一、面向地下工程的AI感知与智能运维研究
（1）地下受限空间机器人多源感知与自主建图
聚焦隧道、管廊、地下矿道等地下基础设施在复杂受限环境下的空间感知、自主巡检与三维建图问题，研究足式机器人搭载激光雷达、视觉相机、惯性测量单元等多源传感设备的协同感知方法。通过机器人自主定位、SLAM建图、点云配准与三维场景重建，实现地下空间结构轮廓、作业环境和关键设施的高精度获取，为地下工程机器人化巡检、三维数字化建模和长期状态监测提供基础数据支撑。
（2）地下结构三维重建与健康状态智能识别
面向地下基础设施长期服役过程中的结构变形、裂缝、渗漏、剥落等病害识别与安全评估需求，研究基于点云、图像和多源监测数据的地下结构三维重建与健康状态识别方法。通过结构病害智能检测、空间定位、状态分级和演化分析，实现地下结构服役状态的精细化表达，为结构安全评估、隐患排查、病害演化分析和数字化运维提供技术支撑。
（3）大语言模型驱动的岩土数据挖掘与地下工程智能辅助决策
针对地下工程勘察资料分散、数据格式不统一、历史项目数据复用困难、规范查询效率低及专业分析流程复杂等问题，研究大语言模型与岩土数据库、规范文本库和专业计算插件的融合方法。通过构建结构统一的岩土参数数据库和工程文本知识库，结合GAN参数分布预测、缺失值补全、小样本后验分析等算法插件，实现岩土参数规律识别、不确定性分析和工程语义解析。在此基础上，构建地下工程智能助手系统，实现自然语言问答、SQL数据查询、插件化计算、RAG规范检索和专业文本生成等功能，形成从勘察数据整理、参数分析、规范引用到工程建议生成的智能辅助决策体系。
二、盾构隧道掘进泡沫改良与地层扰动力学机制研究
（1）泡沫注入参数优化与盾构智能掘进调控
针对复杂地层中盾构掘进参数匹配、泡沫注入量控制和掌子面稳定调控问题，研究泡沫改良效果与推进速度、刀盘转速、舱压、注入压力等参数之间的耦合关系。通过试验数据与数值模拟结果对比分析，建立泡沫改良参数、渣土状态和地层扰动响应之间的关联模型，形成盾构掘进参数优化、泡沫注入调控和地层变形风险预警方法，为盾构智能掘进与复杂地层安全施工提供支撑。
（2）泡沫改良土多相渗流试验与实时监测
聚焦盾构土压平衡掘进中泡沫改良土的气体入渗、泡沫排出、排水排气及渗透演化问题，构建可施加气压并开展多参数实时监测的泡沫改良土渗气试验系统。通过渗透柱、压力传感器、气压控制装置、电子天平和数据采集系统，测试不同泡沫掺量、气压条件和土体状态下的气体渗流响应、孔压变化和渗出水量，为评价泡沫改良土的渗气性能提供试验基础。
（3）泡沫封堵、衰减与气液迁移动力学机制
面向泡沫在土体孔隙中的封堵、排液、破灭与迁移过程，研究泡沫改良土在气压作用下的气液两相流动规律。通过分析气压传递、渗流通道形成、渗出水量变化及孔隙中泡沫稳定性演化，揭示泡沫在土体中的封堵效应、衰减规律和气液迁移机制，建立泡沫改良土渗气性能评价方法，为渣土流塑性调控和开挖面稳定控制提供理论依据。
（4）盾构掘进过程中泡沫注入与土体扰动数值模拟
面向盾构推进过程中刀盘切削、泡沫注入、土体搅拌、舱压传递与地层扰动控制问题，开展盾构—土体相互作用多尺度数值模拟研究。通过建立包含刀盘、开口、搅拌臂、泡沫注入口、压力边界和地下水压力的三维模型，分析不同推进工况下盘前土体速度场、超孔压分布、压力传递效率和地层扰动范围，揭示泡沫改良与刀盘旋转共同作用下的土体流动及稳定机制。
