研究背景

隧道結構是城市軌道交通運營的重要承載，一旦出現(xiàn)結構病害，不僅會影響運營質量，嚴重時甚至可能危及運行安全。我國城市軌道交通五十余年的發(fā)展歷程，特別是近二十年的高速發(fā)展證明，建設質量不高引發(fā)的問題僅依靠運營期的維養(yǎng)無法徹底解決。為避免“百年運營、百年維修”的狀態(tài)，需要通過高質量建設為安全運營打下堅實基礎。

上海地鐵持續(xù)探索確保盾構隧道結構本質安全的創(chuàng)新方法，建設技術也在日新月異的變革中不斷進步。傳統(tǒng)盾構施工依賴于人工操作，而人工操作引發(fā)不確定性對盾構隧道工程質量和安全構成現(xiàn)實威脅。要提升隧道建設質量，就要把人工操作經(jīng)驗數(shù)字化、智能化，用系統(tǒng)設備自動控制替代人為操作。

隧道結構

研究成果

“十四五”期間，上海地鐵加大推進盾構隧道施工從理論、模式、技術到裝備的系統(tǒng)性創(chuàng)新，著力研發(fā)推拼同步智能盾構裝備及智能建造技術,目標通過推進、導向、拼裝、物流、診斷、加注和切削七大系統(tǒng)性創(chuàng)新，將盾構自主駕駛軸線控制、盾構推拼同步、管片自動拼裝等多項關鍵智能技術集成于軌道交通推拼同步盾構機，把智能感知、智能決策、智能執(zhí)行架構成新一代盾構施工閉環(huán)控制理念，逐步消除憑經(jīng)驗操作、偶然失誤等主觀因素造成的施工風險，以“小步快跑”的方式逐步實現(xiàn)軌道交通地鐵盾構隧道高質量、高效率、高安全建設。

智能盾構系統(tǒng)架構

盾構自主駕駛軸線控制技術旨在使盾構能夠自主控制其掘進方向，確保隧道按照設計軸線(DTA)推進，確保成型隧道的軸線質量。推拼同步技術旨在使盾構掘進過程中可以同步進行管片拼裝作業(yè)，避免施工期的盾構停機，在提升施工安全性的同時可大幅度提高施工效率。管片自動拼裝技術基于機器視覺進行管片姿態(tài)檢測和精確定位，自主完成拼裝機末端在線路徑規(guī)劃和執(zhí)行。

推拼同步智能盾構關鍵技術

目前，盾構自主駕駛軸線控制技術已在上海地鐵部分區(qū)間試點應用，大幅提升了盾構施工的自動化、智能化水平，施工參數(shù)波動控制水平相較人工推進顯著提升。為推動智能盾構裝備及智能建造技術的應用，上海地鐵頒布了軌道交通網(wǎng)絡建設標準化技術文件《盾構設備技術要求》，要求盾構全面配置自主駕駛軸線控制系統(tǒng)，新制盾構應用推拼同步技術，并將在“十四五”期間完成智能盾構工程的示范應用。目標是實現(xiàn)隧道施工過程的精細化控制，提高施工質量和效率。

未來展望

確保城市軌道交通土建結構全壽命周期安全，是行業(yè)面臨的共同挑戰(zhàn)。上海地鐵本輪建設，以區(qū)間隧道收斂變形無超標等“十大目標”為引領，力求通過高質量建設和高品質工程，提前規(guī)避運營期潛在問題，為市民帶來更安全、高效、優(yōu)質的軌道交通服務體驗。