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科技日報記者 喬地 通訊員 田玉鋒
5月6日，上海市域鐵路機場聯(lián)絡線11標段隧道，攻克各項技術難題最終貫通并通過驗收。該工程應用工程大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術，首次實現(xiàn)了大直徑盾構掘進由“人工為主、智能為輔”到“智能為主、人工為輔”產(chǎn)業(yè)升級，標志著我國盾構隧道智能建造技術已達世界領先水平。
中國工程院院士何華武說：“以上海機場聯(lián)絡線11標工程為代表的大直徑盾構隧道，形成了盾構隧道智能建造體系架構，將我國隧道建造技術推向了新高度。”
上海市域鐵路機場聯(lián)絡線全長68.6公里。其中11標段隧道長4721米，是國內(nèi)首條與國鐵網(wǎng)絡互通互聯(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裝備群組協(xié)同作業(yè)，隧道建設總里程累計突破了一萬公里大關，引領我國隧道施工技術實現(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)絡線11標段隧道進行了首試。針對該標段地質(zhì)不確定性、過程變異性等導致盾構效用發(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)絡協(xié)同制造/運維集成技術與平臺研發(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TBM工程大數(shù)據(jù)平臺，構建了以智能掘進、智能拼裝、智能協(xié)同、智能診斷、智能物管為保障的盾構隧道智能建造體系。
該智能建造體系在上海機場聯(lián)絡線11標段隧道的應用證明，設備利用率提高10%，施工組織效率提高16%，創(chuàng)造了14米級盾構單日掘進32米的行業(yè)最好紀錄。
在智能算法與邊緣控制技術測試盾構刀盤突然失速運轉(zhuǎn)情況下，團隊領軍人洪開榮通過反復測試和攻關，最終突破了神經(jīng)網(wǎng)絡機器學習算法熔斷控制等技術，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)了盾構隧道掘進-隧道內(nèi)部結構拼裝全工序作業(yè)，大尺度33.6噸預制混凝土件同步智能拼裝精度達到毫米級。
據(jù)悉，我國盾構隧道智能建造技術目前已取得一系列關鍵成果，包括構建了盾構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智能掘進神經(jīng)網(wǎng)絡深度學習核心算法，建立了預警、預報與應急熔斷機制，實現(xiàn)了盾構常態(tài)化智能掘進；研發(fā)了大直徑盾構隧道內(nèi)部結構拼裝機器人和隧道結構智能監(jiān)測車，形成了盾構掘進-結構拼裝-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，瞄準地質(zhì)探索、機器人技術應用、新一代云邊端智能控制技術研發(fā)等關鍵技術攻關，進一步夯實盾構隧道智能建造體系。
（攝影：田玉鋒、喬地）
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