运用智能建造技术，“领航号”安全平稳掘进

2025-01-07 09:37:49 来源：中国科技网

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崇太长江隧道是沪渝蓉高铁全线控制性咽喉工程，它穿越长江，连接上海市崇明区与江苏省太仓市。如今，在崇太长江隧道中，世界最大直径国产高铁盾构机——崇太长江隧道“领航号”已掘进超3500米，以“有人值守、无人动手”的安全平稳姿态自主掘进。

“领航号”盾构机上，应用了我国盾构隧道智能建造新成果——盾构隧道智能建造V2.0技术体系。

我国盾构隧道智能建造技术发展情况如何？盾构隧道智能建造成果有哪些亮点？记者就上述问题采访了有关专家。

融合多项数智技术

隧道工程是国民经济发展基础设施的重要组成部分，盾构/TBM法作为高度机械化的隧道施工方法，相较其他隧道施工方法具有安全、优质、高效的特点。记者了解到，目前，国外采用盾构/TBM法修建的隧道工程占比已超过50%，而我国相应占比不足15%。盾构/TBM法在我国具有广阔的发展空间。

近年来，多种因素共同推动我国盾构隧道智能建造技术发展。

从现实需求看，隧道施工过程中面临诸多不利因素，亟待新技术提供解决方案。崇太长江隧道项目总工程师李斌介绍，隧道具有四大特性：地质的不确定性与不确知性、建造理论的模糊性、岩土体的变异性、过程决策的时效性。“这些特性导致隧道建造的安全风险高、工作环境相对恶劣，工程成本与建造效率难以准确把控，也意味着隧道设计与施工的难度大。”李斌说。

从技术层面看，当前，人工智能、大数据、云计算、5G网络及机器人等新兴技术，正快速与建筑行业深度融合。以AI技术为例，李斌介绍，AI通过分析施工数据，能够自动调整施工计划、优化人力资源分配，不仅提高作业效率，也能有效缩短工期、节约费用。在设备安全管理方面，AI能够实时监控施工装备运行数据，对设备故障和异常及时预警，保障设备长期稳定运行。通过分析施工现场监控视频，AI也能够迅速识别违规操作并及时发出警报，保障工人的安全和施工环境的稳定。

5G技术的发展，也为解决隧道建造狭小空间数据传输难题提供方案。李斌介绍，隧道建造临时性强、场地分布分散、隧道空间狭小，不利于信息传输。5G技术具有高速、低延迟、大容量、高可靠和广覆盖等特点，这为盾构/TBM隧道工程工业物联网信号传输提供保障。

破解施工难点

记者了解到，崇太长江隧道盾构机独头掘进长度达11.325千米，设备服役能力需求高。它是长江最深的江底隧道，水下最深处达89米，最大水压达0.9兆帕，隧道承受水压高。在长江水下掘进的过程中，需穿越长江刀鲚保护区、主航道等环境敏感区，施工安全要求高。隧道还将穿越粉细砂伴有钙质胶结物地层，不利地质条件也增大了施工难度。

李斌介绍，面对施工过程的多种不利因素，中铁隧道局组建隧道智能建造技术攻关团队，将智能化理念和技术深度嵌入崇太长江隧道建造全流程，成功研发出“智能感知、智能设计、智能预制、智能掘进、智能安装、智能构筑、智能环控、智能运输、智能管控”九大智能建造技术成果，形成盾构隧道智能建造V2.0技术体系，为隧道施工保驾护航。

在智能感知方面，技术团队构建了盾构隧道建造全要素感知系统，通过多元感知与实时解译技术，实现了工程地质即时探测、设备状态在线监测、有害气体实时预警、隧道结构健康感知。

在智能设计方面，技术团队通过构建三维数字化设计模型，实现了盾构隧道结构参数化、数字化设计，工程数量智能提取统计和一键成图。

在智能预制方面，技术团队引入智能化生产线，结合信息化技术，搭建了国内首套全数字化管片生产线，实现钢筋加工、收面、管片蒸养等全过程自动化与智能化，生产效率提升了20%。

在智能掘进方面，技术团队研发了盾构智能掘进I-TBM系统，突破了盾构仓内压力自适应、云端预测数据自决策、掘进姿态自巡航、环流出渣自调整等技术。相较于人工操作，盾构智能掘进I-TBM系统在掘进、环流、姿态参数等方面表现更平稳，创造了单月掘进718米的最高纪录，成功实现全系统算法控制的无人化掘进的常态应用。

“未来，我们将继续推进隧道建造与新质生产力技术深度融合，让地下空间资源开发更加安全、优质、高效、绿色、便捷、经济。”李斌说。