深圳地铁全球首创：缪子成像为地铁隧道做 “CT”

在微观世界里，“缪子”（μ 子）这一基本粒子虽无形无质，却拥有强大的穿透能力，能深入岩石与金属，揭开地下结构的神秘面纱。如今，深圳地铁将粒子物理领域的缪子成像前沿技术转化为轨道交通建设的 “眼睛”，为盾构隧道进行实时 “CT 扫描”，这一创举在全球轨道交通行业尚属首次。 截至目前，深铁集团已在地铁 15 号线、16 号线、22 号线以及深惠城际铁路、穗莞深城际铁路等多条线路的施工中广泛应用缪子成像技术。累计完成 4190 米隧道探测，精准识别并指导处理软弱地层 57 处，为轨道施工中的地下风险探查与灾害防控开辟了全新路径。 深圳地铁盾构隧道缪子成像实时监测项目由深铁集团联合华北电力大学、西北工业大学深圳研究院于 2024 年 3 月启动。历时一年半，项目团队在探测环境适应性、数据采集处理、成像算法研发及工程验证等方面攻克了多项关键技术难题。 据深铁集团工程技术中心负责人介绍，缪子成像具有穿透能力强、远距离非接触探测、空间分辨率高等特点。它能根据不同地层密度区对缪子的吸收差异特性进行成像，被赞誉为 “天然的地质探针”。与传统地质雷达和人工钻探相比，该技术穿透性强、无需主动发射信号、不受地面干扰、可无损实时监测。 2024 年项目立项后，仅用半年时间，团队就完成了设备研发和现场部署，并在地铁 16 号线盾构施工阶段率先应用。通过缪子成像与 AI 数据分析相结合，项目团队成功识别出浅层疏松区、空洞及管涌通道等风险区域，为施工单位提供了精准的注浆加固依据，极大提升了施工安全水平。 早在 2024 年初，深圳地铁 16 号线共建管廊项目就面临着近 20 米厚的复杂地层和密集地下管线，传统勘探手段难以全面掌握深层地质情况。为解决这一难题，深铁集团引入了原本用于古建筑无损探伤的缪子成像技术。同年 3 月，依托产学研平台，深铁集团迅速组建跨学科攻关团队，并于 4 月在 16 号线管廊项目开展试验，拉开了缪子技术在轨道交通工程中应用的序幕。 由于国内外在地质结构缪子密度成像算法方面几乎空白，且隧道环境高温、高湿、多尘，对设备稳定性要求极高，项目团队从零开始，历经数十次设计迭代和现场测试，历时半年成功研制出全球首台专用于隧道施工的缪子成像仪。当年 10 月，在深惠城际铁路测试中，系统生成的三维密度图清晰显示某段隧道中存在低密度异常区，经钻探验证，发现一处直径达 4 米的隐蔽空洞，充分验证了技术的可靠性。 2025 年，缪子成像技术进入规模化应用阶段。在穗莞深城际、深惠城际大鹏支线等项目中，设备被直接安装于盾构机刀盘后方，实时扫描隧道上方地层，成功探测出 17 处松散区域，并同步评估注浆加固效果。在两次重大险情抢险中，该技术快速定位河道渗漏通道与岩溶区沉降源头，为应急处置提供了关键决策支持。 随着城市化进程的加速，轨道交通、地下管网等 “城市生命线” 工程面临着日益复杂的地质挑战，传统探测手段已难以满足现代盾构工程的安全管控需求。深铁集团相关负责人表示，缪子成像技术一次布设、长期监测，覆盖范围广、效率高，能大幅降低勘探成本和对城市运行的干扰。它能提供真实的三维地质结构，通过自动化反演显著缩短异常响应时间和报告周期，具备拓展到路面塌陷预警、桥梁结构监测、地下综合体安全及盾构地质预判等多个领域的潜力，具有突出的工程应用价值，有望为城市基础设施建设带来新的变革。