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行業(yè)新聞

盾構(gòu)新技術(shù)實(shí)現(xiàn)管片“自動(dòng)拼裝” 讓“大塊頭”擁有“大智慧”

發(fā)布時(shí)間:2024-06-17 09:01:23            文章來(lái)源:

前不久,2023年度天津市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)揭曉,由天津大學(xué)、天津求實(shí)飛博科技有限公司、中交天和機(jī)械設(shè)備制造有限公司、中交第一航務(wù)工程局有限公司共同完成的“盾構(gòu)拼裝機(jī)光電融合感知自動(dòng)拼裝關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目榮獲科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

從新中國(guó)成立初期的“有路可走”到當(dāng)下的“暢行無(wú)阻”,我國(guó)已逐漸成為當(dāng)之無(wú)愧的交通大國(guó),建成了全球最大的高速鐵路網(wǎng)、公路網(wǎng)。交通項(xiàng)目的發(fā)展離不開(kāi)隧道建設(shè),盾構(gòu)技術(shù)被廣泛運(yùn)用于各項(xiàng)隧道工程中。

天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院副教授王雙介紹,作為盾構(gòu)機(jī)的重要子系統(tǒng),拼裝機(jī)用于隧道襯砌管片拼裝,需要融合機(jī)械、液壓、運(yùn)動(dòng)控制、檢測(cè)等多種技術(shù),其拼裝性能直接關(guān)系到施工安全和隧道質(zhì)量。由于多自由度拼裝機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,管片拼裝精度要求嚴(yán)苛,因此目前管片拼裝過(guò)程仍主要依靠人工,通過(guò)遙控器控制拼裝機(jī)完成。

“但在人工拼裝的過(guò)程中,存在拼裝質(zhì)量不高、拼裝操作危險(xiǎn)和施工安全隱患等問(wèn)題,因此,我們決定研究開(kāi)發(fā)盾構(gòu)拼裝機(jī)光電融合感知自動(dòng)拼裝關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用。”王雙一口道出項(xiàng)目要解決的行業(yè)痛點(diǎn)。

“我們幾家單位的合作,目標(biāo)很明確,就是要做自動(dòng)拼裝,滿足工程實(shí)際需求。”王雙說(shuō)。

奔著問(wèn)題去,向著難處攻。“最初我們進(jìn)行了大量的調(diào)研。在搜集信息時(shí),發(fā)現(xiàn)超聲、電磁都可以用來(lái)探測(cè)距離和位置,但是考慮到探測(cè)距離和精度的要求,以及環(huán)境適應(yīng)性等因素,我們最終還是將目光轉(zhuǎn)到光電上來(lái)。”在天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院的光電技術(shù)與光纖傳感實(shí)驗(yàn)室里,擺滿了光纖傳感設(shè)備的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。王雙一件一件地介紹著,如數(shù)家珍。

“前期在實(shí)驗(yàn)室里,方案設(shè)定、器件選型、驗(yàn)證等工作很快就做完了。”王雙說(shuō),“從0到1”的創(chuàng)新過(guò)程,大家覺(jué)得“挺順利”,而“從1到N”的落地應(yīng)用,即在施工現(xiàn)場(chǎng)不斷調(diào)整方案的4年間,團(tuán)隊(duì)卻感受到了前所未有的壓力——“簡(jiǎn)直就是‘一波未平,一波又起’”。

王雙翻看著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)提名書,回憶道:“有時(shí)候我們看數(shù)值覺(jué)得沒(méi)問(wèn)題,但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果,卻存在很大偏差。大家不知道原因在哪兒,慢慢分析才發(fā)現(xiàn),這就像三個(gè)變量列出三個(gè)方程,就能算出一對(duì)一的解,但面對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的時(shí)候往往就沒(méi)法得到唯一解。我們只好不斷修正算法,使它形成迭代,從錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)聯(lián)中建立起一對(duì)一的關(guān)系。”

“好幾次解不出問(wèn)題,我們都覺(jué)得束手無(wú)策了。”王雙笑著說(shuō),“但是從沒(méi)有人說(shuō)不干了,大家整理好思緒,一遍遍地討論、研究,關(guān)關(guān)雖難過(guò),但也關(guān)關(guān)過(guò)了。”

市場(chǎng)有需求,發(fā)展有要求,科研才有價(jià)值,前行才有動(dòng)力。隨著難題被逐個(gè)攻克,團(tuán)隊(duì)的信心也愈發(fā)強(qiáng)烈。

最終,項(xiàng)目提出的基于視覺(jué)—激光和結(jié)構(gòu)光增強(qiáng)的多光電融合技術(shù),實(shí)現(xiàn)了管片姿態(tài)檢測(cè)和精確定位,提出的基于光纖微腔和分布式相位時(shí)域反射融合的盾構(gòu)拼裝機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和反饋控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)盾構(gòu)拼裝機(jī)液壓系統(tǒng)在工作過(guò)程中的健康狀態(tài),以及拼裝機(jī)整體振動(dòng)場(chǎng)分布情況,進(jìn)而保證了在管片姿態(tài)檢測(cè)和位置精準(zhǔn)識(shí)別的基礎(chǔ)上,盾構(gòu)拼裝機(jī)液壓系統(tǒng)能夠?qū)⒐芷瑴?zhǔn)確送至拼裝位置,實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)管片的高質(zhì)量自動(dòng)拼裝。

工欲善其事,必先利其器,儀器設(shè)備的進(jìn)步也推動(dòng)人類科技的進(jìn)步。

如今,相關(guān)技術(shù)成果已在中交天和機(jī)械設(shè)備制造有限公司、中交第一航務(wù)工程局有限公司、中交(天津)軌道交通投資建設(shè)有限公司等10余家企業(yè)獲得應(yīng)用,在地鐵、鐵路、公路、市政管網(wǎng)、過(guò)江隧道、水電等國(guó)家重大重點(diǎn)工程領(lǐng)域的應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)安全可靠、快速精準(zhǔn)的施工,促進(jìn)盾構(gòu)機(jī)全鏈條產(chǎn)業(yè)的升級(jí),提高隧道施工的質(zhì)量和效率,也使我國(guó)的盾構(gòu)機(jī)自動(dòng)拼裝技術(shù)處于世界前沿。

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