我國盾構(gòu)隧道邁入智能建造時代 今日關(guān)注

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5月6日，上海市域鐵路機場聯(lián)絡(luò)線11標(biāo)段隧道，攻克各項技術(shù)難題最終貫通并通過驗收。該工程應(yīng)用工程大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)，首次實現(xiàn)了大直徑盾構(gòu)掘進由“人工為主、智能為輔”到“智能為主、人工為輔”產(chǎn)業(yè)升級，標(biāo)志著我國盾構(gòu)隧道智能建造技術(shù)已達世界領(lǐng)先水平。

中國工程院院士何華武說：“以上海機場聯(lián)絡(luò)線11標(biāo)工程為代表的大直徑盾構(gòu)隧道，形成了盾構(gòu)隧道智能建造體系架構(gòu)，將我國隧道建造技術(shù)推向了新高度?！?/p>

上海市域鐵路機場聯(lián)絡(luò)線全長68.6公里。其中11標(biāo)段隧道長4721米，是國內(nèi)首條與國鐵網(wǎng)絡(luò)互通互聯(lián)的市域鐵路示范工程，由中鐵隧道局承建。作為隧道及地下工程領(lǐng)域的“國家隊”，中鐵隧道局四十余年以來，隧道施工從“新奧法”改良到“淺埋暗挖”，從機械化配套到盾構(gòu)裝備群組協(xié)同作業(yè)，隧道建設(shè)總里程累計突破了一萬公里大關(guān)，引領(lǐng)我國隧道施工技術(shù)實現(xiàn)了四次跨越。近年來，中鐵隧道局開始致力于隧道智能建造研究，并在上海市域鐵路機場聯(lián)絡(luò)線11標(biāo)段隧道進行了首試。針對該標(biāo)段地質(zhì)不確定性、過程變異性等導(dǎo)致盾構(gòu)效用發(fā)揮受限情況，中鐵隧道局依托該局隧道掘進機及智能運維全國重點實驗室的強大技術(shù)力量，由局總工程師、實驗室主任洪開榮牽頭，在國家重點研發(fā)計劃“智能互聯(lián)裝備網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造/運維集成技術(shù)與平臺研發(fā)”項目支持下，圍繞工程多要素智能互聯(lián)、掘進機智能運維及制造/運維互饋機理等研究，研制了匯聚國內(nèi)外603個重點工程數(shù)據(jù)的國內(nèi)首個盾構(gòu)TBM工程大數(shù)據(jù)平臺，構(gòu)建了以智能掘進、智能拼裝、智能協(xié)同、智能診斷、智能物管為保障的盾構(gòu)隧道智能建造體系。

該智能建造體系在上海機場聯(lián)絡(luò)線11標(biāo)段隧道的應(yīng)用證明，設(shè)備利用率提高10%，施工組織效率提高16%，創(chuàng)造了14米級盾構(gòu)單日掘進32米的行業(yè)最好紀(jì)錄。

在智能算法與邊緣控制技術(shù)測試盾構(gòu)刀盤突然失速運轉(zhuǎn)情況下，團隊領(lǐng)軍人洪開榮通過反復(fù)測試和攻關(guān)，最終突破了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機器學(xué)習(xí)算法熔斷控制等技術(shù)，依據(jù)研發(fā)的“輔助掘進/智能巡航一鍵啟動”云邊端智能掘進系統(tǒng)，建成了“有人值守、無人操作”盾構(gòu)智能掘進常態(tài)模式，使隧道線性偏差控制在±30毫米，地表最大沉降控制在13毫米以內(nèi);盾構(gòu)綜合掘進效率提高33%。研制的弧形件、中隔墻等系列同步拼裝機器人，實現(xiàn)了盾構(gòu)隧道掘進-隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)拼裝全工序作業(yè)，大尺度33.6噸預(yù)制混凝土件同步智能拼裝精度達到毫米級。

據(jù)悉，我國盾構(gòu)隧道智能建造技術(shù)目前已取得一系列關(guān)鍵成果，包括構(gòu)建了盾構(gòu)TBM隧道建造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，形成了工程多要素有效融合的數(shù)據(jù)資產(chǎn);突破了典型地層盾構(gòu)智能掘進神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)核心算法，建立了預(yù)警、預(yù)報與應(yīng)急熔斷機制，實現(xiàn)了盾構(gòu)常態(tài)化智能掘進;研發(fā)了大直徑盾構(gòu)隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)拼裝機器人和隧道結(jié)構(gòu)智能監(jiān)測車，形成了盾構(gòu)掘進-結(jié)構(gòu)拼裝-隧道質(zhì)量檢測全工序作業(yè)生產(chǎn)線;融合現(xiàn)場智能物資管理系統(tǒng)，研發(fā)盾構(gòu)群組智能互聯(lián)工程管控系統(tǒng)，實現(xiàn)工程安全、質(zhì)量、進度、人員、物資等全方位的協(xié)同管理。

洪開榮表示，下一步中鐵隧道局將以數(shù)智升級工程為抓手，瞄準(zhǔn)地質(zhì)探索、機器人技術(shù)應(yīng)用、新一代云邊端智能控制技術(shù)研發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，進一步夯實盾構(gòu)隧道智能建造體系。

(攝影：田玉鋒、喬地)

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