上天有神州、下海有蛟龍、入地有盾構(gòu)，盾構(gòu)機(jī)如今已成為衡量國家裝備制造業(yè)水平的重大關(guān)鍵裝備。隨著我國盾構(gòu)建造、施工能力的不斷提升，以及5G、人工智能、北斗等新技術(shù)的加持，讓盾構(gòu)機(jī)在擁有大力氣的同時，也開始有了“大智慧”。

產(chǎn)品更智能

近日，由中鐵工業(yè)旗下中鐵工程裝備集團(tuán)打造的超大直徑泥水盾構(gòu)機(jī)“領(lǐng)航號”在上海市崇明區(qū)順利始發(fā)。該設(shè)備搭載了智能掘進(jìn)、智能拼裝等領(lǐng)先的智能化系統(tǒng)，可以實現(xiàn)無人駕駛和輔助駕駛并行，標(biāo)志著我國盾構(gòu)隧道智能建造水平達(dá)到新高度。

一部盾構(gòu)機(jī)的零部件超過2萬個，光一個控制系統(tǒng)就有2000多個點(diǎn)。如何確保設(shè)備的穩(wěn)定性和地質(zhì)適宜性?智能化、自動化成為盾構(gòu)機(jī)發(fā)展的方向。

中鐵裝備集團(tuán)總工程師賈連輝介紹：“此次始發(fā)的‘領(lǐng)航號’，將引領(lǐng)我國盾構(gòu)隧道智能建造水平攀升到新的高度。”“領(lǐng)航號”盾構(gòu)機(jī)配置了隧道智能建造系統(tǒng)，擁有獨(dú)立思考、智能分析、自主判斷的“超級大腦”，搭載智能掘進(jìn)、智能拼裝、超前地質(zhì)預(yù)報、盾尾密封安全預(yù)警、設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測等國內(nèi)領(lǐng)先的智能創(chuàng)新技術(shù)。

我國最新的盾構(gòu)產(chǎn)品已經(jīng)普遍配備了智能化系統(tǒng)，其生產(chǎn)過程的智能化水平也在不斷提升。

在中鐵十四局參建的金塘海底隧道施工現(xiàn)場，越來越多的生產(chǎn)環(huán)節(jié)通過技術(shù)升級、設(shè)備更新、工藝換代，運(yùn)用智能化手段不斷培育鍛造新質(zhì)生產(chǎn)力，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入新動能。

據(jù)介紹，該項目采用現(xiàn)代化的工廠管理理念，搭建了多功能布料機(jī)、全自動振搗平臺、多功能機(jī)械手、自動化運(yùn)輸子母臺車、自動控溫蒸養(yǎng)窯五大智能化生產(chǎn)系統(tǒng)，實現(xiàn)了管片鋼筋籠加工、模具清理、噴涂脫模劑、混凝土澆筑、振搗、抹面、蒸養(yǎng)等八大工序的全環(huán)節(jié)、全流程工廠化、自動化、少人化生產(chǎn)，生產(chǎn)效能提升20.8%。

運(yùn)行更高效

5月16日，在新建寧波至舟山鐵路金塘海底隧道寧波側(cè)和舟山側(cè)，隔海相望的兩臺超大直徑盾構(gòu)機(jī)刀盤同時轉(zhuǎn)動，正式開啟相向始發(fā)穿海之旅。

如何采用智能化手段，盡可能探明周邊環(huán)境，減少對盾構(gòu)機(jī)操作人員的經(jīng)驗依賴，是隧道工程領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。

為此，施工團(tuán)隊搭建了數(shù)字盾構(gòu)系統(tǒng)，實現(xiàn)掘進(jìn)數(shù)據(jù)實時采集、分析和預(yù)警，快速、精準(zhǔn)指導(dǎo)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工，有效解決智能控制問題。團(tuán)隊還大力運(yùn)用智能化工裝、智慧化手段，不斷適應(yīng)不同地質(zhì)地形要求，提升施工效率。

金塘海底隧道工程采用“甬舟號”和“定海號”2臺盾構(gòu)機(jī)施工，每臺長135米、重4350噸，開挖直徑14.57米。2臺盾構(gòu)機(jī)要下穿石油管線、海堤、碼頭和航道等多項風(fēng)險源，穿越過程中要經(jīng)歷28次軟硬地層變換，最終在78米深海底“會師”，中心軸線對接誤差要求不超過2厘米。

為了確保盾構(gòu)機(jī)順利掘進(jìn)、精準(zhǔn)對接，建設(shè)管理單位滬杭客專公司組織中鐵十一局、中鐵十四局項目部對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行了針對性設(shè)計和優(yōu)化，采用重型帶壓刀盤，配備超前地質(zhì)預(yù)報和超前加固等專用裝備，做到“軟硬通吃”;同時配備先進(jìn)的導(dǎo)向系統(tǒng)，確保海底精準(zhǔn)對接。

中鐵十四局甬舟鐵路項目指揮長胡浩介紹，搭載了多項智能裝備的盾構(gòu)機(jī)，就像一個深藏在地下的“可移動智能建造工廠”。掘進(jìn)過程中，最高將實現(xiàn)7環(huán)至8環(huán)的日掘進(jìn)速度，2臺盾構(gòu)機(jī)預(yù)計于2026年底進(jìn)行海底對接。

2023年5月，中鐵裝備研制的世界首臺綠色盾構(gòu)機(jī)下線，應(yīng)用于意大利西西里島高速鐵路項目。綠色理念主要通過智能控制和低碳環(huán)保兩方面得以體現(xiàn)，通過對盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中各系統(tǒng)的自動智能管理，實現(xiàn)與掘進(jìn)地層的自適應(yīng)調(diào)節(jié)匹配，自主達(dá)到掘進(jìn)效率和能源消耗的最佳匹配，實現(xiàn)綠色節(jié)能目的。截至目前，中國中鐵號盾構(gòu)機(jī)已經(jīng)出口到法國、德國、意大利、新加坡等30多個國家和地區(qū)。

體系更完善

2023年4月12日，集眾多盾構(gòu)機(jī)智能化技術(shù)于一體的“基石一號”在北京地鐵22號線始發(fā)。中鐵裝備電氣與智能技術(shù)研究院副院長林福龍介紹，這臺盾構(gòu)機(jī)集中搭載了刮刀磨損檢測、盾尾間隙測量、渣土體積測量、軸線糾偏自動控制、自動保壓控制、自主掘進(jìn)控制系統(tǒng)、地面集控中心、盾構(gòu)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺等系統(tǒng)，實現(xiàn)了從局部智能到全局智慧的跨越，基本實現(xiàn)在均質(zhì)地層的一鍵啟動、無人掘進(jìn)。

盾構(gòu)裝備智能化，不光是一臺設(shè)備的智能化，而是要實現(xiàn)設(shè)計、制造、施工、維修全產(chǎn)業(yè)鏈的智能化。

賈連輝介紹，早在9年前，中鐵裝備集團(tuán)就著手開展盾構(gòu)機(jī)的智能化研究。2015年3月，由中鐵裝備集團(tuán)承擔(dān)的“TBM(硬巖掘進(jìn)機(jī))安全高效掘進(jìn)全過程信息化智能控制與支撐軟件基礎(chǔ)研究”項目成功獲得國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃立項。

工程師團(tuán)隊經(jīng)過不斷探索和努力，取得了一系列創(chuàng)新成果和技術(shù)應(yīng)用：研制的TBM-SMART系統(tǒng)，通過圍巖探測、設(shè)備感知、數(shù)據(jù)分析挖掘、參數(shù)決策等，實現(xiàn)智能施工，在30多臺設(shè)備上搭載應(yīng)用;研發(fā)的行業(yè)首個“大型掘進(jìn)機(jī)關(guān)鍵部件及系統(tǒng)監(jiān)測診斷系統(tǒng)(TOMD)”，是保障掘進(jìn)機(jī)施工安全和效能的24小時全天候隨身智能“體檢醫(yī)生”。

隧道掘進(jìn)機(jī)智能化研發(fā)，也離不開科研機(jī)構(gòu)的助力。中鐵隧道局、中鐵裝備及鄭州大學(xué)聯(lián)合共建了隧道掘進(jìn)機(jī)及智能運(yùn)維全國重點(diǎn)實驗室，成為隧道掘進(jìn)機(jī)及智能建造領(lǐng)域的國家公共研究平臺。平臺自主成功研發(fā)出全國首套工序化應(yīng)用的盾構(gòu)智能掘進(jìn)系統(tǒng)，集成了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、預(yù)測算法、邊緣反饋控制、應(yīng)急熔斷等技術(shù)，實現(xiàn)了復(fù)雜地質(zhì)盾構(gòu)掘進(jìn)主動參數(shù)預(yù)測、隧道姿態(tài)調(diào)整控制、異常事件預(yù)警防控。

在深江鐵路珠江口隧道，正在施工的“大灣區(qū)號”盾構(gòu)機(jī)搭載中鐵隧道局創(chuàng)新研發(fā)的八大智能體系，實現(xiàn)智能化施工。中鐵隧道局集團(tuán)負(fù)責(zé)人表示，未來，將通過與科研院所合作，大幅提升企業(yè)制造和施工智能化水平。