建造穿梭于地下深处的隧道，离不开一个无法替代的“开路先锋”——盾构机。自机械化盾构问世以来，盾构施工工序是“推进、停止、拼装”，即盾构机向前掘进一环，原地停下，完成一环管片拼装，再继续掘进。为保证盾构掘进时的姿态稳定，盾构掘进与管片拼装，便一直以这样“串联”的形式组合进行隧道建设。但如此“走走停停”，施工效率难以提升。
破题有招！记者从今天召开的2021年中国（上海）国际隧道工程研讨会上获悉，隧道股份上海隧道自主研发的“推拼同步”技术，将掘进与拼装“并联”，让两者同步进行，其效率较传统方式提升30-50%。值得一提的是，处在调试阶段的国产盾构机“骥跃号”，将服役于市重大工程上海机场联络线的建设中，有望创新性地实现“推拼同步”。
此外，隧道股份上海隧道推出的“智能盾构”同样引起热议。隧道股份上海隧道总经理裴烈烽表示，随着城市化进程的发展，隧道施工面临着地质条件多样化、跨江越海常态化、结构断面多元化、建设环境复杂化等诸多难题。尤其是超大断面盾构法隧道逐渐拓展至中心城区，可以说是对建设者提出的极限挑战。他还强调，大会以“城市复杂环境下隧道工程的挑战与创新”，便是希望打造国内一流的跨界合作交流平台，为城市地下空间开发面临的共同挑战提供解决方案。
据悉，今明两天，本次研讨会将围绕“城市复杂环境下隧道工程的挑战与创新”主题，国内外地下工程行业顶尖专家学者汇聚一堂，通过“超大直径盾构隧道、地铁设计施工与运营、施工技术多样化、掘进装备创新、精细化隧道建设、隧道全生命周期的运营与管理”等高峰论坛对话交流，分享前沿学术成果，探讨产业融合下设计、施工和装备的创新应用，共话智慧城市建设发展新机遇、新挑战。
盾构掘进告别“走走停停”
盾构机往前掘进的同时，拼装机同步进行管片拼装——这项技术为何能实现兼顾彼此？上海隧道机械制造分公司总经理龚卫表示：“我们将盾构机的顶进油缸进行编组，通过数字化模块进行控制，实现不同组别分时顶进，在保证盾构机掘进姿态稳定的情况下，让拼装工作可以同步进行。”
说起来容易，但实现起来绝非易事。为此，研究团队在前期做了大量研究和试验工作，形成了推拼同步组态控制理论，并建立推拼同步模式下盾构推进系统力矩矢量控制算法，自主研发并形成了18项专利技术。为进一步有效验证，研究团队首创了超大直径盾构推拼同步技术模型试验平台，结合盾构推拼同步矢量推进人机交互程序，验证关键技术的同时继续深入挖掘工程施工过程中可能存在的风险点。模拟试验数据表明，推拼同步技术可使盾构法隧道建设效率较传统方式效率提升30-50%。
随着地面地下的空间利用日益饱和，今后的盾构法隧道开发将向着埋深更深、直径更大、单次顶进距离更长的方向发展，推拼同步技术将大展拳脚。据悉，此项推拼同步创新技术即将运用于上海市域铁路机场线和沪通铁路的盾构掘进任务中。
“自主巡航”的智能盾构
不久前，世界首台智能盾构“智驭号”由隧道股份上海隧道自主研制成功，并在杭州至绍兴的城际铁路工程区间隧道实现“自主巡航”，圆满完成施工任务。
什么是盾构机的自主巡航？即盾构机在精准感知施工信息的基础上，快速判断自身状态并认知周边环境特征，通过科学决策与智能控制，按照既定轴线实现自主掘进，过程中不需要人工介入。
“与传统的盾构机相比，智能盾构也有司机，但这位司机其实是人工智能，可以自行感知、分析、决策、控制，完成掘进任务。”上海隧道盾构分公司总经理刘喜东介绍，“AI司机”可以精准捕捉掘进中地质特性、施工参数、盾构姿态、环境影响等近千组数据，通过分析作出行动命令。
如何才能让这位“AI司机”“视野清楚、思路清晰、执行准确”呢？融合了大数据、5G网络和人工智能等新兴技术的盾构管控中心，是让盾构机拥有人工智能的核心，堪称智能盾构的“超级大脑”。
为实现盾构施工数字智能化，隧道股份上海隧道早在2015年就开发成立了盾构管控中心，用于监测、分析盾构施工过程中的各项数据，具备“网络化、移动化、集中化”三大特征，拥有“标准化数据采集、可视化数据显示、系统化数据推送、专业化数据分析、规范化数据管控”等五大核心技术，实现对工程施工、盾构装备的动态管理与风险管控。目前，盾构管控中心已累计接入了16座城市、90个项目、356台次盾构、400公里隧道建设的施工数据。
在此基础上，研发团队结合感知技术构建了适应智能盾构的大数据感知识别模型，使盾构机在面对复杂地下环境时能够“看得见、摸得着”；将隧道股份上海隧道50多年的海量盾构掘进数据汇集成信息库，实现盾构掘进趋势和风险隐患的预测；最终，依托AI智能学习技术的智能决策模型和多级递阶智能控制体系，智能盾构便能自行完成从识别、分析、决策到控制的自动巡航过程。此外，基于神经网络技术的的智能决策模型，智能盾构通过自我学习将变得越来越“聪明”。
在建设过程中，施工现场的智能盾构和管控中心建立了远程实时反馈体系，根据对施工环境的判断，管控中心工作人员可以让智能盾构在自动巡航和远程控制两种模式间切换，确保掘进的可靠性和稳定性。
无论是告别盾构掘进的“走走停停”，还是实现盾构机“自主巡航”，切中的都是目前盾构法隧道建设中的痛点和难点，也是行业未来数字智能化的发展方向。
隧道股份上海隧道总经理裴烈烽表示，当前城市地下空间环境越来越复杂，城市管理者和建设者面临着风险、效率、环境等诸多难题。“数字智能”将成为解决问题的关键。“目前，我们正积极组建数字盾构工程技术研究中心，该中心将致力于数字隧道建造标准、数字隧道建造技术、数字盾构装备技术、数字隧道配套技术等四个方面的深化研究，减少施工过程中人为因素造成的各类隐患，并通过数据的深度挖掘以及快速交换共享，实现工程质量、施工风险、建设进度、盾构设备的全方位智能管控，希望在国家交通强国建设中贡献属于上海隧道的力量。”
作者：史博臻
编辑：张天弛
责任编辑：徐晶卉
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