崇太長江隧道是滬渝蓉高鐵全線控制性咽喉工程，它穿越長江，連接上海市崇明區(qū)與江蘇省太倉市。如今，在崇太長江隧道中，世界最大直徑國產(chǎn)高鐵盾構(gòu)機——崇太長江隧道“領(lǐng)航號”已掘進超3500米，以“有人值守、無人動手”的安全平穩(wěn)姿態(tài)自主掘進。
“領(lǐng)航號”盾構(gòu)機上，應(yīng)用了我國盾構(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？記者就上述問題采訪了有關(guān)專家。
融合多項數(shù)智技術(shù)
隧道工程是國民經(jīng)濟發(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。記者了解到，目前，國外采用盾構(gòu)/TBM法修建的隧道工程占比已超過50%，而我國相應(yīng)占比不足15%。盾構(gòu)/TBM法在我國具有廣闊的發(fā)展空間。
近年來，多種因素共同推動我國盾構(gòu)隧道智能建造技術(shù)發(fā)展。
從現(xiàn)實需求看，隧道施工過程中面臨諸多不利因素，亟待新技術(shù)提供解決方案。崇太長江隧道項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、過程決策的時效性。“這些特性導(dǎo)致隧道建造的安全風(fēng)險高、工作環(huán)境相對惡劣，工程成本與建造效率難以準(zhǔn)確把控，也意味著隧道設(shè)計與施工的難度大。”李斌說。
從技術(shù)層面看，當(dāng)前，人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、5G網(wǎng)絡(luò)及機器人等新興技術(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通過分析施工數(shù)據(jù)，能夠自動調(diào)整施工計劃、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)約費用。在設(shè)備安全管理方面，AI能夠?qū)崟r監(jiān)控施工裝備運行數(shù)據(jù)，對設(shè)備故障和異常及時預(yù)警，保障設(shè)備長期穩(wěn)定運行。通過分析施工現(xiàn)場監(jiān)控視頻，AI也能夠迅速識別違規(guī)操作并及時發(fā)出警報，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，隧道建造臨時性強、場地分布分散、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，這為盾構(gòu)/TBM隧道工程工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信號傳輸提供保障。
破解施工難點
記者了解到，崇太長江隧道盾構(gòu)機獨頭掘進長度達11.325千米，設(shè)備服役能力需求高。它是長江最深的江底隧道，水下最深處達89米，最大水壓達0.9兆帕，隧道承受水壓高。在長江水下掘進的過程中，需穿越長江刀鱭保護區(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，面對施工過程的多種不利因素，中鐵隧道局組建隧道智能建造技術(shù)攻關(guān)團隊，將智能化理念和技術(shù)深度嵌入崇太長江隧道建造全流程，成功研發(fā)出“智能感知、智能設(shè)計、智能預(yù)制、智能掘進、智能安裝、智能構(gòu)筑、智能環(huán)控、智能運輸、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，為隧道施工保駕護航。
在智能感知方面，技術(shù)團隊構(gòu)建了盾構(gòu)隧道建造全要素感知系統(tǒng)，通過多元感知與實時解譯技術(shù)，實現(xiàn)了工程地質(zhì)即時探測、設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測、有害氣體實時預(yù)警、隧道結(jié)構(gòu)健康感知。
在智能設(shè)計方面，技術(shù)團隊通過構(gòu)建三維數(shù)字化設(shè)計模型，實現(xiàn)了盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)參數(shù)化、數(shù)字化設(shè)計，工程數(shù)量智能提取統(tǒng)計和一鍵成圖。
在智能預(yù)制方面，技術(shù)團隊引入智能化生產(chǎn)線，結(jié)合信息化技術(shù)，搭建了國內(nèi)首套全數(shù)字化管片生產(chǎn)線，實現(xiàn)鋼筋加工、收面、管片蒸養(yǎng)等全過程自動化與智能化，生產(chǎn)效率提升了20%。
在智能掘進方面，技術(shù)團隊研發(fā)了盾構(gòu)智能掘進I-TBM系統(tǒng)，突破了盾構(gòu)倉內(nèi)壓力自適應(yīng)、云端預(yù)測數(shù)據(jù)自決策、掘進姿態(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I-TBM系統(tǒng)在掘進、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718米的最高紀(jì)錄，成功實現(xiàn)全系統(tǒng)算法控制的無人化掘進的常態(tài)應(yīng)用。
“未來，我們將繼續(xù)推進隧道建造與新質(zhì)生產(chǎn)力技術(shù)深度融合，讓地下空間資源開發(fā)更加安全、優(yōu)質(zhì)、高效、綠色、便捷、經(jīng)濟。”李斌說。
