崇太長(zhǎng)江隧道是滬渝蓉高鐵全線控制性咽喉工程，它穿越長(zhǎng)江，連接上海市崇明區(qū)與江蘇省太倉(cāng)市。如今，在崇太長(zhǎng)江隧道中，世界最大直徑國(guó)產(chǎn)高鐵盾構(gòu)機(jī)——崇太長(zhǎng)江隧道“領(lǐng)航號(hào)”已掘進(jìn)超3500米，以“有人值守、無(wú)人動(dòng)手”的安全平穩(wěn)姿態(tài)自主掘進(jìn)。
“領(lǐng)航號(hào)”盾構(gòu)機(jī)上，應(yīng)用了我國(guó)盾構(gòu)隧道智能建造新成果——盾構(gòu)隧道智能建造V2.0技術(shù)體系。
我國(guó)盾構(gòu)隧道智能建造技術(shù)發(fā)展情況如何？盾構(gòu)隧道智能建造成果有哪些亮點(diǎn)？記者就上述問(wèn)題采訪了有關(guān)專家。
融合多項(xiàng)數(shù)智技術(shù)
隧道工程是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，盾構(gòu)/TBM法作為高度機(jī)械化的隧道施工方法，相較其他隧道施工方法具有安全、優(yōu)質(zhì)、高效的特點(diǎn)。記者了解到，目前，國(guó)外采用盾構(gòu)/TBM法修建的隧道工程占比已超過(guò)50%，而我國(guó)相應(yīng)占比不足15%。盾構(gòu)/TBM法在我國(guó)具有廣闊的發(fā)展空間。
近年來(lái)，多種因素共同推動(dòng)我國(guó)盾構(gòu)隧道智能建造技術(shù)發(fā)展。
從現(xiàn)實(shí)需求看，隧道施工過(guò)程中面臨諸多不利因素，亟待新技術(shù)提供解決方案。崇太長(zhǎng)江隧道項(xiàng)目總工程師李斌介紹，隧道具有四大特性：地質(zhì)的不確定性與不確知性、建造理論的模糊性、巖土體的變異性、過(guò)程決策的時(shí)效性。“這些特性導(dǎo)致隧道建造的安全風(fēng)險(xiǎn)高、工作環(huán)境相對(duì)惡劣，工程成本與建造效率難以準(zhǔn)確把控，也意味著隧道設(shè)計(jì)與施工的難度大。”李斌說(shuō)。
從技術(shù)層面看，當(dāng)前，人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、5G網(wǎng)絡(luò)及機(jī)器人等新興技術(shù)，正快速與建筑行業(yè)深度融合。以AI技術(shù)為例，李斌介紹，AI通過(guò)分析施工數(shù)據(jù)，能夠自動(dòng)調(diào)整施工計(jì)劃、優(yōu)化人力資源分配，不僅提高作業(yè)效率，也能有效縮短工期、節(jié)約費(fèi)用。在設(shè)備安全管理方面，AI能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控施工裝備運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)備故障和異常及時(shí)預(yù)警，保障設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)分析施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控視頻，AI也能夠迅速識(shí)別違規(guī)操作并及時(shí)發(fā)出警報(bào)，保障工人的安全和施工環(huán)境的穩(wěn)定。
5G技術(shù)的發(fā)展，也為解決隧道建造狹小空間數(shù)據(jù)傳輸難題提供方案。李斌介紹，隧道建造臨時(shí)性強(qiáng)、場(chǎng)地分布分散、隧道空間狹小，不利于信息傳輸。5G技術(shù)具有高速、低延遲、大容量、高可靠和廣覆蓋等特點(diǎn)，這為盾構(gòu)/TBM隧道工程工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信號(hào)傳輸提供保障。
破解施工難點(diǎn)
記者了解到，崇太長(zhǎng)江隧道盾構(gòu)機(jī)獨(dú)頭掘進(jìn)長(zhǎng)度達(dá)11.325千米，設(shè)備服役能力需求高。它是長(zhǎng)江最深的江底隧道，水下最深處達(dá)89米，最大水壓達(dá)0.9兆帕，隧道承受水壓高。在長(zhǎng)江水下掘進(jìn)的過(guò)程中，需穿越長(zhǎng)江刀鱭保護(hù)區(qū)、主航道等環(huán)境敏感區(qū)，施工安全要求高。隧道還將穿越粉細(xì)砂伴有鈣質(zhì)膠結(jié)物地層，不利地質(zhì)條件也增大了施工難度。
李斌介紹，面對(duì)施工過(guò)程的多種不利因素，中鐵隧道局組建隧道智能建造技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，將智能化理念和技術(shù)深度嵌入崇太長(zhǎng)江隧道建造全流程，成功研發(fā)出“智能感知、智能設(shè)計(jì)、智能預(yù)制、智能掘進(jìn)、智能安裝、智能構(gòu)筑、智能環(huán)控、智能運(yùn)輸、智能管控”九大智能建造技術(shù)成果，形成盾構(gòu)隧道智能建造V2.0技術(shù)體系，為隧道施工保駕護(hù)航。
在智能感知方面，技術(shù)團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了盾構(gòu)隧道建造全要素感知系統(tǒng)，通過(guò)多元感知與實(shí)時(shí)解譯技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了工程地質(zhì)即時(shí)探測(cè)、設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)、有害氣體實(shí)時(shí)預(yù)警、隧道結(jié)構(gòu)健康感知。
在智能設(shè)計(jì)方面，技術(shù)團(tuán)隊(duì)通過(guò)構(gòu)建三維數(shù)字化設(shè)計(jì)模型，實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)參數(shù)化、數(shù)字化設(shè)計(jì)，工程數(shù)量智能提取統(tǒng)計(jì)和一鍵成圖。
在智能預(yù)制方面，技術(shù)團(tuán)隊(duì)引入智能化生產(chǎn)線，結(jié)合信息化技術(shù)，搭建了國(guó)內(nèi)首套全數(shù)字化管片生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)鋼筋加工、收面、管片蒸養(yǎng)等全過(guò)程自動(dòng)化與智能化，生產(chǎn)效率提升了20%。
在智能掘進(jìn)方面，技術(shù)團(tuán)隊(duì)研發(fā)了盾構(gòu)智能掘進(jìn)I-TBM系統(tǒng)，突破了盾構(gòu)倉(cāng)內(nèi)壓力自適應(yīng)、云端預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)自決策、掘進(jìn)姿態(tài)自巡航、環(huán)流出渣自調(diào)整等技術(shù)。相較于人工操作，盾構(gòu)智能掘進(jìn)I-TBM系統(tǒng)在掘進(jìn)、環(huán)流、姿態(tài)參數(shù)等方面表現(xiàn)更平穩(wěn)，創(chuàng)造了單月掘進(jìn)718米的最高紀(jì)錄，成功實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)算法控制的無(wú)人化掘進(jìn)的常態(tài)應(yīng)用。
“未來(lái)，我們將繼續(xù)推進(jìn)隧道建造與新質(zhì)生產(chǎn)力技術(shù)深度融合，讓地下空間資源開(kāi)發(fā)更加安全、優(yōu)質(zhì)、高效、綠色、便捷、經(jīng)濟(jì)。”李斌說(shuō)。
