是防水可靠性低，傳統防水板易出現滲漏水問題；三是建造工序復雜，支護與防水施工難以協同，且智能化程度較低，難以滿足現代高質量建設需求。
二、噴射3D打印一體化設計理念
為解決上述問題，報告提出了“噴射3D打印隧道襯砌設計與建造方法”。該方法以增材制造技術為核心，致力于實現襯砌的“設計建造一體化”與“支護防水一體化”。主要包括以下三個層面：
功能梯度結構設計：改變傳統單一的結構分層，通過逐層噴射3D打印，構建集找平層、防水層、結構層于一體的多功能體系。根據圍巖等級（如2/3A級用網片噴射，3B-5級用網架/拱架增強），靈活調整各層混凝土的強度、厚度及配筋，形成功能梯度結構。
多形式防水保障體系：摒棄傳統防水板，采用“排、隔、疏、抗”綜合體系。包括外部排水錨管（排）、高分子噴膜防水層（隔）、疏水混凝土層（疏）及抗滲混凝土層（抗），顯著提升防水可靠性。
動態控制設計方法：在傳統位移控制基礎上，提出“增層位移控制法”。利用3D打印逐層施工的特點，建立“設計方案－結構驗算－現場量測－實時優化”的閉環體系，對不同層位的位移、變形及材料參數進行動態調控。
三、關鍵技術創新與工程示范
該方法在材料研發、建造工藝與工程驗證三個層面實現了重要突破。
高性能材料創新：針對打印工藝需求，研發了兼具高延性、高粘結性與速凝特性的防水噴膜，僅需 3mm 厚度即可滿足防水要求；同時開發了低回彈、高強度的疏水混凝土與抗滲混凝土，實現了材料性能與噴射打印工藝的高效匹配。
智能建造工藝創新：采用“2.5D鋼筋增強技術”，通過雙層網片形成立體鋼筋籠，并結合視覺識別與自動路徑規劃系統，實現了鋼筋定位與混凝土噴射的協同作業，保障了高精度、自動化的逐層打印施工。
工程示范成效：廣湛鐵路某支洞的成功應用表明，該技術不僅顯著提升了結構安全性（圍巖穩定系數由1.84提高至噴射后的6.0），并且實現了全程無滲漏的防水效果。在成本與傳統工藝基本持平的前提下，因工序整合與流程優化，整體施工效率提升約40%。
四、主要結論
報告指出，噴射3D打印隧道襯砌技術通過設計原理、材料體系與建造工藝的系統性創新，成功實現了隧道襯砌的結構功能一體化與智能化建造。該方法不僅解決了傳統復合式襯砌結構不連續、防水難等痼疾，更通過“功能匹配、性能匹配、造價匹配”的優勢，為我國隧道工程邁向智能化、高效化提供了新的技術路徑與科學依據。
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▲馬國偉在大會現場分享報告
文/大會組委會綜合整理
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