[中国中铁]“So Crazy！”“Impressive！”——中铁隧道局推动盾构/TBM隧道建造技术智能化侧记

水泥,混凝土中国中铁 2024-07-02

中铁隧道局团队自主研发的盾构/TBM隧道智能建造技术获得国际赞誉，推动了中国盾构隧道智能化建造技术的全面发展。团队致力于隧道掘进机制造，从引进到自主创新，建立了盾构隧道智能建造体系，并开创了TBM隧道智能建造技术应用，提升了中国隧道建造技术水平。未来，他们将继续深化智能建造研究，促进技术进步。

“So Crazy！”“Impressive！”（“太疯狂了！”“了不起！”）近日，国际隧道与地下空间协会主席阿诺德·迪克斯一行在中铁隧道局承建的深江铁路珠江口隧道观摩，现场感受“大湾区号”盾构机智能掘进后，纷纷发出赞叹。惊艳众人的正是中铁隧道局盾构/TBM隧道智能建造技术团队自主研发的隧道智能建造技术，“八大智能”系统在珠江口隧道的应用，推动了我国盾构隧道智能化建造技术全面应用。
　　回望过去，从隧道最简单的肩挑手扛式，到手持风钻的半机械化，到“新奥法”机械化配套，到盾构/TBM工厂化作业，中铁隧道局始终引领着我国隧道建造技术进步。如今中铁隧道局正走在前列，助推我国隧道建造技术智能化跨越。
　　目前，中铁隧道局盾构/TBM隧道智能建造技术团队共有16人，平均年龄33岁，研究生以上学历14人，其中博士6人。团队主要从事盾构/TBM隧道智能掘进、环流控制等功能技术研发，正驻扎在上海机场线、深大城际、高海拔TBM隧道等工程一线，把“论文”书写在祖国大地上。
　　掘进机制造由引进到原创
　　隧道掘进机是集机械、电气、液压和传感技术于一体的高端装备，是隧道工程的掘进利器，也是世界各国竞相追逐的科技重器。
　　1997年，原铁道部斥巨资从德国引进当时世界上最先进的敞开式硬岩隧道全断面掘机，用于“进中铁隧道局承建的西康铁路秦岭隧道。中铁隧道局总工程师、盾构/TBM隧道智能建造技术团队带头人洪开荣回忆：“西康铁路秦岭隧道施工中首次引进了德国掘进机，隧道挖掘效率得到显著提升，但高昂的价格、受制于人的技术服务，让我们深刻认识到没有关键技术就没有话语权。”
　　从那时起，中铁隧道局的工程师们就立志要造出自己的盾构机。2002年，隧道掘进关键技术研究被列入国家“863计划”重大项目，中铁隧道局18人组成的盾构机研发项目组承担了隧道掘进机国产化的重任，这便是盾构/TBM隧道智能建造技术团队的前身。
　　2008年，中国第一台拥有自主知识产权的复合式土压平衡盾构机——“中国中铁1号”下线，并在天津地铁3号线成功应用，我国盾构机制造实现了从0到1的突破。2009年12月，中铁隧道局成立中铁隧道装备制造有限公司，开启了盾构/TBM专业制造。2013年9月，中国中铁依托中铁隧道装备制造有限公司组建了中铁工程装备集团有限公司（中铁装备），盾构/TBM正式走向了规模化制造。此后，中铁隧道局与中铁装备长期协作、合力攻关，始终以隧道工程建造技术进步为引领，推动隧道掘进装备升级。
　　历时16年的发展，目前我国隧道掘进机品类繁多，并且出口到众多国家和地区，带动了我国隧道施工标准、技术、运营管理等隧道全要素产业走出国门。
　　建成盾构隧道智能建造体系
　　传统盾构隧道掘进主要依赖人工经验，工程装备与地质环境适配困难，掘进机效能发挥不够充分。为解决这一难题，盾构/TBM隧道智能建造技术团队瞄准人工智能技术前沿，紧跟物联网、大数据等新一代信息技术高速发展步伐，推动隧道掘进建造技术革新发展。
　　团队依托隧道掘进机及智能运维全国重点实验室、广东省隧道结构智能监控与维护重点实验室等平台，在国家重点研发计划“智能互联装备网络协同制造/运维集成技术与平台研发”等项目支持下，经过数年持续研究，自主研发了国内首个也是目前最大的盾构/TBM工程大数据源发平台。截至目前已服务行业30多个单位，积累工程样本600多个、行业数据超150TB。
　　2021年1月，技术团队又成功研制隧道智能检测车，并首次在深圳春风隧道应用，为盾构隧道智能建造奠定了坚实的数据基础。
　　前进的路上，并不总是一帆风顺。2022年，技术团队在上海机场联络线11标项目进行成果实践。一位参与的工程师讲述，掘进机智能测试可能会对掘进系统带来很多不可预知的风险，在一次测试中因扭矩过载，导致一处核心部件螺栓全部剪断，险些使刀盘、减速机等系统受到毁灭性损毁。当时他心态近乎崩溃，一度自我怀疑，团队士气也受到影响。
　　洪开荣得知情况后坚定地说：“创新是允许失败的，有问题我担责！”他多次疏导团队思想、积极组织复盘，并带领团队日夜作战，反复测试和攻关，最终突破了神经网络机器学习算法熔断控制等技术，形成“有人值守无人操作”的盾构智能掘进常态模式。
　　很快，团队又攻克了智能拼装、智能协同等技术难题，最终在上海机场联络线11标项目搭建了以智能掘进、智能拼装、智能协同、智能诊断、智能检测、智能构件生产、智能物管、智能通风“八大智能”为核心的盾构隧道智能建造体系。
　　中国工程院院士何华武评价：“以上海机场联络线11标工程为代表的大直径盾构隧道，形成了盾构隧道智能建造体系架构，将我国隧道建造技术推向了新高度。”
　 开创TBM隧道智能建造技术应用
　　科研永无止境，继盾构隧道智能建造之后，团队又锚定了TBM隧道智能建造。与盾构技术相比，TBM技术复杂程度更高，通常是在埋深超过千米的大山深处。
　　中铁隧道局承建的一项高海拔TBM隧道工程，面临地质复杂、环境极端、距离超长、TBM研发制造复杂等挑战。面对重大建设需求，技术团队毅然进驻一线，承担起TBM隧道智能建造技术攻关的全新任务。他们克服高反不适、物流不便、时间紧迫等不利条件，每天在隧道内工作超过14个小时，抓住稍纵即逝的测试窗口期。其中，在全工序测试中，他们在隧道内连续工作最长时间超过50个小时。
　　TBM隧道智能建造技术负责人刘永胜说：“为尽快完成研发任务，我们的身心都承受着巨大的压力，工程师们都在连续奋战，无暇照顾家庭，有团队成员在婚期前两天才下山，有人甚至错过孩子的出生时间。”
　　历经两年多的不懈努力，研发团队攻克了重重技术难关，克服了一项项TBM隧道智能建造领域原创技术难题，构建了以智能掘进、智能支护、智能拼装、智能运输和智能保障五大方向为核心的TBM隧道智能建造技术体系。其建立不仅开创了TBM智能建造技术工程化应用的先河，更为整个隧道建造行业提供了宝贵的技术示范。
　　科技革命加速演进，智能建造方兴未艾。对于未来的展望，团队成员一致认为，盾构/TBM隧道智能建造技术正逐步迈入技术开发与实践应用的深水区，挑战与机遇并存。他们将深耕隧道施工领域，坚定不移地深化智能建造研究，不断丰富智能建造的内涵，促进智能建造升级，推动隧道掘进智能建造技术向更高层次迈进。 （刘永胜初文强张艳艳）