我国盾构隧道迈入智能建造时代

(资料图)

5月6日，上海市域铁路机场联络线11标段隧道，攻克各项技术难题最终贯通并通过验收。该工程应用工程大数据、物联网、人工智能技术，首次实现了大直径盾构掘进由“人工为主、智能为辅”到“智能为主、人工为辅”产业升级，标志着我国盾构隧道智能建造技术已达世界领先水平。

中国工程院院士何华武说：“以上海机场联络线11标工程为代表的大直径盾构隧道，形成了盾构隧道智能建造体系架构，将我国隧道建造技术推向了新高度。”

上海市域铁路机场联络线全长68.6公里。其中11标段隧道长4721米，是国内首条与国铁网络互通互联的市域铁路示范工程，由中铁隧道局承建。作为隧道及地下工程领域的“国家队”，中铁隧道局四十余年以来，隧道施工从“新奥法”改良到“浅埋暗挖”，从机械化配套到盾构装备群组协同作业，隧道建设总里程累计突破了一万公里大关，引领我国隧道施工技术实现了四次跨越。近年来，中铁隧道局开始致力于隧道智能建造研究，并在上海市域铁路机场联络线11标段隧道进行了首试。针对该标段地质不确定性、过程变异性等导致盾构效用发挥受限情况，中铁隧道局依托该局隧道掘进机及智能运维全国重点实验室的强大技术力量，由局总工程师、实验室主任洪开荣牵头，在国家重点研发计划“智能互联装备网络协同制造/运维集成技术与平台研发”项目支持下，围绕工程多要素智能互联、掘进机智能运维及制造/运维互馈机理等研究，研制了汇聚国内外603个重点工程数据的国内首个盾构TBM工程大数据平台，构建了以智能掘进、智能拼装、智能协同、智能诊断、智能物管为保障的盾构隧道智能建造体系。

该智能建造体系在上海机场联络线11标段隧道的应用证明，设备利用率提高10%，施工组织效率提高16%，创造了14米级盾构单日掘进32米的行业最好纪录。

在智能算法与边缘控制技术测试盾构刀盘突然失速运转情况下，团队领军人洪开荣通过反复测试和攻关，最终突破了神经网络机器学习算法熔断控制等技术，依据研发的“辅助掘进/智能巡航一键启动”云边端智能掘进系统，建成了“有人值守、无人操作”盾构智能掘进常态模式，使隧道线性偏差控制在±30毫米，地表最大沉降控制在13毫米以内;盾构综合掘进效率提高33%。研制的弧形件、中隔墙等系列同步拼装机器人，实现了盾构隧道掘进-隧道内部结构拼装全工序作业，大尺度33.6吨预制混凝土件同步智能拼装精度达到毫米级。

据悉，我国盾构隧道智能建造技术目前已取得一系列关键成果，包括构建了盾构TBM隧道建造工业互联网，形成了工程多要素有效融合的数据资产;突破了典型地层盾构智能掘进神经网络深度学习核心算法，建立了预警、预报与应急熔断机制，实现了盾构常态化智能掘进;研发了大直径盾构隧道内部结构拼装机器人和隧道结构智能监测车，形成了盾构掘进-结构拼装-隧道质量检测全工序作业生产线;融合现场智能物资管理系统，研发盾构群组智能互联工程管控系统，实现工程安全、质量、进度、人员、物资等全方位的协同管理。

洪开荣表示，下一步中铁隧道局将以数智升级工程为抓手，瞄准地质探索、机器人技术应用、新一代云边端智能控制技术研发等关键技术攻关，进一步夯实盾构隧道智能建造体系。

(摄影：田玉锋、乔地)

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